بررسی عددی رفتار لرزه ای قابهای خمشی فولادی با میانقاب بنایی هیبریدی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی عمران، آب و محیط زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

2 گروه مهندسی عمران

چکیده

سیستم بنایی هیبریدی یا ترکیبی، یک سیستم سازه‌ای نسبتاً جدید است که در آن پانل‌های بنایی از طریق اتصالات با ورق فولادی به قاب متصل می‌گردد. دیوارهای بنایی هیبریدی از میانقاب بنایی به‌منظور افزایش سختی جانبی و مقاومت داخل قاب، علاوه بر تحمل بارهای خمشی (خارج از صفحه) استفاده می‌کنند. دلایل مختلفی برای گسترش استفاده از سیستم بنایی هیبریدی وجود دارد، که مهمترین آنها، سادگی بکارگیری قاب‌های ساختمانی با دیوارها و افزایش نامعینی سازه که موجب کاهش خرابی پیشرونده می‌گردد، می-باشند. بسته به این که پانل بنایی مسلح چگونه ساخته شود و انتقال بارها بین قاب و دیوار چطور انجام گیرد، دیوارهای بنایی هیبریدی بصورت‌ دیوار مسلح معمولی(نوع I)، دیوار مسلح متوسط(نوع II) و دیوار مسلح ویژه(نوع III) طبقه‌بندی می‌شوند. در این پژوهش رفتار میانقاب‌های هیبریدی معمولی، هیبریدی متوسط و هیبریدی ویژه، تحت تحلیل استاتیکی غیرخطی بار افزون مورد ارزیابی قرار می‌گیرد. بدین منظور 15 مدل قاب فولادی شامل، بدون میانقاب، دارای میانقاب بنایی غیرمسلح، دارای میانقاب هیبریدی معمولی، متوسط و ویژه با استفاده از نرم افزار آباکوس مدلسازی می‌شوند. با انجام تحلیل استاتیکی غیرخطی، پاسخ قاب‌ها به صورت کانتورهای تنش و منحنی نیرو-تغییرمکان محاسبه شده و مورد بررسی قرار می‌گیرد. نتایج نشان می‌دهد، ظرفیت گسیختگی و شکل‌پذیری در میانقاب‌های هیبریدی ویژه بیشتر از میانقاب‌های هیبریدی متوسط و میانقاب‌های هیبریدی معمولی می‌باشد. همچنین با افزایش ممان اینرسی مقطع قاب، سختی و میزان ظرفیت استهلاک انرژی در هر سه نوع میانقاب هیبریدی معمولی، متوسط و ویژه افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical Study on Seismic Behavior of Moment-Resistant Steel Frames with Hybrid Masonry Infill

نویسندگان [English]

  • Mahmoud Reza ُُShiravand 1
  • soroush seifi boushehri 2
1 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
2 دانشگاه آزاد اسلامی واحد بوشهر
چکیده [English]

Hybrid masonry system is a new structural system, in which the masonry panels link to the frame with steel plate connections. Hybrid masonry uses masonry infill for lateral stiffness and strength within frames in addition to supporting out-of-plane (flexural) loads. There are many primary reasons for the development of hybrid masonry systems. Most important ones are to simplify the construction of framed buildings with masonry infill and to provide structural redundancy, which can be utilized for limiting progressive collapse.There are three hybrid wall types including, ordinary hybrid shear wall, intermediate hybrid shear wall and special hybrid shear wall. Hybrid masonry systems can be applied to either concrete or steel-framed structures. This research focuses on steel frames. In this paper, seismic behavior of ordinary, intermediate and special hybrid shear walls are investigated using nonlinear static analysis. To this end, 15 steel frames including, bare frames, infill frames, ordinary hybrid shear wall, intermediate hybrid shear wall and special hybrid shear wall are modeled using ABAQUS software. The stress contours and capacity curves of models are estimated using nonlinear static analysis. Results indicate that failure capacity, and ductility of special hybrid shear walls are more than ordinary and intermediate ones. Moreover, the increase in moment of inertia of frame sections, increases the stiffness and energy dissipation capacity for all three hybrid shear walls

کلیدواژه‌ها [English]

  • Moment-Resistant Steel Frame
  • Masonry System
  • Hybrid Infill
  • Finite element model
  • Nonlinear static analysis
[1] Biggs, D T. (2007). Hybrid masonry structures, In: Proceedings of the 10th North American masonry conference. Boulder (CO): The Masonry Society.
[2] Holmes, M. (1961). Steel Frames with Brickwork and Concrete Infilling. In: Proceedings of Civil Eng., Vol (19). 473-478.
[3] Wood, R. H. (1980). Plasticity Composite Action and Collapse Design of Unreinforced Shear wall Panels in Frames, In: Proceeding Institution of Civil Engineering. Vol (65), 381-411.
[4] DAWE, J. L. and SEAH, C. K. (1989). Behavior of masonry Infilled Steel frames. Department of Civil Engineering, University of New Brunswick, Fredericton, N. B., Canada E3B 53A.
[5] Saneinejad, A. and Hobbs, B. (1985). Inelastic Design of Infilled Frame, J. Struct. Eng. 634-650.
[6] Flanagan, R. and Bennett, R.(1999). Bidirectional behavior of structural clay tile infilled frames. J struct. Eng. 236-244.
[7] Saari, W, Hajjar, J, Schultz, A. and Shield, C. (2005). Behavior of shear studs in steel frames with Reinforced concrete infill walls. J ConstR. Steel Research, Vol (60), 1453–1480.
[8] Daryan, A,  Ziaei, M, Golafshar, A,  Pirmoz, A , and Assareh, M, A.(2009). Study of the Effect of Infilled Brick Walls on Behavior of Eccentrically Braced Frames. Americ. J  Eng.  Applied. Science.Vol (2), 96-104.
[9] Cavaleri, L, and Trapani, T. (2014).Cyclic Response of Masonry Infilled RC Frames: Experimental Results and Simplified Modeling. Soil Dyn. Earthq. Eng. Vol (65), 224–242.
[10] Nistor M, Zhenjia G, and Stanciulescu I.(2015). Through-bolt push out effects on the behavior of hybrid masonry systems. J. Eng. Struct., Vol (97), 47–53.
[11] Rahnavard, R., Hassanipour, A., and Mounesi, A. (2016). Numerical study on important parameters of composite steel-concrete shear walls, J. Constr. Steel. Research. Vol(121), 441–456.
[12] Rahnavard, R., Suleiman, M., and Mokhtari, A. (2017). Evaluation on eccentrically braced frame with single and double shear panels, J. Building. Eng., Vol (10), 13–25.
[13] Lu, J., Yu, S., Xia, J., Qiao, X., and Tang, Y. (2018). Experimental study on the hysteretic behavior of steel plate shear wall with unequal length slits, J. Constr. Steel. Research. Vol (147), 477-487
[14] Kildashti, K.(2004). Study on Seismic behavior of infilled Frame in reinforced Concrete Structures. Msc thesis. University of Tehran.
[15] Dassault Systems (2010). Abaqus Analysis User’s manual, Version 6.10 Abaqus INC.
[16] Standard No.2800. 4th Edition. (2014). Iranian Code of Practice for Seismic Resistant Design of Buildings. Road, Housing and Urban Development Research Center.
[17] Rahnavard, R., Naghavi, M., Abudi, M., and Suleiman, M. (2018). Investigating Modeling Approaches of Buckling-Restrained Braces under Cyclic Loads. Case Studies. Constr. Mat., Vol (8), 476–488.
[18] Thomas, R.J., and Rahnavard, R. (2018). Numerical Evaluation of the Effects of Fire on Steel Connections; Part 1: Simulation Techniques, Case Studies. Thermal. Eng. Vol (12), 445-453.
[19] Grecchi G. (2010). Material and Structural Behavior of Masonry: Simulation with a commercial code. University of Pavia.
[20] Mohebkhah A, Tasnimi AA, Moghadam HA. (2008). Nonlinear analysis of masonry infilled steel frames with openings using discrete element method. J Steel Research., Vol (64),1463–72.
[21] Tong, Y.S.,and Qian, G.F. (1985). Deformation behavior and load capacity of reinforced concrete frames with brick filler walls, J. Inst.Metall. Constr. Eng., Vol (42), 1-21.
[22] Varela-Rivera, J. Moreno-Herrera, J., Lopez-Gutierrez, I., and Fernandez-Baqueiro, L. (2012). Out-of-plane strength of confined masonry walls.  J Struct. Eng., Vol (138), 1331–1341.
[23] Rahnavard, R., and Siahpolo, N. (2017). Function comparison between moment frame and moment frame with centrically braces in high-rise steel structure under the effect of progressive collapse. J Struct. Constr. Eng, Vol (4), 42-57.
[24] Rahnavard, R., Fathi Zadeh Fard, F., Hosseini, A., and Suleiman, M. (2018). Nonlinear analysis on progressive collapse of tall steel composite buildings, Case Studies Constr. Mat., Vol(8), 359–379. 
[25] FEMA-356. (2000). Prestandard and Commentary for the Rehabilitation of Buildings. Federal Emergency Management Agancy.
[26] Code No.360. (2014). Instruction for Seismic Rehabilitation of Existing Buildings. Office of Deputy for Technical and Infrastructure Development Affaires.