اثرات مدل سازی مفاصل پلاستیک اتصالات صلب بر مقاومت خرابی پیشرونده قاب های خمشی فولادی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، مهندسی عمران- سازه ، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ارومیه ، ارومیه، ایران

2 استاد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

3 دانشجوی دکتری، مهندسی عمران – سازه، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

چکیده

امروزه استفاده از سیستم های قاب خمشی فولادی به عنوان یک سیستم باربر جانبی کارآمد در برابر نیروهای لرزه ای مورد توجه قرار گرفته است. در این مطالعه تاثیر مدل سازی مفاصل پلاستیک اتصالات صلب بر مقاومت سازه های قاب خمشی فولادی در برابر خرابی پیشرونده بررسی شده است. برای مطالعه رفتار خرابی پیشرونده ساختمان های نمونه، دو مدل سازه 3 و 5 طبقه طراحی شده و سپس تعریف و مدل سازی مفاصل پلاستیک در دو حالت مختلف انجام شده است. در حالت اول مفاصل پلاستیک صرفا برای اعضای تیر و ستون مدل سازی شدند و در حالت دوم مفاصل پلاستیک علاوه بر اعضای تیر و ستون برای اتصالات نیز در نظر گرفته شده اند. اتصالات بررسی شده شامل پنج نوع مختلف اتصال صلب شامل WFP ، WBH، WCPinWUF، WUF-B و Welded top and bottom haunch بودند. ارزیابی پتانسیل خرابی پیشرونده سازه های مذکور به ازای حذف ستون های پیرامونی و داخلی به روش مسیر جایگزین استاتیکی غیرخطی مطابق آیین نامه UFC انجام گرفته است. نتایج تجزیه و تحلیل ها نشان می دهند که با تعریف و اعمال همزمان مفاصل پلاستیک در محل اتصالات و اعضای تیر و ستون، سازه مقاومت کمتری در برابر خرابی پیشرونده از خود نشان می دهد و مقاومت سازه به مقدار واقعی خود نزدیک تر می شود. مدل سازی همزمان مفاصل پلاستیک برای اتصالات و اعضا در کمترین حالت 20% و در بیشترین حالت 37% بر روی کاهش مقاومت سازه در برابر خرابی پیشرونده تاثیر می گذارد. لذا مدل سازی مفاصل پلاستیک اتصالات و اعضا به صورت همزمان باید به عنوان یک اصل بسیار مهم در نظر گرفته شود. با توجه به نتایج مقایسه ای می توان نتیجه گرفت که اتصال WCPinWUF و WUF-B به ترتیب بهترین رفتار و ضعیف ترین عملکرد را نسبت به سایر اتصالات در برابر خرابی پیشرونده نشان می دهند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effects of plastic hinges modelling of fully restrained connections in the progressive collapse resistance of steel moment frames

نویسندگان [English]

  • Mohammad Saghaie Sahebalzaman 1
  • Mohammad Reza Sheidaii 2
  • Alireza Salmasi 3
1 Department of Civil Engineering, Urmia University, Urmia, Iran
2 Sciens , Faculty of Engineering , Civil Engineering Department , Urmia University , Urmia , Iran .
3 Department of Civil Engineering, Urmia University, Urmia, Iran
چکیده [English]

Nowadays, the using of steel moment frames has been considered as an effective lateral load-resisting system against seismic forces. In this research, the effect of plastic hinges modelling of fully restrained connections has been evaluated on the strength of steel moment frame structures against progressive collapse. In order to assessment of the progressive collapse performance of sample structures, two structural models of 3 and 5-story buildings were designed and then the definition and modelling of plastic hinges have been done in two different modes. In the first mode, plastic hinges were modelled only for the beam and column members. In the second mode, plastic hinges were considered for the connections in addition to the beam and column members. The Five different types of investigated connections included WFP, WBH, WCPinWUF, WUF-B, Welded top and bottom haunch. The progressive collapse resistance of these buildings against sudden removal of internal and external column was separately studied using nonlinear static alternate path method presented in the UFC standard. The results of analysis indicated that if the plastic hinges of connections are separately defined in addition to the plastic hinges of beams and columns, the structure will have lower progressive collapse strength, and the resistance of the structure tends to its actual value. Simultaneous modelling of plastic hinges for connections and members at least 20% and maximum 37% affects the reduction of structural strength against progreive collapse. Therefore, the modelling of plastic hinges for connections and members simultaneously should be considered as a important regulation. According to the comparative results, the WCPinWUF and WUF-B connection respectively demonstrated that the most desirable behaviour and the weakest performance against the progressive collapses.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Progressive collapse
  • Steel moment frame
  • Plastic hinge
  • Alternative path method
  • Nonlinear static analysis
[1] Dusicka, P. Lewis, G.R. (2010). Replaceable shear and flexural links for the linked column frame system. Master of Science thesis, Civil and environmental engineering, Portland State University.
[2] Dusicka, P. Iwai, R. (2007). Development of linked column frame system for seismic lateral loads, Structural engineering research frontiers, structures congress, ASCE, 1-13.
[3] Stephens, M. (2011). Numerical and Experimental Analysis of Composite Sandwich Links for the LCF A thesis Master of Science in Civil and Environmental Engineering, Portland State University
[4] Malakoutian, M. (2012). Seismic response evaluation of the linked column frame system. Doctoral dissertation, University of Washington.
[5] Lopes, A. Dusicka, P..Berman, J. (2015). Lateral Stiffness Approximation of Linked Column Steel Frame System.ASCE Structures Congress
[6] Pires Lopes, A. (2016). Seismic behavior and design of the linked column steel frame system for rapid return to occupancy. Doctoral dissertation, Civil and Environmental Engineering, Portland State University
[7] Shoeibi, Sh. (2019). Simplified force-based seismic design procedure for linked column frame system, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 87-101.
[8] Gholhaki,M. Foroozan,F. Rezayfar,O. (2019). A Study on the Performance-Based Seismic Design of Linked Column Frame (LCF) System Subjected to Near and Far-Field Earthquakes. Journal of Structural and Construction Engineering.
[9] ANSI, A. (2010). AISC 341-10. Seismic provisions for structural steel buildings. Chicago (IL): American Institute of Steel Construction.
[10] Mazzoni, S. McKenna, F. Scott, and MH. Fenves, GL. (2006). Open system for engineering simulation user-command-language manual, version 2.0, Pacific Earthquake Engineering Research Center. University of California, Berkeley.
[11] FEMA P695. (2009). Quantification of building seismic performance factors, Applied Technology Council for the Federal Emergency Management Agency.
[12] Shoeibi, Sh. Kafi, MA and Gholhaki, M. (2017). New Performance-based seismic design method for structures with structural fuse system. Engineering Structures, 745–760.
[13] Shoeibi, Sh. (2017). Seismic design method and performance assessment of linked column frame system (LCF), Doctoral dissertation, University of Semnan.
[14] American Institute of Steel Construction. (2005). Seismic provisions for structural steel buildings. American Institute of Steel Construction.
[15] ASCE 7-10. (2010). Minimum design loads for buildings and other structures. American Society of Civil Engineers.
[16] FEMA-350C. (2000). Recommended seismic design criteria for new steel moment-frame buildings. Report No. 350, SAC Joint Venture for the Federal Emergency Management Agency, Washington, D.C.
[17] Shome, N. Cornell, CA. (1999). Probability seismic demand analysis of nonlinear structures. Ph.D, dissertation. Stanford University