تحلیل حساسیت زمان گسیختگی قاب بتن‌آرمه در شرایط آتش‌سوزی پس از حذف ستون تحت خرابی پیش‌رونده

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی زلزله، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

2 دانشیار، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

چکیده

بارهای متوالی می‌تواند تهدیدی جدی برای ایمنی سازه‌ها باشد. حذف ناگهانی المان‌های باربر مانند ستون یکی از عوامل ایجاد خرابی پیش‌رونده در سازه‌ها می‌باشد. خرابی موضعی ناشی از حذف ناگهانی ستون می‌تواند بر رفتار سازه دربارهای متوالی تأثیرگذار باشد.یکی از بارهایی که ایمنی سازه را در طول عمر سازه تهدید می‌کند بار آتش است. زمانی که یک سازه می‌تواند در برابر بار آتش مقاومت کند یکی از فاکتورهای اصلی در ایمنی سازه‌ها در برابر بارهای حرارتی است. خرابی‌های موضعی موجود در سازه ازجمله حذف ناگهانی المان‌های باربر می‌تواند بر پایداری سازه‌ها در برابر بار آتش به‌عنوان دو رویداد متوالی تأثیرگذار باشد. در این تحقیق سعی شده است حساسیت زمان پایداری قاب فولادی در بارگذاری متوالی حذف ناگهانی ستون و آتش‌سوزی پس‌ازآن نسبت به متغیرهای تصادفی بررسی شود. قاب بتن‌آرمه 7 طبقه پس از طراحی به‌صورت مکانیکی-حرارتی مدل‌سازی شده و در معرض حذف ناگهانی ستون در موقعیت‌های مختلف قرارگرفته است. چندین پارامتر به‌عنوان متغیر تصادفی در نظر گرفته‌شده است و دو روش مونت‌کارلو و تحلیل حساسیت مرتبه اول ممان دوم (FOSM) برای انجام تحلیل حساسیت بکار گرفته‌شده است. تحلیل حساسیت در قاب بتن‌آرمه برای تحلیل پوش دان دینامیکی و تحلیل حرارتی پس‌ازآن به‌صورت مجزا انجام شده است. نتایج نشان داده است در سناریوی حذف ناگهانی ستون، بار مرده و در سناریوی آتش‌سوزی پس از آن، بار مرده و پوشش آرماتورها بیشترین حساسیت را نسبت به سایر پارامترها ایجاد کرده‌اند. همچنین حداکثر خطای تحلیل حساسیت به روش FOSM نسبت به روش مونت‌کارلو برابر با 11% محاسبه شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Sensitivity analysis of RC frame failure time in fire conditions after removal column under progressive collapse

نویسندگان [English]

  • Majid Moradi 1
  • Hamidreza Tavakoli 2
  • Gholamreza Abdolahzade 2
1 PhD Student, Department of Civil Engineering, Noshirvani University of Technology, Babol, Iran
2 Associate Professor, Department of Civil Engineering, Noshirvani University of Technology, Babol, Iran
چکیده [English]

Consecutive loads can be a serious threat to the safety of structures. Abrupt removal of elemental elements such as columns is one of the causes of progressive failure in structures. The local breakdown caused by the sudden removal of the column can affect the behavior of the structures of successive courts. One of the loads that threatens the safety of the structure over the life of the structure is the fire.When a structure can withstand the load, one of the main factors in the safety of structures against thermal loads. Local loopholes in the structure, including the sudden removal of barrier elements, can affect the stability of structures against fire load as two successive events. In this research, the susceptibility of the RC frame to the stability of the continuous loading of the column and the subsequent fire is compared to the random variables.The 7-story concrete frame is modeled after mechanical design and is subject to the sudden removal of the column in different situations. Several parameters have been considered as random variables, and two methods of Monte Carlo and second-order second-order sensitivity analysis (FOSM) have been used for sensitivity analysis.  Sensitivity analysis in a concrete frame for the analysis of dynamic duct and thermal analysis has been done separately. The results show that in the sudden removal of the column, the dead load, and in the subsequent fire scenario, the dead load and reinforcement coatings have the most sensitivity to other parameters. Also, the maximum sensitivity error of the FOSM method was calculated to be 11% compared to the Monte Carlo method.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Progressive collapse
  • Fire
  • failure time
  • Sensitivity analysis
  • Uncertainty
[1] Tavakoli, H.R, Moradi Afrapoli, M., (2018), “Robustness Analysis of Steel Structures with Various Lateral Load Resisting Systems under Seismic Progressive Collapse”, Engineering Failure Analysis, 83, 89-101.
[2] Tavakoli, H.R, Kiakojouri, F., (2012), “Progressive collapse of frame structures: suggestions for robustness assessment”, Scientia Iranica, 21(2), 329-338.
[3] Tavakoli, H.R., Rashidi Alashti, A., (2013), "Evaluation of progressive collapse potential of multi-story moment resisting steel frame buildings under lateral loading" , Scientia Iranica, 20(1), 77-86.
[4] Tavakoli, H.R., Naghavi, F. , and  Goltabar, R., (2015), “Effect of base isolation systems on increasing the resistance of structures subjected to progressive collapse” Earthquakes and Structures, 9 (3), 639-656.
[5]Lew, H., “Best practices Guidelines For Mitigation of Building  For  progressive collapse”,  2003.
 [6] Menchel Kfir, Progressive collapse: comparison of main standards, formulation and validation of new computational procedures, PHD thesis, 2009.
[7] GSA, "Progressive collapse analysis and design guidelines for new federal office buildings and major modernization projects," General Services Administration  Washington (DC, USA), 2003.
[8]Unified Facilities Criteria, UFC–DoD, "Design of buildings to resist progressive    collapse," 2005.
[9] Amiri, S., Saffari, H., Mashhadi, J., (2018), “Assessment of dynamic increase factor for progressive collapse analysis of RC structures”, Engineering Failure Analysis, 84, 300-310.
[10] Suwondo, R., Cunningham, L., Gillie, M., Bailey, C., (2019), “Progressive collapse analysis of composite steel frames subject to fire following earthquake”, Fire Safety Journal, 103, 49-58.
 [11] Qn, C., Mahmoud, H., (2019), “Collapse performance of composite steel frames under fire”, Engineering Structures, 183, 662-676.
 [12] Jiang, B., Li, G.Q., Li, L., Izzuddin, B.A., (2017), “Simulations on progressive collapse resistance of steel moment frames under localized fire”, Journal of Constructional Steel Research, 138, 380-388.
[13] Grabbe, C., (2008), “Progressive Collapse of the World Trade Center: A Simple Analysis”, Journal of Engineering Mechanics, 136, 125-132.
[14] Hartanto Wibowo, Modelling Progressive Collapse of RC Bridges during Earthquakes, CSCE Annual General Conference, 2009.
[15] Lee, T.H. and Mosalam, K.M., (2005), “Seismic Demand Sensitivity of Reinforced Concrete Shear-Wall Building Using FOSM Method”, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 34:14, 1719-1736.
[16] Dwaikat MB, and Kodur VKR, (2010), “Fire induced spalling in high strength concrete beams,” Fire Technology, 46, 1, 251–274.
[17] Lie TT, Kodur VKR, (1998), “Thermal and mechanical properties of steel-fibre-reinforced concrete at elevated temperatures,” Canadian Journal of Civil Engineering, vol. 23, no. 2, pp. 511–517.
[18] Youssef MA, Moftah M, (2007) ,“General stress–strain relationship for concrete at elevated temperatures”, Engineering Structures, 29(10), 2618–2634.
[19] Elhami Khorasani N, Garlock M, Quiel S,(2015), “Modeling steel structures in OpenSees: Enhancements for fire and multi-hazard probabilistic analyses”, Computers and Structures, 157, 218–231.
[20] Tian, L.F., Wei, J.P., Hao, J. and Wang, X., (2017), “Dynamic analysis method for the progressive collapse of long-span spatial grid structures”, Steel and Composite Structures, 23 (4), 435-444.
[21] Tavakoli, H.  And Kiakojouri, F., (2012) "Influence Of Sudden Column Loss On Dynamic Response Of Steel Moment Frames Under Blast Loading," International Journal Of Engineering-Transactions B: Applications, 26, 197-206.
[22] Marjanishvili, S.  And Agnew, E., (2006) "Comparison Of Various Procedures For Progressive Collapse Analysis," Journal Of Performance Of Constructed Facilities,20, 365- 374.
[23] Kim, J.  And Kim, T., (2009) "Assessment of Progressive Collapse-Resisting Capacity of Steel Moment Frames," Journal Of Constructional Steel Research, 65, 169-179.
[24] Marjanishvili, S.  And Agnew, E., (2006) "Comparison Of Various Procedures For Progressive Collapse Analysis," Journal Of Performance Of Constructed Facilities,20, 365- 374.
[25] Imani, R., Mosqueda, G., Bruneau, M., (2015), “Experimental Study on Post-Earthquake Fire Resistance of Ductile Concrete-Filled Double-Skin Tube Columns”, Journal of Structural Engineering, Volume 141 Issue 8.