بررسی آزمایشگاهی و عددی میراگر لوله‌ای جدید دوسطحی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، موسسه‌ی آموزش عالی غیر انتفاعی و غیر دولتی سراج، تبریز، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی عمران سازه، موسسه ی آموزش عالی غیر انتفاعی و غیر دولتی سراج، تبریز، ایران

چکیده

در این مطالعه به بررسی عددی و آزمایشگاهی میراگر لوله‌ای جدید تشکیل شده از سه حلقه پرداخته شده است. میراگر مورد بررسی از ترکیب سه حلقه‌ی فولادی تو در تو تشکیل شده است که قادر به اتلاف انرژی در دوسطح مختلف تحریک متفاوت می‌باشد. فیوز اول (حلقه‌ی بیرونی) در تحریکهای با دامنه‌ی کم و فیوز دوم ( حلقه‌های داخلی) در تحریکهای با دامنه‌ی زیاد انرژی ورودی را جذب می‌نماید. به این منظور مدلهای عددی با ساختار پیشنهادی برای میراگر لوله‌ای دوسطحی با تغییرات قطر و ضخامت در فیوز اول تحت بارگذاری‌ چرخه‌ای قرار گرفت و منحنی نیرو تغییرمکان برای مدل‌ها به دست آمد. نتایج نشان داد پیکربندی پیشنهادی به خوبی عملکرد دو سطحی میراگر را تامین می‌کند. افزایش سختی و نیروی قابل تحمل بعد از تاخیر تغییرمکانی باعث افزایش میزان جذب انرژی در سیکل‌های بالاتر شد. بررسی میرایی معادل محاسبه شده در مدلها نشان داد استفاده از فیوز دوم در تغییرمکان‌های زیاد موجب شده است که میرایی در بازه‌ی تغییرمکانی لازم بهبود یابد.
دو نمونه‌ی آزمایشگاهی منطبق بر مدل‌های عددی، ساخته شد و تحت بارگذاری چرخه‌ای با دامنه‌ی ثابت قرار گرفت. نتایج ثبت شده از آزمایش نشان داد هر دو نمونه بدون افت مقاومت توانستند تا تغییرمکان 10 برابر تغییرمکان تسلیم در 20 چرخه‌ی متوالی را تحمل کنند. همچنین تطابق مناسبی بین نتایج مدل‌های عددی آزمایشگاهی به دست آمد

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental and numerical evaluation of new pipe damper with two-level performance

نویسندگان [English]

  • Elham Moaddab 1
  • Hossein Tizhoosh 2
1 Seraj Higher Education Institute, Tabriz, Iran
2 Seraj Higher education institue, Tabriz, Iran
چکیده [English]

In this paper, a new kind of ring damper composed of three rings is introduced and investigated numerically and experimentally. The proposed damper combined three steel ring damper in order to dissipate energy of two different level of predefined excitation such as moderate and severe one. first fuse (outer pipe) and second fuse (inner pipes) can absorb energy in moderate and severe earthquakes respectively. To evaluate the introduced damper, numerical finite element models are developed to clarify the effect of thickness and diameter variation of main fuse. Results of force- displacement curves obtained from cyclic loading confirmed the two level performance of models. Stiffness and fore increase have been observed after gap displacement
and improved the energy dissipation capacity after the predefined displacement gap. Also, damping ratio are calculated for all samples and results showed that equivalent damping ratio have been improved when main fuse was engaged.
Two experimental samples have been constructed based on numerical models details and examined under cyclic loading with constant displacement amplitudes. Defined force-displacement results of experiments showed that samples could tolerate more than 20 cycles of 10 times of yield displacement amplitude. Good agreement between numerical model and experimental samples results have been achieved.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hybrid Pipe damper
  • two level performance
  • Energy dissipation
  • damping
  • experimental
[1] V.V. Bertero, Performance of steel building structure during the Northridge earthquake, Report No. UCB/EERC-94/09,  (1994).
[2] M. Symans, F. Charney, A. Whittaker, M. Constantinou, C. Kircher, M. Johnson, R. McNamara, Energy dissipation systems for seismic applications: current practice and recent developments, Journal of Structural Engineering, 134(1) (2008) 3-21.
[3] Y.E. Ibrahim, J. Marshall, F.A. Charney, A visco-plastic device for seismic protection of structures, Journal of Constructional Steel Research, 63(11) (2007) 1515-1528.
[4] D.H. Kim, Y.K. Ju, M.H. Kim, S.D. Kim, Wind‐induced vibration control of tall buildings using hybrid buckling‐restrained braces, The Structural Design of Tall and Special Buildings, 23(7) (2014) 549-562.
[5] M. Montgomery, C. Christopoulos, Experimental validation of viscoelastic coupling dampers for enhanced dynamic performance of high-rise buildings, Journal of Structural Engineering, 141(5) (2014) 04014145.
[6] R.J. Smith, M.R. Willford, The damped outrigger concept for tall buildings, The Structural Design of Tall and Special Buildings, 16(4) (2007) 501-517.
[7] J.D. Marshall, F.A. Charney, A hybrid passive control device for steel structures, I: Development and analysis, Journal of Constructional Steel Research, 66(10) (2010) 1278-1286.
[8] S. Cherry, A. Filiatrault, Seismic response control of buildings using friction dampers, Earthquake Spectra, 9(3) (1993) 447-466.
[9] D.K. Nims, P.J. Richter, R.E. Bachman, The use of the energy dissipating restraint for seismic hazard mitigation, Earthquake Spectra, 9(3) (1993) 467-489.
[10] G. Dargush, T. Soong, Behavior of metallic plate dampers in seismic passive energy dissipation systems, Earthquake Spectra, 11(4) (1995) 545-568.
[11] K.-C. Tsai, H.-W. Chen, C.-P. Hong, Y.-F. Su, Design of steel triangular plate energy absorbers for seismic-resistant construction, Earthquake Spectra, 9(3) (1993) 505-528.
[12] A. Wada, Y.H. Huang, M. Iwata, Passive damping technology for buildings in Japan, Progress in structural engineering and materials, 2(3) (2000) 335-350.
[13] C.-H. Lee, J. Kim, D.-H. Kim, J. Ryu, Y.K. Ju, Numerical and experimental analysis of combined behavior of shear-type friction damper and non-uniform strip damper for multi-level seismic protection, Engineering Structures, 114 (2016) 75-92.
[14] D.-H. Kim, C.-H. Lee, Y.K. Ju, Experimental investigation of hybrid buckling-restrained braces, International Journal of Steel Structures, 17(1) (2017) 245-255.
[15] B. Hosseini Hashemi, E. Moaddab, Experimental study of a hybrid structural damper for multi-seismic levels, Proceedings of the institution of civil engineers-structures and buildings, 170(10) (2017) 722-734.
[16] A.A. Nia, J.H. Hamedani, Comparative analysis of energy absorption and deformations of thin walled tubes with various section geometries, Thin-Walled Structures, 48(12) (2010) 946-954.
[17] M. Bazzaz, Z. Andalib, A. Kheyroddin, M.A. Kafi, Numerical comparison of the seismic performance of steel rings in off-centre bracing system and diagonal bracing system, Journal of Steel and Composite Structures, 19(4) (2015) 917-937.
[18] Z. Andalib, M.A. Kafi, M. Bazzaz, S. Momenzadeh, Numerical evaluation of ductility and energy absorption of steel rings constructed from plates, Engineering Structures, 169 (2018) 94-106.
[19] M. Deihim, M.A. Kafi, A parametric study into the new design of a steel energy-absorbing connection, Engineering Structures, 145 (2017) 22-33.
[20] A. Cheraghi, S.M. Zahrai, Innovative multi-level control with concentric pipes along brace to reduce seismic response of steel frames, Journal of Constructional Steel Research, 127 (2016) 120-135.
[21] A. Cheraghi, S.M. Zahrai, Cyclic testing of multilevel pipe in pipe damper, Journal of Earthquake Engineering,  (2017) 1-24.
[22] F. Prestandard, commentary for the seismic rehabilitation of buildings (FEMA356), Washington, DC: Federal Emergency Management Agency, 7 (2000).
[23] C. ANSYS, ANSYS CFX User’'s Guide Release 12.0, ANSYS Inc,  (2009).
[24] A.A. Nia, S. Chahardoli, Optimizing the layout of nested three-tube structures in quasi-static axial collapse, Thin-Walled Structures, 107 (2016) 169-181.
[25] A. Standard, E8/E8M, 2009. Standard test methods for tension testing of metallic materials. ASTM international, West Conshohocken PA; 2009. doi: 10.1520, E0008-E0008M-09, www. astm. org.
[26] J.C. Simo, Numerical analysis and simulation of plasticity, Handbook of numerical analysis, 6 (1998) 183-499.