مطالعه آزمایشگاهی تاثیر هندسه پره در میراگرهای تسلیمی شکافدار فولادی بر رفتار لرزه ای آنها و معرفی الگوی بهینه تحت بارگذاری چرخه ای

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی سازه، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

2 دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

چکیده

میراگرهای تسلیمی بدلیل قیمت مناسب، جذب انرژی بالا و قابلیت تعویض‌پذیری آنها پس از تجربه نیروی جانبی از جمله زلزله، از اجزای پرکاربرد سازه های مقاوم در برابر زلزله محسوب میشوند. در این مقاله پس از مطالعه و مرور نتایج کارهای گذشته در خصوص میراگرهای تسلیمی فولادی شکاف دار سعی شده است اثر شکل و الگوی هندسی جدید پره ها، بخصوص نمونه های با شکاف بیضوی، بر روی رفتار این نوع میراگرها مورد بررسی و مقایسه قرار گیرد. در این بررسی یک نمونه مرجع بدون شکاف (تو پر) به همراه 9 نمونه با یک ردیف پره یا شکاف، با سه الگوی هندسی و شکل مختلف پره مشتمل بر حالت ساده یا مقطع ثابت، باریک شونده خطی و باریک شونده غیرخطی با شکاف بیضوی در سه ارتفاع متفاوت مورد مطالعه آزمایشگاهی قرار گرفتند. به منظور حذف اثر ضخامت پره ها در رفتار نمونه ها، ضخامت آنها ثابت و برابر 8 میلی متر انتخاب و جنس فولاد مورد استفاده در کلیه نمونه ها، از نوع St-37 در نظر گرفته شد. نمونه‌های ذکر شده در آزمایشگاه تحت بارگذاری چرخه‌ای قرار گرقته و با مشخص شدن منحنی های هیسترزیس نیرو- تغییر مکان، پارامترهای تعیین کننده رفتاری میرا گرهای مذکور در این مطالعه محاسبه و مورد مقایسه و مطالعه قرار گرفت. سختی موثر، میرایی موثر، ظرفیت نیرویی و تغییر مکان تحت بارگذاری چرخه‌ای از جمله پارامترهایی بود که در این تحقیق مورد توجه قرار گرفت. نتایج مطالعه نشان داد که بطور کلی میراگر با پره‌های ساده دارای ضعیف ترین عملکرد و میر اگر با شکاف بیضوی دارای بهترین عملکرد می‌باشد. نتایج حاصله بیانگر آن است که میر اگر بیضوی بالاترین سختی موثر، بیشترین جذب انرژی و بویژه بالاترین دوام تحت اثر بارهای چرخه‌ای را از خود نشان می‌دهد. میزان افزایش سختی موثر در نمونه‌های با شکاف بیضوی برای تغییر مکانهای بزرگتر از 5 میلی‌متر در حدود 6/1 برابر بیشتر از نمونه‌های با مقطع باریک شونده خطی یکنواخت مشاهده گردید. مقدار میرایی ویسکوز معادل در محدوده تغییر مکان ذکر شده در نسبت ابعادی بهینه آن برای نمونه با شکاف بیضوی در حدود 1/1 برابر نسبت به مقطع باریک شونده خطی مشاهده شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental Investigation into Effect of Strip or Slit Geometric Pattern on Structural and Seismic Behavior of Steel Slit Yield Damper and Determining Optimal Pattern under Cyclic Loading

نویسندگان [English]

  • Kianoosh Nik-Hoosh 1
  • Mohammad Ali Kafi 2
1 Ph.D student in Structural Engineering, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
2 Associate Professor, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
چکیده [English]

By reviewing the literature on steel slit yield dampers (SSD), this study investigated and compared the effect of new strip shapes and geometric patterns on the behavior of this type of dampers. This study investigated a reference slit-less sample (solid) along with nine samples with a single row of blades or slits and three different shapes and geometric patterns, namely simple or constant cross-section, linearly tapered cross-section, and parabolic tapered cross-section with an elliptical slit at three different heights. These samples were subjected to cyclic loading in the laboratory. After determining force-displacement hysteresis curves, the important behavioral parameters of the investigated SSDs were calculated and compared. Effective stiffness, effective damping, force capacity, and displacement under cyclic loading were among the considered parameters in the current study. Results showed that dampers with simple blades and elliptical slits exhibited the poorest and best performances, respectively. Findings also indicated that the elliptical damper offered the highest effective stiffness, greatest energy absorption, and specifically the longest durability to cyclic loads. At displacements larger than 5 mm, the increase in effective stiffness of samples with an elliptical slit was roughly 1.6 times greater than that of samples with linearly tapered cross-sections. The equivalent viscous damping within the aforementioned displacement range at the optimal dimensions for a sample with an elliptical slit was roughly 1.1 times greater than that in a sample with linearly tapered cross-section.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Yield damper
  • cyclic loading
  • linearly tapered blade
  • elliptical slit damper
  • effective stiffness
  • effective damping
 [1]       A. Benavent-Climent, “A brace-type seismic damper based on yielding the walls of hollow structural sections,” Engineering Structures, vol. 32, no. 4, pp. 1113-1122, (2010).
[2]        A. S. Whittaker, V. V. Bertero, C. L. Thompson, and L. J. Alonso, “Seismic testing of steel plate energy dissipation devices,” Earthquake Spectra, vol. 7, no. 4, pp. 563-604, (1991).
[3]        R. K. Mohammadi, A. Nasri, and A. Ghaffary, “TADAS dampers in very large deformations,” International Journal of Steel Structures, vol. 17, no. 2, pp. 515-524, (2017).
[4]        H.-N. Li, and G. Li, “Experimental study of structure with “dual function” metallic dampers,” Engineering Structures, vol. 29, no. 8, pp. 1917-1928, (2007).
[5]        F. Nateghi-Alahi, and M. Torbat Esfahani, “E‌x‌p‌e‌r‌im‌e‌n‌t‌a‌l a‌n‌d a‌n‌a‌l‌y‌t‌i‌c‌a‌l b‌e‌h‌a‌v‌i‌o‌r o‌f a‌c‌c‌o‌r‌d‌i‌o‌n m‌e‌t‌a‌l‌l‌i‌c d‌a‌m‌p‌e‌r‌s b‌y i‌n‌c‌r‌e‌a‌s‌i‌n‌g t‌h‌e n‌u‌m‌b‌e‌r o‌f l‌a‌y‌e‌r‌s,” Sharif Journal of Civil Engineering, vol. 31.2, no. 3.1, pp. 19-29, (2015).
[6]        K. Deng, P. Pan, W. Li, and Y. Xue, “Development of a buckling restrained shear panel damper,” Journal of Constructional Steel Research, vol. 106, pp. 311-321, (2015).
[7]        Abdolrahim Jalali, Mojtaba Daie, Seyed Vahid Mousavi Nazhadan, Pedram Kazemi- Arbat and Mahdi Shariati, “Seismic performance of structures with pre-bent strips as a damper,” Journal of Constructional Steel Research, Vol. 7(26), pp. 4061-4072, (2012).
 [8]       S.-H. Oh, Y.-J. Kim, and H.-S. Ryu, “Seismic performance of steel structures with slit dampers,” Engineering Structures, vol. 31, no. 9, pp. 1997-2008, (2009).
[9]        M. Shariati, M.M. Tahir, Tee Chin Wee, S.N.R. Shah, A. Jalali, "Experimental investigations on monotonic and cyclic behavior of steel pallet rack connections" Engineering Failure Analysis,Volume 85, March 2018, Pages 149-166.
[10]      Mahdi Shariati, Ali Toghroli, Abdolrahim Jalali and Zainah Ibrahim, "Assessment of stiffened angle shear connector under monotonic and fully reversed cyclic loading " Structural and Mechanical Engineering, 2017, Pages 64-68.
[11]      K. Deng, P. Pan, J. Sun, J. Liu, and Y. Xue, “Shape optimization design of steel shear panel dampers,” Journal of Constructional Steel Research, vol. 99, pp. 187-193, (2014).
[12]      B. Zhu, T. Wang, and L. Zhang, “Quasi-static test of assembled steel shear panel dampers with optimized shapes,” Engineering Structures, vol. 172, pp. 346-357, (2018).
[13]      L.-Y. Xu, X. Nie, and J.-S. Fan, “Cyclic behaviour of low-yield-point steel shear panel dampers,” Engineering Structures, vol. 126, pp. 391-404, (2016).
[14]      R. W. Chan, and F. Albermani, “Experimental study of steel slit damper for passive energy dissipation,” Engineering Structures, vol. 30, pp. 1058-1066, (2008).
[15]      D. R. Teruna, T. A. Majid, and B. Budiono, “Experimental study of hysteretic steel damper for energy dissipation capacity,” Advances in Civil Engineering, vol. 2015, (2015).
[16]      J. Zheng, A. Li, and T. Guo, “Analytical and experimental study on mild steel dampers with non-uniform vertical slits,” Earthquake Engineering and Engineering Vibration, vol. 14, no. 1, pp. 111-123, (2015).
[17]      C.-H. Lee, Y. K. Ju, J.-K. Min, S.-H. Lho, and S.-D. Kim, “Non-uniform steel strip dampers subjected to cyclic loadings,” Engineering Structures, vol. 99, pp. 192-204, (2015).
[18]      H. Ahmadie Amiri, E. P. Najafabadi, and H. E. Estekanchi, “Experimental and analytical study of Block Slit Damper,” Journal of Constructional Steel Research, vol. 141, pp. 167-178, (2018).
[19]      M.A. Kafi, K. Nik-Hoosh, “The geometric shape effect of steel slit dampers in their behavior,”Magazine of Civil Engineering, vol. 87(3), pp. 3-17, (2019).
[20]      Applied Technology Council, ATC-24, Guidelines for Cyclic Seismic Testing of Component of Steel structures, Redwood City, CA (1992).
[21]      A. K. Chopra, Dynamics of structures: theory and applications to earthquake engineering: Prentice Hall Englewood Cliffs, NJ, (1995).