انجمن سازه‌های فولادی ایران نشریه علمی سازه و فولاد 1735-515X 17 41 2023 09 23 Numerical Analysis of a Two-Level Friction Damper with a Cover Plate in the Beam-to-Column Moment Connection بررسی عددی میراگر دوسطحی با ورق روسری در اتصال خمشی تیر به ستون 5 26 201293 FA هادی عسگری سید مهدی زهرائی مهدی وجدیان سید محمد میرحسینی Journal Article 2024 07 29 In previous earthquakes, many steel frames suffered damage to their ordinary rigid moment beam-to-column connections. As a result, the use of multi-level control systems in structures has gained attention from engineers in recent years. The main idea in this system is to combine two separate control systems with different stiffness and strength, thus creating dual seismic behaviors. In this study, a two-level friction-yielding damper passive control system is presented for beam-to-column connections, and its cyclic behavior is evaluated using nonlinear static analysis with the finite element method using ABAQUS software. The evaluation results demonstrate that the performance of the samples improves with an optimal ratio of length to thickness. This improvement is reflected in increased stability and area of the hysteresis curves, ultimately leading to higher energy absorption. Additionally, the hysteresis curves indicate a ductile behavior for the proposed damper in the moment connection. Moreover, the obtained hysteresis curves show that the system reliably dissipates energy at different earthquake levels, satisfying the seismic criteria for special moment resistant connections based on the AISC code. The proposed damper serves as an energy dissipating device, effectively dissipating energy at different levels of earthquakes by facilitating slip and yielding, thereby controlling the seismic response of the structure. زلزله‌های گذشته با تحمیل خسارت‌های زیاد، بیانگر ضعف عملکرد لرزه‌ای سازه‌ها به‌خصوص در محل اتصال تیر به ستون بوده و کاربرد قطعاتی مثل میراگرهای اصطکاکی و جاری‌شونده جهت استهلاک انرژی زلزله و کاهش ارتعاشات ناشی از آن، به یکی از ضرورت‌های مهندسی عمران تبدیل گردیده است. سیستم‌های کنترل غیرفعال چندسطحی یکی از مواردی است که در دهۀ اخیر مورد توجه محققین قرار گرفته است. ایدۀ کلی در سیستم‌های مذکور، ترکیب دو سیستم کنترل غیرفعال با سختی متفاوت بوده که تحت نیروهای با شدت مختلف، موجب تغییر در مشخصات سیستم و بروز رفتارهای متفاوت تحت سطوح انرژی است. در این تحقیق در ابتدا یک سیستم کنترل دوسطحی با میراگر غیرفعال اصطکاکی-جاری‌شونده در ورق روسری در محل اتصال گیردار تیر به ستون، با قابلیت جذب انرژی و تغییر سختی در سطوح متفاوت زلزله، جهت کاهش ارتعاشات لرزه‌ای سازه‌ها ارائه گردیده و با انجام تحلیل‌های استاتیکی غیرخطی با استفاده از نرم‌افزار اجزاء محدود ABAQUS عملکرد آن‌ها مورد ارزیابی قرار گرفته است. با توجه به نتایج ارزیابی، بهبود عملکرد نمونه‌های تحلیلی با نسبت بهینۀ طول به ضخامت ورق روسری بوده و افزایش پایداری و مساحت زیر منحنی‌های هیسترزیس و به تبع آن افزایش استهلاک انرژی از اثرات آن است. مقایسۀ منحنی‌های هیسترزیس میراگر پیشنهادی در محل اتصال گیردار، گویای رفتار شکل‌پذیر با عملکرد دوسطحی مناسب مطابق انتظار بوده و اتلاف انرژی در سطوح مختلف نیرویی را به خوبی فراهم آورده است، طوری که ضوابط طرح لرزه‌ای برای اتصال خمشی ویژه را بر اساس آیین‌نامۀ AISC تأمین می‌کند. همچنین میراگر پیشنهادی به‌عنوان عضو مستهلک‌کنندۀ انرژی در سطوح مختلف زلزله، باعث جذب انرژی شده و با تحمل لغزش و تسلیم، قادر به کنترل لرزه‌ای سازه خواهد بود.

https://www.journalisss.ir/article_201293_a4a2846150bc2e42819bb85ad4d17cd3.pdf

انجمن سازه‌های فولادی ایران نشریه علمی سازه و فولاد 1735-515X 17 41 2023 09 23 Comparison of the Behavior of Steel Frames under Blast Effects مقایسه رفتار قاب‌های فولادی تحت اثر انفجار 26 39 201294 FA محمدصادق شهیدزاده ابراهیم شاهلونژاد امیرحسین درخشان نژاد Journal Article 2024 07 29 The performance evaluation of structures, particularly steel structures against blast loads, is of great importance. One important prediction for dealing with destructive lateral forces in structures is the application of structural steel framing systems. In this study, seven samples of lateral load-resisting systems were developed in a five-story steel structure, considering the provisions of Standard 2800. Using ABAQUS and SAP2000 software, numerical analysis was performed on these systems under blast loads. An aerial explosion was considered, with an explosive material quantity of 200 kg in terms of T.N.T, located at a distance of 2 meters from the centerline of the beam-column connection, in a height of 2.8 meters from the ground level. The results showed that in all models, the adjacent column to the explosion source experienced severe deformation, and plastic damage occurred in the connection region. Additionally, the stresses in the beam web and connection plates at the base of the column reached their maximum values. This occurrence was less observed in moment frame models, while special moment frames and intermediate moment frames demonstrated better performance. In various shear wall models, no plastic damage was observed at the base of the adjacent column to the explosion source, and the energy absorption per unit weight of the structure was obtained. Consequently, the special moment frame had the highest energy absorption capacity, and the lowest was associated with the concentric moment frame. بررسی عملکرد سازه‌ها به‌خصوص سازه‌های فولادی در برابر بار انفجار از اهمیت زیادی برخوردار است. یکی از پیش‌بینیهای مهم برای مواجهه با نیروهای جانبی مخرب در سازه‌ها، کاربرد سیستمهای باربر سازه‌ای فولادی است. در این پژوهش، تعداد 7 نمونه از سیستم‌های باربرجانبی فولادی در سازۀ فولادی 5 طبقه ایجاد شدند که با درنظرگرفتن ضوابط و استاندارد‌ ۲۸۰۰ با نرم‌افزار ABAQUS و SAP2000، تحت بار انفجار مورد تحلیل عددی قرار گرفتند. انفجار از نوع هوایی در نظر گرفته شد و مقدار مادۀ منفجره به میزان ۲۰۰ کیلوگرم بر حسب T.N.T و در فاصلۀ ۲ متری از محور چشمۀ اتصال تیر و ستون سیستم قاب با اتصال صلب و در ارتفاع ۸/۲ متری از سطح زمین ایجاد شد. نتایج نشان داد که در تمامی مدل‌ها ستون مجاور با مبدأ انفجار، دچار اعوجاج شدید گشته و در ناحیۀ چشمۀ اتصال آن‌ها خرابی پلاستیک به‌وجود آمد. همچنین تنش‌ها در جان تیر و ورق‌های اتصال در پای ستون به مقدار بیشینه رسید. این رخداد، در مدل‌های قاب خمشی کم‌تر دیده شد و در مدل‌های قاب خمشی متوسط و قاب خمشی ویژه، سیستم عملکرد بهتری داشت و در مدل‌های مختلف دیوار برشی، آسیب‌های پلاستیک در پای ستون مجاور به مبدأ انفجار، مشاهده نشد و میزان جذب انرژی نسبت به وزن سازه به‌دست آمد. در نتیجه، قاب خمشی ویژه بیش‌ترین میزان جذب انرژی را داشت و کم‌ترین آن نیز مربوط به قاب خمشی هم‌محور بود.

https://www.journalisss.ir/article_201294_1a0ccad64b7fbe7a2ee90dc41929a793.pdf

انجمن سازه‌های فولادی ایران نشریه علمی سازه و فولاد 1735-515X 17 41 2023 09 23 Evaluation of the Performance of Box Link Beam with Reduced Section Flange under Cyclic Loading ارزیابی عملکرد تیر پیوند قوطی شکل با اتصال فلنجی دارای مقطع کاهش یافته تحت بارگذاری چرخه‌ای 40 59 201295 FA دانیال پسران بهبهانی نادر فنائی Journal Article 2024 07 29 Previous studies have demonstrated the occurrence of brittle and early stage cracks in the connection between the link beam and the column, specifically in the vicinity of the groove welds that connect the flanges of the link beam to the column, when subjected to seismic activity. A similar type of rupture has also been observed in the end-plate connections of the link beam to the external link beam. This research explors the consept of utilizing a box-shaped link beam with a reduced cross-section in the Abaqus finite element software to magnitude the plastic strain demand generated at the flange ends of the box link beam. The objective is to prevent rupture in this specific region. The results indicate that the maximum equivalent plastic strain at the end of the link beam flanges can be reduced by up to 38% for short link beams, up to 41% for intermediate link beams, and up to 68% for long link beams. Consequently, this approach effectively prevents premature ruptures in the area adjacent to the groove weld connecting the beam flange to the end plate. The magnitude of the equivalent plastic strain at the end of the box link beam decreases as parameters "a" and "b" decrease, and parameter "c" (geometric parameters of the reduced cross-section) increases. Parameter "c" exhibits the most significant influence on this parameter, while parameter "b" has the least significant impact. Additionally, the adoption of a reduced cross-section in the box link beam results in an increase of up to 35% in the energy dissipation of the link beam due to enhanced participation of the flanges in energy dissipation for short link beams, up to 158% for intermediate link beams, and up to 250% for long link beams. مطالعات پیشین، ایجاد پارگی های ترد و زود هنگام در اتصال تیر پیوند به ستون را در مجاورت جوش های شیاری اتصال بال تیر پیوند به بال ستون و در مواجه با زلزله نشان داده اند؛ این نوع پارگی به‌صورت مشابه در اتصال های فلنجی تیر پیوند به تیر خارج از پیوند نیز مشاهده شده است. در این تحقیق ایدۀ استفاده از تیر پیوند قوطی شکل با مقطع کاهش یافته در نرم افزار اجزای محدود آباکوس، به‌ منظور کاهش مقدار تقاضای کرنش پلاستیک ایجاد شده در انتهای بال تیر پیوند و در نتیجه جلوگیری از ایجاد پارگی در این ناحیه مورد بررسی قرار گرفت و مشاهده شد که استفاده از مقطع کاهش یافته منجر به کاهش مقدار تقاضای کرنش پلاستیک معادل در انتهای بال های تیر پیوند قوطی شکل تا 38٪ برای تیرهای پیوند برشی، تا 41٪ برای تیرهای پیوند متوسط و تا 68٪ برای تیرهای پیوند بلند و در نتیجه جلوگیری از ایجاد پارگی های زود هنگام در ناحیۀ مجاور جوش شیاری اتصال بال تیر به ورق انتهایی می گردد؛ مقدار کرنش پلاستیک معادل در انتهای تیر پیوند قوطی، با کاهش پارامترهای a و bو افزایش پارامتر c (پارامترهای هندسی مقطع کاهش یافته) کاهش می یابد و پارامتر c بیش‌ترین و b کمترین تأثیر را بر مقدار این پارامتر دارد؛ همچنین با استفاده از مقطع کاهش یافته در تیر پیوند قوطی شکل، مقدار اتلاف انرژی تیر پیوند به‌دلیل افزایش مشارکت بال در اتلاف انرژی، تا 35٪ برای تیرهای پیوند برشی، تا 158٪ برای تیرهای پیوند متوسط و تا 250٪ برای تیرهای پیوند بلند افزایش می یابد.

https://www.journalisss.ir/article_201295_01430745354b8004f6b2af63031fe3af.pdf

انجمن سازه‌های فولادی ایران نشریه علمی سازه و فولاد 1735-515X 17 41 2023 09 23 Enhancing the resilience of reinforced concrete shear walls using replaceable buckling-restrained elements ارتقای تاب‌آوری دیوار برشی بتن‌آرمه با استفاده از المان تعویض‌پذیر کمانش‌تاب 60 75 201296 FA سید علی رضوی طباطبایی علی مردانی Journal Article 2024 07 29 Reinforced-Concrete Shear Wall (RCSW) is a common lateral resisting system especially in mid and high-rise structures. This popularity among engineers is due to high ductility and in-plane stiffness of the RCSWs. RCSWs have shown good performance as seismic load-bearing systems in past earthquakes. However, the main disadvantage of RCSWs is the crushing of concrete at the foot of the wall and as a result the buckling of the reinforcement in this area, which makes it difficult and, in some cases, impossible to repair after the earthquake. As a solution, using Buckling-Restrained Brace (BRB) as boundary elements at the base of the RCSWs is proposed and investigated in this research. For this purpose, two sets of 6 and 12-storey structures with conventional RCSW and BRB-RCSW as lateral resisting system were designed, and their seismic response were assessed through static (monotonic and cyclic), dynamic Nonlinear Time History (NLTH) and Incremental Nonlinear Dynamic Analyses (NIDA). The results indicate improved structural performance and an increase of response modification factor from 4.4 in conventional RCSW to 5.47 in RCSW-BRB. Furthermore, the proposed system prevents the induced damage at the foot of the RCSW while the replaceable BRBs act as the fuses, increasing the resiliency of the structure. So that the behavior factor of the frame equipped with buckling-restrained braces increased by 30 percent in the 6-story building and 20 percent in the 12-story building. دیوار برشی دیواری است که برای مقاومت در برابر اثر توام تلاش محوری، تلاش خمشی و تلاش برشی ناشی از بارهای قائم و بار زلزله طراحی می‌شود. سیستم‌های باربر لرزه‌ای دیوار برشی بتن‌آرمه، با توجه به شکل‌پذیری زیاد و سختی بالا به‌طور گسترده‌ای در سازه‌های بلند اعم از فولادی و بتنی استفاده می‌شوند. این نوع سیستم‌های باربر لرزه‌ای، در زلزله‌ها عملکرد مناسبی از خودشان نشان داده‌اند. اما عمده مشکل این نوع دیوارها خرابی و خردشدگی بتن در پای دیوار و کمانش آرماتورهای این ناحیه است، که تعمیر و بهبودپذیری سازه‌ها را بعد از زلزله دچار مشکل می‌کند و حتی در مواردی سازه را به‌طور کلی از سرویس‌پذیری خارج می‌کند. اگر یک قطعۀ تعویض‌پذیر در پای دیوار که تمرکز خرابی در آن ناحیه است قرار داده شود، عملکرد سازه به مقدار قابل‌توجهی بهبود می‌پذیرد و باعث می‌شود با جایگزین‌کردن سریع قطعۀ تعویض‌پذیر جدید، هزینه‌ها و مدت زمان تعمیر سازه بعد از زلزله به مقدار قابل‌توجهی کاهش یابد و سازه به یک سازۀ تاب‌آور تبدیل شود. در این تحقیق عملکرد یک قطعۀ تعویض‌پذیر فولادی در پای دیوار برشی بتن‌آرمه در سازه‌های فولادی بررسی و با نمونۀ دیوار برشی بتن‌آرمۀ متداول مقایسه شده است. به همین منظور قاب‌های 6 و 12 طبقه با سیستم باربر جانبی دیوار برشی بتن‌آرمه با و بدون المان مرزی فولادی در نرم‌افزار Seismostruct2020 مدل شده‌اند و تحلیل‌های غیرخطی همچون تاریخچه زمانی دینامیکی و دینامیکی افزایشی روی قاب‌ها انجام شده است. در این پژوهش پارامترهای طراحی همچون ضریب اضافه‌مقاومت، ضریب شکل‌پذیری و ضریب رفتار سازه با استفاده از تحلیل دینامیکی غیرخطی افزایشی محاسبه شده‌اند. همچنین منحنی‌های هیسترزیس قاب‌های 6 و 12 طبقه در هر دو حالت ترسیم و سطح زیر منحنی‌ها محاسبه شده است. نتایج نشان داد با اضافه‌شدن المان مرزی فولادی به دیوار برشی بتن‌آرمه رفتار سازه بهبود یافته و شکل‌پذیری افزایش می‌یابد به‌نحوی که ضریب رفتار قاب مجهز به مهاربند کمانش‌تاب در ساختمان 6 طبقه، 30 درصد و در ساختمان 12 طبقه 20 درصد افزایش یافت.

https://www.journalisss.ir/article_201296_bd03101214c21f0eb7120433609d9253.pdf

انجمن سازه‌های فولادی ایران نشریه علمی سازه و فولاد 1735-515X 17 41 2023 09 23 Analysis of buckling and vibrations of Non-Prismatic Columns under thermal changes تحلیل کمانش و ارتعاشات ستون‌های با مقطع متغیر تحت تغییرات حرارتی 75 96 201297 FA امیرحسین طاهرخانی مجید امین افشار Journal Article 2024 07 29 Due to economic efficiency, members with variable cross-sections are widely used in steel structures, especially industrial sheds. But with the increase in temperature caused by thermal changes, the strength and hardness characteristics of industrial frame members decrease rapidly. It is necessary to check stability (thermal buckling) in industrial frames for a safe and complete design. In this article, thermal buckling and vibrations caused by thermal changes of non-radiative elastic columns are investigated by the Rayleigh-Ritz method. In the next step, the weak form of the differential equation is calculated and the Chebyshev series is used as the transverse displacement function and the weight function. In the last step, after extracting material stiffness matrices, geometric stiffness, and mass matrix, the eigenvalues of the equation are checked. The results show that the simultaneous increase of the slope of the section and the coefficient of thermal changes significantly affect the effective length coefficient and reduce the buckling load capacity in all the boundary conditions of different supports. Also, the simultaneous increase of the slope of the cross-section and the coefficient of thermal variation, depending on the type of boundary conditions of the support, cause an increase or decrease in the dimensionless natural frequency. Aligned curves are used to present results and display graphs to apply results in engineering calculations. The results of previous research are used for validation. There is an acceptable agreement between the present results and previous studies. استفاده از اعضای با مقطع متغیر به‌علت صرفۀ اقتصادی کاربرد فراوانی در سازه‌های فولادی به‌خصوص سوله‌های صنعتی دارد. اما با افزایش دمای ناشی از تغییرات حرارتی، مشخصات مقاومتی و سختی اعضای قاب‌های صنعتی به‌سرعت کاهش می‌یابد. برای طرح کامل و ایمن لازم است پایداری (کمانش حرارتی) در قاب‌های صنعتی بررسی شود. در مقالۀ حاضر، کمانش حرارتی و ارتعاشات ناشی از تغییرات حرارتی ستون‌های الاستیک غیرمنشوری با روش رایلی-ریتز بررسی می‌شود. در گام اول، با استفاده از روش همیلتون، معادلۀ دیفرانسیل حاکم استخراج می‌گردد. در گام بعدی، شکل ضعیف معادلۀ دیفرانسیل محاسبه شده و از سری چبیشف به‌عنوان تابع تغییرمکان عرضی و تابع وزن استفاده می‌گردد. در گام آخر، پس از استخراج ماتریس‌های سختی مصالح، سختی هندسی و ماتریس جرم در نهایت مقادیر ویژۀ معادله بررسی می‌شوند. نتایج نشان می‌دهد که افزایش هم‌زمان شیب مقطع (β) و ضریب تغییرات حرارتی (γ) تأثیر قابل‌توجهی در افزایش ضریب طول مؤثر (K) و کاهش ظرفیت بارکمانشی (Pcr) در تمامی شرایط مرزی تکیه‌گاهی مختلف دارد. هم‌چنین افزایش همزمان شیب مقطع (β) و ضریب تغییرات حرارتی (γ) بسته به نوع شرایط مرزی تکیه‌گاهی سبب افزایش یا کاهش فرکانس طبیعی بی‌بُعد (ω) میگردد. برای به‌کارگیری نتایج در محاسبات مهندسی، از منحنیهای هم‌تراز برای ارائۀ نتایج و نمایش نمودارها استفاده میشود. از نتایج تحقیقهای پیشین برای اعتبارسنجی استفاده میشود. تطابق قابل‌قبولی بین نتایج حاضر و تحقیقهای پیشین برقرار است.

https://www.journalisss.ir/article_201297_2e854dde10618a4fdbfd41feb4c27fcf.pdf

انجمن سازه‌های فولادی ایران نشریه علمی سازه و فولاد 1735-515X 17 41 2023 09 23 Nonlinear Behavior of Diaphragms in Concentrically Braced Steel Frames with Ground Floor Out-of-Plane Offset Irregularities رفتار غیرخطی دیافراگم‌ها در ساختمان‌های فولادی با سیستم قاب مهاربندی همگرای ناپیوسته از نوع جابه‌جایی خارج از صفحه در طبقه همکف 96 112 201298 FA سلمان محمدی امین محب خواه Journal Article 2024 07 29 Diaphragms, beyond supporting gravity loads and transferring them to vertical structural elements, play a crucial role in collecting lateral forces and distributing them among lateral resistant systems. In some cases, due to architectural considerations in the design of braced steel building frames, structural designers are compelled to shift the braces in the structure's plan, classifying them under structures with out-of-plane offset irregularity. In such structures, the horizontal diaphragm between the shifted braces must effectively transfer the shear forces induced by earthquakes. Therefore, investigating the behavior of these diaphragms is imperative for the analysis and design of these structures. The objective of this research is to investigate the seismic behavior, drift demands, over-strength factor, and the degree of vulnerability of discontinuous concentrically braced frames (CBFs) when subjected to earthquakes. To achieve this goal, two three-dimensional CBFs of 3 and 6 stories, both with and without out-of-plane offset irregularity, incorporating inelastic diaphragm behavior, were taken into account through pushover and nonlinear time-history dynamic analyses using ABAQUS. The examination of the results indicated that the concrete diaphragm existing in the discontinuity region, with a thickness of five centimeters, has been damaged at a 45-degree angle. It lacks the ability to transfer the shear force resulting from the lateral load of the braces. This is in contrast to thicknesses of 10 and 20 centimeters, where the diaphragm in the mentioned area remains undamaged. Given the information provided, it seems that, with the minimum thickness specified in Iranian National Building Code (part 9), was vulnerable to the transferred shear forces. Additionally, it was found that the inter-story drift demands of the frames exceed the estimations proposed by the building code. دیافراگم‌ها علاوه بر تحمل بارهای ثقلی و انتقال این بارها به المان‌های قائم سازه‌ای، وظیفۀ جمع‌آوری نیروهای جانبی و توزیع آن بین سامانه‌های مقاوم جانبی را بر عهده دارند. طراحان سازه در برخی موارد به‌دلیل وجود ملاحظات معماری در طراحی قاب‌های ساختمانی فولادی مهاربندی‌شده، ناچار به جابجا نمودن مهاربندها در پلان سازه هستند که در دستۀ سازه‌های با نامنظمی خارج از صفحه طبقه‌بندی می‌شوند. در چنین سازه‌هایی، دیافراگم افقی واقع در مرز ناپیوستگی باید نیروهای برشی ناشی از زلزله را انتقال دهد؛ بنابراین بررسی رفتار این دیافراگم‌ها برای تحلیل و طراحی سازه‌ دارای اهمیت است. هدف از این پژوهش، بررسی رفتار لرزه ای، ظرفیت جابجایی نسبی، ضریب اضافه‌ مقاومت و میزان آسیب‌پذیری قاب های مهاربندی همگرای ناپیوسته در برابر زلزله است. بدین‌منظور سازه‌های سه و شش طبقه با مهاربندهای همگرا در دو حالت با و بدون جابجایی خارج از صفحۀ مهاربندها با درنظرگرفتن رفتار غیر ارتجاعی دیافراگم تحت تحلیل پوش اور و تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیر خطی با استفاده از نرم‌افزار آباکوس قرار گرفتند. بررسی نتایج نشان داد که دیافراگم بتنی موجود در ناحیۀ ناپیوستگی با ضخامت پنج سانتی‌متر در ناحیۀ انتقال ناپیوستگی مهاربندها، با زاویۀ 45 درجه دچار آسیب شده و توانایی انتقال نیروی برشی که ناشی از بار جانبی مهاربندها می باشد را ندارد. این در حالی است که در ضخامت های 10 و 20 سانتی متر، دیافراگم در ناحیۀ مذکور دچار آسیب نمی‌شود. با توجه به مطالب بیان‌شده به‌نظر می‌رسد که با حداقل ضخامت تعیین‌شده در مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، دیافراگم بتنی در برابر نیروهای برشی انتقال یافته، آسیب پذیر است. همچنین نیاز جابجایی نسبی میان‌طبقه ای سازه های مورد بررسی، بیش از مقادیر محاسبه‌شده طبق روابط آیین نامه است.

https://www.journalisss.ir/article_201298_9bd578e6319815a570c0b2681aeb4555.pdf