نشریه علمی سازه و فولاد

نشریه علمی سازه و فولاد

تأثیر حرکت گهواره‌ای پای ستون در عملکرد لرزه‌ای قاب خمشی فولادی مرکزگرا با اتصالات پس‌کشیده تیر به ستون

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی مهندسی، واحد اسلامشهر، دانشگاه آزاد اسلامی
2 گروه مهندسی عمران، دانشکده هنر و معماری، واحد تهران غرب، دانشگاه آزاد اسلامی
3 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی مهندسی، واحد شهر قدس، دانشگاه آزاد اسلامی
چکیده
در این مقاله عملکرد لرزه‌ای قاب خمشی فولادی مرکزگرا با امکان حرکت گهواره­ای در پای ستون و اتصالات گیردار پس­کشیدۀ تیر به ستون در مقایسه با سازه­های متداول دارای پای ثابت از طریق ارزیابی پارامترهای کلیدی مانند تغییر‌مکان­های جانبی نسبی کل، خمشی و پسماند در سطوح خطر مختلف شامل زﻟزلۀ ﻣﺤﺘﻤﻞ ﺑﯿﺸﯿﻨﻪ و زلزلۀ مبنای طرح مورد بررسی قرار می‌گیرد. برای این منظور، مدل­سازی عددی در نرم‌افزار Opensees با درنظرگرفتن رفتار غیرخطی مصالح و غیرخطی هندسی شامل اثرات پی-دلتا و نیز شرایط تکیه­گاهی ناشی از حرکت گهواره­ای مورد استفاده قرار می­گیرد. در مدل عددی ساخته‌شده، المان­های تیر-ستون و خرپایی دارای رفتار غیرارتجاعی با قابلیت شبیه­سازی رفتار پس از تسلیم و تنطیم پارامتر سخت­شوندگی کرنشی برای شبیه­سازی اجزای مختلف مدل شامل اعضای فولادی، فیوزهای اصطکاکی و کابل­های پس­کشیدۀ تأمین‌کنندۀ مرکزگرایی سیستم مورد استفاده قرار می­گیرد. پیش­تنیدگی کابل­های پس­کشیده با استفاده از مصالح کرنش اولیۀ نرم‌افزار شبیه­سازی می­گردد. در ضمن، مدل­سازی حرکت گهواره­ای و برکنش در پای ستون­ها نیز با استفاده از المان­های با طول صفر و مصالح ارتجاعی فاقد کشش نرم­افزار انجام می­شود. با توجه به پیچیدگی­های تحلیلی رفتار سازه­ای شامل رفتار غیرخطی مصالح، هندسی و شرایط مرزی در سازه­های مرکزگرای مورد نظر و عدم قطعیت­های مربوط به پدیدۀ زمین­لرزه، مطالعات آماری بر روی نتایج تحلیل­های متعدد تاریخچه زمانی 22 جفت رکورد زلزله از مجموعه رکوردهای حوزۀ دور انجام شد. بر اساس نتایج کمّی حاصل، به‌منظور ارزیابی پارامترهای عملکردی در سازه­های نوین، مقادیر میانۀ بیشینه دریفت پسماند در حدود 65% و مقادیر دریفت خمشی در سطوح خطر زﻟﺰلۀ ﻣﺤﺘﻤﻞ ﺑﯿﺸﯿﻨﻪ و زلزلۀ مبنای طرح به‌ترتیب در حدود 50 و 70 درصد کاهش یافته است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

The effect of rocking motion on seismic performance of self-centering steel moment-resisting frames with post-tensioned beam-to-column connections

نویسندگان English

Nazanin Azadi 1
Abolfazl Riahi Nouri 2
Amir Ayazi 3
1 Department of Civil Engineering, West Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
2 Department of Civil Engineering, West Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
3 Department of Civil Engineering, Shahr-e-Qods Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده English

In this paper, seismic performance of self-centering rocking steel moment-resisting frames with post-tensioned rigid beam-to-column connections, compared to conventional fixed-base structures, is investigated through assessment of several key parameters such as total, flexural and residual drifts in different seismic levels, i.e. Maximum Credible Earthquake (MCE) and Design Basis Earthquake (DBE). For this purpose an OpenSees numerical models is used taking into account the effects of material and geometric nonlinearities including P-Delta and boundary condition due to rocking motion. In the developed model, beam-column and truss elements with the capability for simulating inelastic post-yielding behaviour and adjustable strain-hardening paramerter  are utilized to model various parts of the structures including steel members, frictional fuses and self-centering Post-Tensioned (PT) cables. The post-tensioning in PT cables are simulated by using the initial strain material in OpenSees. Besides, the rocking motion and uplift in column bases are simulated by zerolength elements and Elastic-NoTension (ENT) material in the software. Regarding the analytical complexities in structural response of self-centring structures, including material, geometric and boundry condition nonlinearities, and the uncertainty associated with earthquake phenomenon, statistical studies are performed on several time-history results related to 22 pair of horizontal earthquake records, i.e. the Far-Field record set proposed by FEMAP695. Based on obtained quantative results for evaluation of performance parameters, the maximum median results, in the modern rocking structure, the flexural drifts is reduced about 65% , while, the reduction of flexural drifts is about 50% and 70% at Maximum Credible Earthquake (MCE) and Design Basis Earthquake (DBE) intensity levels, respectively.

کلیدواژه‌ها English

Rocking
Self-centering
Post-tensioned
Seismic performance
Steel moment-resisting frame
[1] Beck, J.L., and Skinner, R.I. (1973), “The seismic response of a reinforced concrete bridge pier designed to step”, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 2(4), pp.343-358.
[2] Yim, S.C.S., and Chopra, A.K. (1985), "Simplified earthquake analysis of multistory structures with foundation uplift", Journal of Structural Engineering, 111(12), pp.2708–2731.
[3] Garlock, M.E., Li, J., and Blaisdell, M.L. (2006), "Collector beam interaction with steel self-centering moment frames", Proceedings of the 4th International Conference on Earthquake.
[4] Midorikawa, M., Azuhata, T., Ishihara, T., and Wada, A. (2006), “Shaking table tests on seismic response of steel braced frames with column uplift”, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 35(14), pp.1767-1785.
[5] Eatherton, M.R., Ma, X., Krawinkler, H., Deierlein, G.G., and Hajjar, J.F. (2014), “Quasi-static cyclic behavior of controlled rocking steel frames”, Journal of Structural Engineering, 140(11), p.04014083.
[6] Dimopoulos, A.I., Karavasilis, T.L., Vasdravellis, G., and Uy, B. (2013), "Seismic design, modelling and assessment of self-centering steel frames using post-tensioned connections with web hourglass shape pins", Bulletin of Earthquake Engineering, 11(5), pp.1797–1816.
[7] Vetr, M.G., Riahi Nouri, A., and Kalantari, A. (2012), “Efficient application of rocking motion in design of steel structures”, In 15th World Conference on Earthquake Engineering, pp. 24-28.
[8] Vetr, M.G., Riahi Nouri, A., and Kalantari, A. (2016), "Seismic evaluation of rocking structures through performance assessment and fragility analysis", Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 15(1), pp.115-127.
[9] Riahi Nouri, A., Anastasopoulos, I., Vetr, M.G., and Kalantari, A. (2016), "Efficiency of low-rise steel rocking frames founded on conventional and rocking foundations", Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 84, pp.190-203.
[10] Freddi, F., Dimopoulos, C.A., and Karavasilis, T.L. (2017), “Rocking damage‐free steel column base with friction devices: design procedure and numerical evaluation”, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 46(14), pp.2281-2300.
[11] Bagherzadeh, R., Riahi Nouri, A., Massoudi, M.S., Ghazi, M., and Haddad Shargh, F. (2022), “Evaluation of seismic behavior based on the performance of special steel moment frames by modified energy method and force design method”, Advances in Civil Engineering, 2022(1), 6718796.
[12] Bagherzadeh, R., Riahi Nouri, A., Massoudi, M.S., Ghazi, M., and Haddad Shargh, F. (2022), “An effective hybrid method for optimizing steel frames with improved seismic performance”, Iran University of Science and Technology, 12(3),
pp.365-398.
[13] Nouri, A.R., Hajiagha, A.R., and Vetr, M.G. (2025), “Analytical modeling of thick/stiffened base plates with internal anchor rods under eccentric compressive and tensile loads”, Canadian Journal of Civil Engineering, 52(5), pp.880-895.
[14] اشرف زاده، ف.، تاروردیلوی، س. (1389)، " اثر حرکت گهواره­ای فونداسیون روی پاسخ لرزه­ای سازه­های مهاربندی‌شدۀ فولادی"، کنفرانس بین­المللی سبک‌سازی و زلزله، جهاد دانشگاهی کرمان.
]15[ رهگذر، ن.، سروقد مقدم، ع. (1397)، "پیشنهاد ضرایب طراحی لرزه­ای برای قاب فولادی مهاربندی دارای حرکت گهواره­ای"، نشریۀ مهندسی ساخت‌وساز، دورۀ 5، شمارۀ 4.
]16[ حائری، س.م.، فتحی، آ. (1394)، "مدل­سازی عددی حرکت گهواره­ای سازه­های واقع بر پی­های سطحی تحت اثر بارگذاری دینامیکی و بررسی میزان استهلاک انرژی در فصل مشترک خاک و پی با توجه به اثرات اندرکنش خاک و سازه"، دهمین کنگره بین‌المللی مهندسی عمران، تبریز.
]17[  پروری، ع.، بگلر، آ. (1397)، "ارزیابی عملکرد و مقایسه لرزه‌ای قاب­های خمشی فولادی با سیستم دوگانه با مهاربند همگرا و واگرا دارای امکان حرکت گهواره‌ای"، فصل‌نامه آنالیز سازه-زلزله، دوره 15، شماره 2.
]18[  انصاری طرقی، ر.، سروقد مقدم، ع. (1396)، "چیدمان مناسب مهاربند در ساختمان­های فولادی با حرکت گهواره­ای"، هشتمین کنفرانس ملی سازه و فولاد، تهران.
]19[ بیرقی، ح. (1402)، "به‌کارگیری مهاربند آلیاژ حافظه‌دار شکلی کمانش‌تاب برای بهسازی لرزه‌ای قاب‌های خمشی"، نشریه علمی و پژوهشی سازه و فولاد، دوره 17، شماره 40. ص 18-35.
]20[ بیرقی، ح. (1398)، "پاسخ لرزه‌ای سازه های فولادی دارای مهاربند کمانش‌تاب با و بدون میراگر مایع لزج تحت زلزلۀ حوزۀ نزدیک و دور"، نشریه علمی و پژوهشی سازه و فولاد، دوره 13، شماره 25.
]21[ سلطانی، س.، جواهری تفتی، م.ر.، و وتر، م.ق. (1402)، "تحلیل عددی فیوز با تعویض‌پذیری ساده در قاب‌های واگرا و تعیین ضریب رفتار به روش انرژی"، نشریه علمی و پژوهشی سازه و فولاد، دوره 17، شماره 39. ص 93-108.
]22[ اصغری، ا.، و قناعت پیشه، س. (1395)، "بررسی رفتار لرزه‌ای قاب مهاربندی واگرای مرکزگرا با فیوزهای توزیع‌شده در ارتفاع"، نشریه علمی و پژوهشی سازه و فولاد، دوره 10، شماره 20.
]23[ هوایی، غ.ر.، و موبدی، ا. (1393)، "اثرات اندرکنش و حرکت گهواره­ای به سبب تسلیم‌شدن ستون­ها بر روی پاسخ سازه­های فولادی"، نشریه علمی و پژوهشی مهندسی سازه و ساخت، دوره 1، شماره 1.
]24[ باوندی، م.، سروقد مقدم، ع.، منصوری، م.ر.، و عظیمی­نژاد، آ. (1400)، "پیشنهاد شاخص تعمیرپذیری قاب­های خمشی فولادی دارای اتصالات مرکزگرای پس­کشیده تحت زلزله­های دور از گسل"، نشریه علمی و پژوهشی سازه و فولاد، دوره 15، شماره 31.
]25[ شمس، ا.س.، و قبادی، م.س. (1400)، "معرفی و ارزیابی سازه های مرکزگرای ترکیبی با رویکرد تاب آوری لرزه ای"، نشریه علمی و پژوهشی سازه و فولاد، دوره 15، شماره 32.
]26[ قبادی، م.س.، ، کارگر نجفی، م.، و احمدی جزنی، ر. (1393)، "عملکرد لرزه‌ای اتصالات خودمحور با ابزار اصطکاکی بال پایین (BFFD)"، نشریه علمی و پژوهشی سازه و فولاد، دوره 8، شماره 16.
]27[ قاسمی، ع.، و متدین، ح. (1399)، "ارزیابی عملکرد قاب­های خمشی فولادی ویژه پس­کشیده تحت خرابی پیش‌رونده"، نشریه علمی و پژوهشی سازه و فولاد، دوره 14، شماره 29.
]28[ حجازی طلب، ح.، و رحیمی بندرآبادی، ح. (1395)، "تحلیل عددی اتصالات خمشی فولادی پس‌کشیده همراه با نبشی‌های فوقانی و تحتانی"، نشریه علمی و پژوهشی سازه و فولاد، دوره 10، شماره 19.
[29] Eurocode 8 (2005), “Design of structures for earthquake resistance, Part 1:general rules, seismic action and rules for buildings", European Committee for Standardization, Brussels, Belgium.
[30] Tzimas, A.S., Dimopoulos, A.I., Karavasilis, T.L. (2015), "EC8-based seismic design and assessment of self-centering posttensioned steel frames with viscous dampers", Journal of Constructional Steel Research, 105, pp.60-73.
[31] McKenna, F., Fenves, G.L., and Scott, M.H. (2006), “OpenSees: open system for earthquake engineering simulation", PEER Center, Berkeley, CA.
[32] FEMA P695 (2008), "Quantification of building seismic performance factors". ATC-63 Project. Applied Technology Council: CA. USA.

  • تاریخ دریافت 13 شهریور 1404
  • تاریخ اولین انتشار 13 شهریور 1404
  • تاریخ انتشار 01 فروردین 1404