نشریه علمی سازه و فولاد

نشریه علمی سازه و فولاد

ارزیابی احتمال فروریزش قاب‌های بتن مسلح مهاربندی زانویی ‌شده تحت زلزله‌های نزدیک گسل پالس‌دار با روش FEMA P-695

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
علیرضا رفعت فر 1
نوید سیاه پلو 2
1 مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، مجتمع آموزش عالی جهاددانشگاهی خوزستان
2 موسسه آموزش عالی جهاد دانشگاهی خوزستان
10.22034/jss.2025.553884.1011
چکیده
در این پژوهش، عملکرد لرزه‌ای قاب‌های بتن‌آرمۀ مجهز به مهاربند زانویی (RC-KBF) بر اساس دستورالعمل FEMA P-695 به‌طور دقیق ارزیابی شده است. هدف اصلی تحقیق، بررسی احتمال فروریزش این قاب‌ها تحت اثر زلزله‌های شدید حوزۀ نزدیک، به‌ویژه رکوردهای پالس‌دار و تحلیل غیرخطی دینامیکی رفتار سازه است. برای این منظور، مدل‌های دوبعدی قاب‌های بتن‌آرمه با دهانه‌ها و تعداد طبقات متنوع طراحی و بر اساس ضوابط ملی ساختمان ایران (مباحث 9 و 10) و استاندارد 2800 (ویرایش چهارم) با نرم‌افزار ETABS ساخته شدند. سپس تحلیل‌های غیرخطی افزایشی با نرم‌افزار PERFORM 3D اجرا شد تا پارامترهای کلیدی مانند شتاب طیفی میانۀ فروریزش و نسبت حاشیۀ فروریزش (CMR) استخراج شود. نتایج مقایسه‌ای نشان داد که استفاده از رکوردهای پالس‌دار، موجب افزایش حدود 18 درصد در شتاب طیفی میانۀ فروریزش و 17 درصد در نسبت حاشیۀ فروریزش نسبت به رکوردهای بدون پالس می‌شود که نمایانگر تأثیر مخرب خاص رکوردهای نزدیک گسل است. بیش‌تر مدل‌ها، الزامات حداقلی FEMA P-695 را برآورده کرده و تنها یک مدل به‌دلیل شکل‌پذیری پایین، از معیارها تخطی کرد. یافته‌های این مطالعه، اهمیت استفاده از مهاربند زانویی به‌عنوان جایگزینی مؤثر و پایدار برای سیستم‌های مقاوم‌سازی لرزه‌ای سنتی در قاب‌های بتن‌آرمه را نشان می‌دهد؛ به‌خصوص در مناطقی با ریسک بالای زلزله‌های نزدیک گسل. این تحقیق علاوه بر ارائۀ شواهد کیفی و کمی عملکرد بهبودیافته، چالش‌های خاص رکوردهای پالس‌دار را نیز به روشنی مطرح می‌کند.
کلیدواژه‌ها
قاب بتنی با مهاربند زانویی
ارزیابی فروریزش FEMA P-695
زلزلۀ نزدیک گسل
نسبت حاشیۀ فروریزش (CMR)
منحنی‌های شکنندگی

موضوعات

عنوان مقاله English

Evaluation of the Collapse Probability of Knee-Braced Reinforced Concrete Frames under Near-Fault Pulse-Type Earthquakes Using the FEMA P-695 Method

نویسندگان English

Alireza Rafatfar 1
Navid Siahpolo 2
1 ACECR Institute of Higher Educatio
چکیده English

This study presents a comprehensive seismic performance evaluation of reinforced concrete frames equipped with knee braces (RC-KBF) following the FEMA P-695 guidelines. The primary aim is to assess the collapse probability of these frames under severe near-fault earthquakes, particularly focusing on pulse-type ground motions, and to investigate their nonlinear dynamic behavior. Two-dimensional models of RC frames with varying span lengths and numbers of stories were developed based on the Iranian National Building Code (Chapters 9 and 10) and the fourth edition of Standard 2800, using ETABS software. Incremental nonlinear dynamic analyses were then conducted in PERFORM 3D to extract key parameters such as median spectral acceleration at collapse and collapse margin ratio (CMR). Comparative results indicate that pulse-type ground motions cause approximately an 18% increase in median spectral acceleration and a 17% increase in the CMR compared to records without pulses, indicating the severe impact of near-fault pulse effects. Most models met the minimum acceptance criteria specified in FEMA P-695, with only one model failing due to insufficient ductility. The findings underscore the effectiveness of knee braces as a viable seismic retrofit alternative to traditional systems in reinforced concrete frames, especially in regions vulnerable to near-fault earthquakes. Moreover, the study highlights the unique challenges posed by pulse-type records and provides both qualitative and quantitative insight into seismic behavior enhancements achieved by knee-braced systems.

کلیدواژه‌ها English

RC-KBF (Reinforced Concrete Knee-Braced Frame)
FEMAP-695 Collapse Evaluation
Near-Fault Earthquake
Median Spectral Acceleration at Collapse
Fragility Curves
[1] مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن دفتر تدوین آیین‌نامه‌ها و استانداردها، (۱۳۹۳)، آیین‌نامه طراحی ساختمان‌های مقاوم در برابر زلزله ایران (استاندارد شماره ۲۸۰۰، چاپ چهارم)، مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، تهران.
[2] ASCE, (2022), Minimum Design Loads and Associated Criteria for Buildings and Other Structures (ASCE/SEI 7–22), American Society of Civil Engineers, Reston, Virginia, USA.
[3] FEMA, (2009), Quantification of Building Seismic Performance Factors (FEMA P-695), Federal Emergency Management Agency, Washington, D.C., USA.
[4] Aristizabal-Ochoa, J.D. (1986), "Disposable Knee Bracing: Improvement In Seismic Design Of Steel Frames", Journal of Structural Engineering, ASCE, 112, pp.154-176.
[5] Balendra, T., Sam M.T., and Liaw, C.Y. (1990), "Diagonal Brace With Ductile Anchor For A Seismic Steel Frame", Earthquake Engineering And Structural Dynamics, 19, pp.835-847.
[6] Williams, M.S., Blakeborough, A., Clément, D., and Bourahla, N. (2002), "Seismic behavior of knee braced frames", Structures and Buildings, 152(2), pp.147–155.
[7] زهرائی، س.م.، و مسجدبردی، س.ب. (۱۳۹۰)، "نقش المان‌های زانو در بهبود عملکرد قاب‌های فولادی مهاربندی قطری و شِورُن تحت بارهای جانبی"، نشریۀ امیرکبیر، ۴۳(۱)، ص 51-59.
[8] Kim, J., and Seo, Y. (2003), "Seismic Design Of Steel Structures With Buckling-Restrained Knee Braces", Journal of Constructional Steel Research, 59, pp.1477-1497.
[9] Shokouhian, M., Sadeghi R., and Ozbakkaloglu, T. (2012), "The Buckling Behaviour Of Knee Braced Frames (KBF)", In: Australasian Structural Engineering Conference: The Past, Present And Future Of Structural Engineering.
[10] Shin, J., Lee, K., Jeong S.H., and Lee, J. (2015), "Probabilistic Performance Assessment Of Gravity-Designed Steel Frame Buildings Using Buckling-Restrained Knee Braces", Journal of Constructional Steel Research, 104, pp.250-260.
[11] Hsu, H.L., and Li, Z.C. (2015), "Seismic performance of steel frames with controlled buckling mechanisms in knee braces". Journal of Constructional Steel Research, 107, pp.50–60.
[12] Nobahar, E., Farahi, M., and Mofid, M. (2016), "Quantification Of Seismic Performance Factors Of The Buildings Consisting Of Disposable Knee Bracing Frames", Journal of Constructional Steel Research, 124, pp.132-141.
[13] Mahmoudi, M., Montazeri, S., and Jalili Sadr Abad, M. (2018), "Seismic Performance Of Steel X-Knee-Braced Frames Equipped With Shape Memory Alloy Bars", Journal of Constructional Steel Research, 147, pp.171-186.
[14] Asghari, A., and Saharkhizan, S. (2019), "Seismic Design And Performance Evaluation Of Steel Frames With Knee-Element Connections", Journal of Constructional Steel Research, 154, pp.161-176.
[15] Zhou, Z., Ye, B., and Chen, Y. (2020), "Experimental Investigation Of Curved Steel Knee Braces With Adjustable Yield Displacements", Journal of Constructional Steel Research, 161, pp.17-30.
[16] Gangadharan, A., Prakash, M., and Satyanarayanan, K.S. (2020), “Analytical study on reinforced concrete two dimensional frame with knee bracing under cyclic loading,” Journal of Materials Today: Proceedings.
[17] Fahiminia, M., and Zahrai, S.M. (2020), "Seismic Performance of Simple Steel Frames with Buckling-Restrained Knee Braces and SMA to Reduce Residual Displacement", Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 137, pp.106268.
[18] Li, J., Wang, W., and Li, P. (2021), "Development and Experimental Study of Steel Beam-Through Framed Connections with T-Type Curved Knee Braces for Improving Seismic Performance", Engineering Structures, 231, pp.111722.
[19] Ghafouri-Nejad, A., Alirezaei, M., Mirhosseini, M. and Zeighami, E. (2021), "Parametric Study on Seismic Response of the Knee Braced Frame with Friction Damper", Structures, 32, pp.2073–2087.
[20] Ghabussi, A., Asgari Marnani, J., and Rohanimanesh, M.S. (2021), "Seismic Performance Assessment of a Novel Ductile Steel Braced Frame Equipped with Steel Curved Damper", Structures, 31, pp.87–97.
[21] دفتر تدوین و ترویج مقرات ملی ساختمان، مبحث ششم مقررات ملی ساختمان ایران، بارهای وارد بر ساختمان، (1398)، وزارت مسکن و شهرسازی: تهران، ایران.
 [22]وزارت راه و شهرسازی، دفتر تدوین مقررات ملی ساختمان، (۱۳۹۹)، مقررات ملی ساختمان ایران، مبحث9، طراحی و اجرای ساختمان‌های بتنی مسلح، تهران، ایران.
[23] وزارت راه و شهرسازی، دفتر تدوین مقررات ملی ساختمان، (۱۴۰۱)، مقررات ملی ساختمان ایران، مبحث10، طراحی و اجرای ساختمان‌های فولادی، تهران، ایران.
[24] ASCE, (2017), Seismic Evaluation and Retrofit of Existing Buildings (ASCE 41-17), American Society of Civil Engineers, Reston, Virginia, USA.
[25] Eslami, A., and Ronagh, H.R. (2013), "Effect of FRP Wrapping in Seismic Performance of RC Buildings with and Without Special Detailing – A Case Study", Composites Part B: Engineering, 45, pp.1265–1274.
[26] ACI, (2019), Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-19), American Concrete Institute, Farmington Hills, Michigan, USA.
[27] ANSI/AISC 360-22, (2022), Specification for Structural Steel Buildings, American Institute of Steel Construction.

  • تاریخ دریافت 25 مهر 1404
  • تاریخ بازنگری 26 آبان 1404
  • تاریخ پذیرش 09 دی 1404
  • تاریخ اولین انتشار 09 دی 1404
  • تاریخ انتشار 01 مهر 1404