نشریه علمی سازه و فولاد

نشریه علمی سازه و فولاد

ارزیابی عملکرد سازه‌های فولادی سه‌بعدی مجهز به میراگرهای اصطکاکی یک‌سطحی و دوسطحی با قابلیت خودمرکزگرایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشکده عمران، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران
چکیده
زمینۀ پژوهش: میراگرهای اصطکاکی متداول با وجود قابلیت استهلاک انرژی مناسب، به‌دلیل ایجاد تغییرشکل‌های ماندگار، تاب‌آوری لرزه‌ای سازه‌ها را محدود می‌کنند. به‌منظور رفع این نقیصه، در این پژوهش استفاده از قابلیت خودمرکزگرایی برای میراگر اصطکاکی دوسطحی با هدف کاهش دریفت پسماند و ارتقای عملکرد لرزه‌ای پیشنهاد شده است که امکان بازگشت به قابلیت سرویس‌دهی پس از بروز زلزله را تسهیل می‌کند.
روش پژوهش: به‌منظور ارزیابی کارایی میراگر اصطکاکی دوسطحی خودمرکزگرا، عملکرد آن به‌صورت عددی با میراگر اصطکاکی یک‌سطحی متداول فاقد خودمرکزگرایی و میراگر اصطکاکی یک‌سطحی خودمرکزگرا مقایسه شد. برای این منظور، قاب‌های خمشی ویژۀ فولادی سه‌بعدی ۶، ۱۲ و ۱۸ طبقه مجهز به هریک از این سه نوع میراگر، مطابق با ضوابط آیین‌نامه‌ای و با استفاده از رابط برنامه‌نویسی در نرم‌افزار Etabs طراحی شدند. سپس با استفاده از OpenSeesPy، تحلیل‌های تاریخچه‌زمانی غیرخطی تحت مجموعه‌ای از رکوردهای زلزله در دو سطح حداکثر زلزلۀ محتمل (MCE) و زلزلۀ سطح طراحی (DBE) انجام گرفت.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که هرچند میراگر اصطکاکی یک‌سطحی متداول، دارای میانگین پاسخ شتاب به‌ترتیب ۳۲/۷ و ۲۲/۶ درصد کم‌تر نسبت به میراگرهای اصطکاکی دوسطحی و یک‌سطحی خودمرکزگرا است، اما دارای میانگین پاسخ دریفت پسماند ۳۴۲/۷ و ۴۱۶/۳ درصد بیش‌تر نسبت به آن‌ها است. مهم‌تر از آن، میراگر اصطکاکی دوسطحی خودمرکزگرای پیشنهادی، عملکردی مشابه با میراگر اصطکاکی یک‌سطحی خودمرکزگرا از خود نشان داد، درحالی‌که به حدود نیمی از نیروی خودمرکزگرایی برای تأمین قابلیت خودمرکزگرایی مشابه نیاز دارد. کاهش نیروی خودمرکزگرایی مورد نیاز، میراگر اصطکاکی دوسطحی را به یک گزینۀ بسیار مناسب برای استفاده در سازه‌های پس‌کشیده به‌منظور ایجاد رفتار خودمرکزگرایی تبدیل می‌کند.
نتیجه‌گیری: به‌طورکلی، میراگرهای اصطکاکی خودمرکزگرا در مقایسه با میراگرهای اصطکاکی فاقد خودمرکزگرایی، عملکرد لرزه‌ای مطلوب‌تری ارائه می‌دهند و با کاهش قابل‌ملاحظۀ دریفت پسماند، می‌توانند تاب‌آوری لرزه‌ای سازه‌ها را بهبود بخشند. نتایج این پژوهش بر اهمیت استفاده از سیستم‌های خودمرکزگرا برای افزایش ایمنی سازه و حفظ قابلیت بهره‌برداری پس از زلزله تأکید دارد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Performance Assessment of 3D-Steel Structures Equipped with Single-Slip and Double-Slip Level Friction Damper with Self-Centering Capability

نویسندگان English

Vahid Reza Zeinalpoor Yazdi 1
Pasha Javadi 1
Fayaz Rahimzadeh Rofoei 2
Armin Aziminejad 1
1 Department of Civil Engineering, SR.C., Islamic Azad University, Tehran, Iran
2 Civil Engineering Department, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
چکیده English

Background: Conventional friction dampers, despite their adequate energy dissipation capacity, can limit the seismic resilience of structures due to the residual deformations they induce. To address this limitation, this study proposes incorporating self-centering capability into a double-level friction damper with the aim of reducing residual drift and improving seismic performance, thereby facilitating the restoration of structural serviceability after an earthquake.
Methods: To evaluate the effectiveness of the self-centering double-level friction damper, its performance was numerically compared with those of the conventional single-level friction damper without self-centering capability and the self-centering single-level friction damper. For this purpose, three-dimensional 6-, 12-, and 18-story steel special moment-resisting frames equipped with each of the three damper types were designed in accordance with code provisions using the Application Programming Interface (API) of ETABS. Nonlinear time-history analyses were then conducted in OpenSeesPy using a set of earthquake records at two hazard levels: the Maximum Considered Earthquake (MCE) and the Design Basis Earthquake (DBE).
Results: The results showed that, although the conventional single-level friction damper exhibited mean acceleration responses that were 32.7% and 22.6% lower than those of the self-centering double-level and self-centering single-level friction dampers, respectively, its mean residual drift responses were 342.7% and 416.3% higher, respectively. More importantly, the proposed self-centering double-level friction damper exhibited performance comparable to that of the self-centering single-level friction damper, while requiring approximately half the self-centering force to achieve a similar self-centering capability. The reduction in the required self-centering force makes the double-level friction damper a highly suitable option for use in prestressed structures to provide self-centering behavior.
Conclusion: Overall, self-centering friction dampers provide superior seismic performance compared with friction dampers without self-centering capability and can improve the seismic resilience of structures by substantially reducing residual drift. The findings highlight the importance of employing self-centering systems to enhance structural safety and maintain serviceability following an earthquake.

کلیدواژه‌ها English

Steel Moment-Resisting Frame
Friction Damper
Self-Centering
Nonlinear Time-History Analysis
Farfield and Nearfield Records

  • تاریخ دریافت 05 آذر 1404
  • تاریخ بازنگری 18 بهمن 1404
  • تاریخ پذیرش 25 بهمن 1404
  • تاریخ اولین انتشار 01 تیر 1405
  • تاریخ انتشار 01 تیر 1405