نشریه علمی سازه و فولاد

نشریه علمی سازه و فولاد

تحلیل شکنندگی و ظرفیت فروریزش قاب‌های خمشی ویژه فولادی مجهز به جداساز هسته سربی با رویکرد طراحی مبتنی بر عملکرد

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
2 دانشجوی کارشناسی ارشد سازه، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
چکیده
زمینه و هدف: محدودیت‌های طراحی لرزه‌ای مبتنی بر نیرو در کنترل تغییرشکل و فروریزش سازه، به‌ویژه تحت زلزله‌های شدید، ضرورت استفاده از رویکردهای نوین را افزایش داده است. قاب‌های خمشی ویژه فولادی، باوجود شکل‌پذیری مناسب، در این شرایط با دریفت بین‌طبقه‌ای زیاد و دوران غیرخطی مفاصل پلاستیک مواجه می‌شوند. جداسازهای هسته سربی (LRB) می‌توانند با کاهش تقاضای لرزه‌ای، ایمنی سازه را بهبود بخشند. این پژوهش اثربخشی جداسازهای هسته سربی را در ارتقای رفتار لرزه‌ای و ظرفیت فروریزش قاب‌های خمشی ویژه فولادی، در چارچوب طراحی مبتنی بر عملکرد، بررسی می‌کند.
روش پژوهش: قاب‌های خمشی ویژه فولادی ۳، ۶ و۹ طبقه در دو حالت جداسازی‌شده و پایه ثابت، با رویکرد مبتنی بر عملکرد طراحی و ارزیابی شدند. پاسخ سازه در سطوح عملکرد قابلیت استفاده بی‌وقفه، ایمنی جانی و پیشگیری از فروریزش، با استفاده از تحلیل‌های استاتیکی و تاریخچه زمانی غیرخطی بررسی شد. تحلیل دینامیکی افزاینده با رکوردهای منتخب حرکات زمین، مقیاس‌شده و منطبق با طیف طرح استاندارد ۲۸۰۰ در سطوح زلزله طرح و حداکثر، انجام گرفت. دریفت طبقات، دوران پلاستیک تیرها و ستون‌ها، شکنندگی لرزه‌ای، نسبت حاشیه فروریزش (CMR) و نسبت حاشیه فروریزش اصلاح‌شده (ACMR) مطابق معیارهای FEMA P695، معیارهای اصلی ارزیابی بودند.
یافته‌ها: نتایج نشان داد استفاده از جداسازهای LRB، تقاضای دریفت طبقات و چرخش پلاستیک تیرها و ستون‌ها را در هر سه سطح عملکردی مذکور به‌طور محسوسی کاهش می‌دهد. قاب‌های جداسازی‌شده در مقایسه با نمونه‌های پایه ثابت، شکنندگی لرزه‌ای و احتمال فروریزش کمتری نشان دادند. افزایش مقادیر CMR و ACMR در تمامی مدل‌های جداسازی‌شده ۳، ۶ و ۹ طبقه، بیانگر بهبود ظرفیت فروریزش سازه است. اثرات مثبت جداسازی در قاب‌های کوتاه‌مرتبه بارزتر بود؛ با این حال، در سازه‌های بلندتر نیز بهبود قابل‌توجهی مشاهده شد. سیستم‌های جداسازی‌شده، به‌ویژه تحت زلزله‌های شدید، پاسخ لرزه‌ای یکنواخت‌تر و پراکندگی کمتری را در رکوردها نشان دادند.
نتیجه‌گیری: جداسازی با استفاده از جداسازهای LRB راهکاری مؤثر و قابل‌اعتماد برای بهبود عملکرد لرزه‌ای قاب‌های خمشی ویژه فولادی است. این سیستم با کاهش تقاضای تغییرشکل و دوران پلاستیک، کاهش شکنندگی و احتمال فروریزش، و افزایش ظرفیت فروریزش، می‌تواند ایمنی و تاب‌آوری قاب‌های فولادی را در چارچوب طراحی لرزه‌ای مبتنی بر عملکرد به‌طور چشمگیری ارتقا دهد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Fragility and Collapse Capacity Analysis of Steel Special Moment Frames Equipped with Lead Rubber Bearings Using a Performance-Based Design Approach

نویسندگان English

Changiz gheyratmand 1
Reza Noor Dokht 2
1 Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering and Technology, Urmia University, Urmia, Iran
2 M.Sc. Student in Structural Engineering, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Urmia University, Urmia, Iran
چکیده English

Background: Conventional force-based seismic design may not adequately control structural damage, excessive deformation, and collapse, particularly under severe earthquakes. Steel special moment-resisting frames may experience considerable interstory drift and plastic-hinge rotations during ground motions. Therefore, the use of seismic isolation systems, such as Lead Rubber Bearings (LRBs), can be an effective approach for improving structural performance and reducing collapse vulnerability. This study investigates the effectiveness of LRB isolators in enhancing the seismic behavior and collapse capacity of steel special moment-resisting frames.
Methods: Three-, six-, and nine-story steel special moment-resisting frames were designed and evaluated in isolated and fixed-base configurations using a performance-based seismic design framework. Nonlinear static and nonlinear time-history analyses were conducted to assess the structural response at the Immediate Occupancy (IO), Life Safety (LS), and Collapse Prevention (CP) performance levels. Incremental Dynamic Analysis (IDA) was performed using selected ground-motion records, which were scaled and matched with the Standard 2800 design spectrum at the design-earthquake and maximum-considered-earthquake levels. Interstory drift, beam and column plastic-hinge rotations, seismic fragility, collapse probability, Collapse Margin Ratio (CMR), and Adjusted Collapse Margin Ratio (ACMR) were used as the main evaluation criteria. The collapse assessment was conducted in accordance with FEMA P695 criteria.
Results: The results demonstrate that the use of LRB isolators reduces interstory drift demands and beam and column plastic-hinge rotations at three performance levels. Isolated frames exhibited lower seismic fragility and collapse probability than their corresponding fixed-base frames. The CMR and ACMR values increased for the three-, six-, and nine-story isolated frames, indicating an enhanced collapse capacity. The beneficial effects of seismic isolation were pronounced in the low-rise, short-period frame; nevertheless, improvements were also observed in the taller frames. The isolated systems showed more uniform seismic responses and lower record-to-record dispersion, particularly under severe and near-fault ground motions.
Conclusion: LRB isolation is an effective and reliable strategy for improving the seismic performance of steel special moment-resisting frames. By reducing deformation and plastic-rotation demands, decreasing fragility and collapse probability, and increasing collapse capacity, LRBs can significantly enhance the safety and resilience of steel frames within a performance-based seismic design framework.

کلیدواژه‌ها English

Lead Rubber Bearing (LRB)
Seismic Fragility
Collapse Margin Ratio (CMR/ACMR)
Incremental Dynamic Analysis (IDA)
Steel Special Moment Frame (SMF)
دوره 20، شماره 52 - شماره پیاپی 53
در حال انجام
تابستان 1405

  • تاریخ دریافت 13 خرداد 1405
  • تاریخ بازنگری 31 مرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 31 مرداد 1405
  • تاریخ اولین انتشار 31 مرداد 1405
  • تاریخ انتشار 01 تیر 1405