نشریه علمی سازه و فولاد

نشریه علمی سازه و فولاد

اثر توالی لرزه‌ای بر تاب‌آوری لرزه‌ای قاب خمشی بتن‌آرمه مجهز به مهاربند کمانش‌تاب

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد مهندسی سازه، مؤسسۀ آموزش عالی جهاد دانشگاهی خوزستان، اهواز، ایران
2 استادیار، دانشکده عمران و معماری، مؤسسۀ آموزش عالی جهاد دانشگاهی خوزستان، اهواز، ایران
چکیده
زمینۀ پژوهش: تاب‌آوری لرزه‌ای قاب‌های خمشی بتن‌آرمه در برابر توالی‌های زمین‌لرزه، به‌ویژه در سازه‌های مجهز به سامانه‌های استهلاک انرژی مکمل، از معیارهای مهم طراحی لرزه‌ای مبتنی بر عملکرد است. با وجود عملکرد مطلوب مهاربندهای کمانش‌ناپذیر (BRB) در جذب و استهلاک انرژی، تأثیر هم‌زمان توالی‌های اصلی-پس‌لرزه، ارتفاع ساختمان، تعداد دهانه‌ها و سطح خطر لرزه‌ای بر تاب‌آوری این قاب‌ها به‌طور جامع بررسی نشده است. هدف این پژوهش، ارزیابی کمّی تأثیر این عوامل بر تاب‌آوری قاب‌های خمشی بتن‌آرمۀ مقاوم‌سازی‌شده با BRB است.
روش پژوهش: سه گروه قاب دوبعدی بتن‌آرمۀ ۵، ۱۰ و ۱۵ طبقه، در دو پیکربندی سه و پنج دهانه، بر اساس ضوابط طراحی لرزه‌ای سطح بالا (شکل‌پذیری ویژه) طراحی و در نرم‌افزار OpenSees مدل‌سازی شدند. تحلیل‌های دینامیکی غیرخطی تاریخچه زمانی با استفاده از رکوردهای واقعی توالی‌های زمین‌لرزه انجام شد. شتاب طیفی در دوره تناوب اول سازه، به‌عنوان معیار شدت و حداکثر نسبت دریفت بین‌طبقه‌ای، به‌عنوان عامل نیاز مهندسی در نظر گرفته شد. خسارت سازه‌ای بر اساس چهار سطح عملکردی شامل بهره‌برداری بی‌وقفه، ایمنی جانی، آستانۀ فروریزش و فروریزش کامل کمی‌سازی و منحنی‌های شکنندگی برای برآورد احتمال خسارت و ارزیابی کاهش تاب‌آوری در سطوح خطر DBE و MCE توسعه داده شدند.
یافته‌ها: نتایج نشان داد افزایش ارتفاع و تعداد دهانه‌ها، به‌دلیل افزایش انعطاف‌پذیری جانبی، دریفت بین‌طبقه‌ای و تمرکز تغییرشکل‌های ماندگار در طبقات پایین و میانی، موجب افزایش چشم‌گیر خسارت و کاهش تاب‌آوری می‌شود. زمین‌لرزۀ اصلی بیش از ۸۰ درصد خسارت را ایجاد می‌کند؛ درحالی‌که پس‌لرزه، اثر محدودی دارد؛ مگر آن‌که سازه پس از زمین‌لرزۀ اصلی همچنان در محدودۀ پاسخ غیرخطی باقی بماند. افزایش سطح خطر از DBE به MCE نیز کاهش شدید تاب‌آوری، به‌ویژه در قاب‌های بلندمرتبه و پنج‌دهانه را به‌همراه دارد.
نتیجه‌گیری: شدت زمین‌لرزه، ارتفاع سازه و تعداد دهانه‌ها، عوامل کلیدی مؤثر بر تاب‌آوری لرزه‌ای قاب‌های بتن‌آرمۀ مجهز به BRB هستند. قاب‌های بلندتر و پنج‌دهانه، آسیب‌پذیری بیش‌تری در برابر کاهش تاب‌آوری نشان می‌دهند. چارچوب مبتنی بر شکنندگی ارائه‌شده می‌تواند به بهبود طراحی لرزه‌ای مبتنی بر عملکرد و ارزیابی عملکرد پس از زلزله کمک نماید. بررسی سازه‌های سه‌بعدی، آرایش‌های مختلف مهاربندی و اندرکنش خاک-سازه در مطالعات آتی پیشنهاد می‌شود
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Effect of Seismic Sequence on the Seismic Resilience of Concrete Moment Frames Equipped with Buckling-Restrained Braces (BRBs)

نویسندگان English

Maziyar Hashemi Rad 1
Navid Siahpolo 2
1 Master's Graduate in Structural Engineering, Khuzestan Institute for Higher Education (ACECR), Ahvaz, Iran
2 Assistant Professor, Faculty of Civil Engineering and Architecture, Khuzestan Institute for Higher Education (ACECR), Ahvaz, Iran
چکیده English

Background: Seismic resilience of reinforced concrete (RC) moment-resisting frames subjected to earthquake sequences, particularly those equipped with supplemental energy-dissipation systems, is an important aspect of performance-based seismic design. Despite the favorable energy absorption and dissipation capacity of buckling-restrained braces (BRBs), the combined effects of mainshock–aftershock sequences, building height, number of bays, and seismic hazard level on the resilience of BRB-retrofitted RC frames remain insufficiently investigated. This study aims to quantitatively evaluate these effects on the seismic resilience of BRB-retrofitted RC moment-resisting frames.
Methods: Three groups of two-dimensional RC frames with 5, 10, and 15 stories and three- and five-bay configurations were designed according to high-level seismic provisions for special ductility and modeled in OpenSees. Nonlinear dynamic time-history analyses were performed using recorded real earthquake sequences. Spectral acceleration at the fundamental period was selected as the intensity measure, and maximum interstory drift ratio was adopted as the engineering demand parameter. Structural damage was quantified according to four performance levels: Immediate Occupancy, Life Safety, Collapse Prevention, and Complete Collapse. Fragility curves were developed to estimate damage probabilities and assess resilience degradation under Design Basis Earthquake (DBE) and Maximum Considered Earthquake (MCE) hazard levels.
Results: The results show that increasing building height and the number of bays significantly increases structural damage and reduces seismic resilience due to greater lateral flexibility, larger interstory drift demands, and concentration of residual deformations in lower and middle stories. The mainshock accounts for more than 80% of total damage, whereas the aftershock has a limited effect unless the structure remains in the nonlinear response range after the mainshock. Increasing the hazard level from DBE to MCE causes a substantial reduction in resilience, particularly in high-rise and five-bay frames.
Conclusion: Earthquake intensity, building height, and number of bays are the key factors governing the seismic resilience of BRB-equipped RC frames. Taller and five-bay frames exhibit greater vulnerability to resilience degradation because of their higher drift demands. The proposed fragility-based framework can support performance-based seismic design and post-earthquake assessment of RC buildings. Future studies should consider three-dimensional structures, alternative bracing configurations, and soil–structure interaction

کلیدواژه‌ها English

Main Shock
Seismic Sequence
Buckling Brace
Concrete Flexural Frame
Fragility Curve
Seismic Resilience
[1] Iran National Standard No. 2800 (2014), Iranian Code of Practice for Seismic Resistant Design of Buildings. 4th edition. Tehran: Building and Housing Research Center. (In Persian)
[2] Federal Emergency Management Agency (FEMA) (2003) Multi-Hazard Loss Estimation Methodology: Earthquake Model. HAZUS-MH MR5 Technical Manual. Washington, DC: Department of Homeland Security, Federal Emergency Management Agency.
[3] Proag, V. (2014), "Assessing and Measuring Resilience", Procedia Economics and Finance, 18, pp.222–229.
[4] Cimellaro, G.P., Renschler, C., Reinhorn, A.M., and Arendt, L. (2016), "PEOPLES: A Framework for Evaluating Resilience", Journal of Structural Engineering, 142(10), p.04016063.
[5] Ministry of Roads and Urban Development (2013), Design and Construction of Reinforced Concrete Buildings, Part 9. Tehran, Iran: Ministry of Roads and Urban Development. (In Persian)
[6] Ministry of Roads and Urban Development (2015), Part 10: Specifications for the Design of Steel Structures. Tehran, Iran: Ministry of Roads and Urban Development. (In Persian)
[7] Iranian National Building Code (2013), Part 6: Applied Loads on Buildings. Tehran, Iran: Ministry of Roads and Urban Development. (In Persian)
[8] Computers and Structures, Inc. (2002), ETABS User’s Manual: Integrated Building Design Software. Berkeley, CA: Computers and Structures, Inc.
[9] Farahani, S., Akhaveissy, A.H., and Damkilde, L. (2021), "Equivalent Viscous Damping for Buckling-Restrained Braced RC Frame Structures", Structures, 34, pp.1229–1252.
[10] Federal Emergency Management Agency (FEMA) (2000), Prestandard and Commentary for the Seismic Rehabilitation of Buildings. Washington, DC: Federal Emergency Management Agency.
[11] Wang, J., Tan, P., Huang, T., He, X., and Zhou, F. (2024), "Shear Fragility Analysis of Non-Classically Damped Three-Dimensional Structures Under Seismic Excitation", Buildings, 14(12), p.3967.
[12] Azarbakht, A., and Dolšek, M. (2011) ‘Progressive Incremental Dynamic Analysis for First-Mode Dominated Structures’, Journal of Structural Engineering, 137(3), pp.445–455.
[13] Azandariani, M.G., Azandariani, A.G., Rousta, A.M., and Nia, H.M. (2023), "Seismic Fragility Assessment of Reinforced Concrete Moment Frames Retrofitted with Strongback Braced System", Results in Engineering, 20, p.101504.
[14] Maskochi, R., Cheraghi, A.H., Ghodrati Amiri, G.R., Darvishn, E., and Rajabi, E. (2021), "Comparison of Probabilistic Seismic Responses of Flexural Frames and Column-Link Frames under the Influence of Successive Earthquakes", Amirkabir Civil Engineering Journal, 52(2), pp.305–320. (In Persian).
[15] Wu, H., Zhu, X., Zhou, Y., Djerrad, A., Chen, Y., and Ke, X. (2021), "Seismic Fragility Assessment of Self-Centering Hybrid Precast Walls Subjected to Mainshock-Aftershock Sequences", Soil Dynamics & Earthquake Engineering, 150, p.106941.
 [16] Nugroho, L.Z., and Chiu, C.K. (2023), "Damage-Controlling Seismic Design of Low- and Mid-Rise RC Buildings Considering Mainshock-Aftershock Sequences", Structures, 57, p.105099.
[17] Wang, X., Xie, L., and Liu, Q. (2023), "Comparison of Seismic Resilience of Hybrid, Isolation, and Damping Control Reinforced Concrete Frame-Shear Wall Buildings", Structures, 58, p.105481.
[18] Cimellaro, G.P., Reinhorn, A.M., and Bruneau, M. (2010), "Framework for Analytical Quantification of Disaster Resilience", Engineering Structures, 32(11), pp.3639–3649.
[19] Li, P., Li, X., Wang, X., and Wang, D. (2023), "Seismic Resilience Evaluation of Reinforced Concrete Frame Considering the Effect of Mainshock-Aftershock Sequences", Applied Sciences, 13(23), p.12620.
[20] Bghaei Lake, E., Homaei, P., and Mashkoh Aldiny, A. (2021), "Evaluation of the Strength Component in Seismic Resilience of Short- and Medium-Range Braced Frame Structures at Construction Sites Near Faults", Sharif Civil Engineering Journal, 37(2), pp.159–171. (In Persian)
[21] McKenna, F., Fenves, G.L., Filippou, F., Mazzoni, S., Scott, M.H., Elgamal, A., Yang, Z., Lu, J., Arduino, P., and McKenzie, P. (2010), OpenSees. Berkeley, CA: University of California, Berkeley.
[22] American Society of Civil Engineers (ASCE) (2022), Minimum Design Loads and Associated Criteria for Buildings and Other Structures (ASCE/SEI 7-22). Reston, VA: American Society of Civil Engineers.
[23] Black, C.J., Makris, N., and Aiken, I.D. (2004), "Component Testing, Seismic Evaluation and Characterization of Buckling-Restrained Braces", Journal of Structural Engineering, 130(6), pp.880–894.
[24] Haselton, C.B. (2007), "Assessing Seismic Collapse Safety of Modern Reinforced Concrete Moment Frame Buildings", PhD dissertation. Berkeley, CA: University of California, Berkeley.
[25] Panagiotakos, T.B., and Fardis, M.N. (2001), "Deformations of Reinforced Concrete Members at Yielding and Ultimate", Structural Journal, 98(2), pp.135–148.
[26] Chen, Q., Wang, C.L., Meng, S., and Zeng, B. (2016), "Effect of the Unbonding Materials on the Mechanical Behavior of All-Steel Buckling-Restrained Braces", Engineering Structures, 111, pp.478–493.
[27] Dunn, J.D., and Pantelides, C.P. (2022), "Seismic Retrofit of Reinforced Concrete Moment Frame Using a BRB with U-Plate Connections", Journal of Structural Engineering, 148(9), p.04022117.

  • تاریخ دریافت 12 دی 1404
  • تاریخ بازنگری 25 فروردین 1405
  • تاریخ پذیرش 05 اردیبهشت 1405
  • تاریخ اولین انتشار 01 تیر 1405
  • تاریخ انتشار 01 تیر 1405