نشریه علمی سازه و فولاد

نشریه علمی سازه و فولاد

ارزیابی عملکرد اتصال گیردار فولادی مجهز شده به سیستم ترکیبی میراگر شکاف‌دار فولادی و مولفه مرکزگرای آلیاژ حافظه دار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشیار دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)
2 دانشگاه تهران
10.22034/jss.2026.600357.1056
چکیده
زمینه و هدف: محدود کردن دریفت پسماند یک از اهداف طراحی مهندسی در سازه های جدید است و کوچک بودن دریفت پسماند تعمیرپذیری سازه را پس از وقوع زلزله ممکن می‌سازد. آلیاژ حافظه دار نایتینول یکی از مصالح گران‌قیمت مرکزگرای جدید است که خاصیت حذف تغییرشکل های پسماند را دارد ولی به دلیل گرانی به صورت محدود در سازه های عمرانی استفاده می‌شود. از طرف دیگر استفاده از میراگرهای فولادی مستهلک کننده انرژی در سازه های فولادی بسیار مرسوم است و میراگر شکاف دار فولادی یک میراگر شناخته شده است. در این مقاله یک اتصال گیردار فولادی مجهز به یک سیستم ترکیبی میراگر شکاف دار فولادی و مولفه آلیاژ حافظه دار ناتینول مورد مطالعه عددی قرار می‌گیرد و عملکرد مشترک مولفه میراگر انرژی و مولفه مرکزگرا ارزیابی می‌گردد.
روش پژوهش: در ابتدا یک نمونه آزمایشگاهی مجهز به میراگر شکاف دار به عنوان نمونه مرجع در نظر گرفته می‌شود، سپس پیکربندی موازی مولفه میراگر فولادی و مولفه مرکزگرای آلیاژ حافظه دار معرفی و بررسی عددی می‌شود. در صنعت به دلیل گرانی مصالح نایتینول از سیم‌های نازک نایتینول استفاده می‌گردد و دتایل درنظر گرفته شده نیز از این سیم ها برای قابل اجرا بودن استفاده می‌کند. پیکربندی سری دو مولفه نیاز به مساحت زیاد مصالح نایتینول دارد و قابل اجرا نیست. در طراحی نمونه‌های عددی، سختی نمونه مرجع آزمایشگاهی به عنوان سختی مرجع درنظر گرفته می‌شود و با ثابت نگاه داشتن سختی، مولفه مرکزگرا به میراگر شکاف دار اضافه می‌گردد. 24 نمونه عددی با مدلسازی اجزاء محدود ساخته می‌شود و پارامترهای دوران تسلیم، لنگر تسلیم، دوران پسماند، تنش‌های اعضای اتصال در تحلیل‌های چرخه‌ای، و انرژی مستهلک شده مورد مطالعه قرار می‌گیرد.
یافته ها: نتایج نشان می‌دهد که قرارگیری موازی دو مؤلفه باعث افزایش محسوس مقاومت اتصال می‌شود و با افزایش سهم نایتینول، رفتار هیسترزیس تا حدی به شکل پرچمی نزدیک می‌شود.
نتیجه گیری: در مجموع، پیکربندی موازی برای افزایش مقاومت و ایجاد مقدار محدودی مرکزگرایی مناسب است، اما برای کاهش چشمگیر دریفت پسماند کافی نیست. درصورتی‌که هدف اصلی کاهش دریفت پسماند باشد، آرایش‌های دیگری، از جمله پیکربندی سری، باید با توجه به مقدار نایتینول موردنیاز، قابلیت ساخت و هزینه بررسی شوند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Performance Evaluation of a Steel Moment-Resisting Connection Equipped with a Hybrid Steel Slit Damper and Shape Memory Alloy Self-Centering System

نویسندگان English

Mohammadsoheil Ghobadi 1
Mehdi Ghassemieh 2
1 Associate Professor at the Faculty of Technology and Engineering, Imam Khomeini International University
2 IKIU
چکیده English

Background: Limiting residual drift is one of the objectives in the design of modern structures, as small residual drifts facilitate structural repairability following an earthquake. Nitinol shape memory alloy is an advanced and expensive self-centering material capable of recovering residual deformations. On the other hand, steel slit dampers are among the desirable types of energy dissipation devices. In this study, a steel moment-resisting connection equipped with a hybrid system comprising a steel slit damper and a Nitinol shape memory alloy component is numerically investigated, and the combined performance of the energy-dissipating and self-centering components is evaluated.

Methods: First, an experimentally tested connection equipped with a slit damper is considered as the reference specimen. Subsequently, a parallel configuration consisting of a steel damping component and a Nitinol self-centering component is introduced and numerically investigated. Due to the high cost of Nitinol in practical applications, thin Nitinol wires are employed, while a series configuration of the two components is not feasible because of its higher Nitinol material demand. In designing the numerical specimens, the stiffness of the experimental reference specimen is maintained as a constant reference stiffness for the hybrid slit damper–self-centering system. 24 finite element models are developed, and the yield rotation, yield moment, residual rotation, stresses in the connection components under cyclic loading, and dissipated energy are evaluated.

Results: The results indicate that the parallel arrangement significantly increases connection strength, while increasing the contribution of Nitinol causes the hysteretic response to become progressively more flag-shaped. However, the self-centering effect in reducing residual drift remains limited. Even in the specimen containing the largest amount of Nitinol, the reduction in residual rotation is approximately 15%. The results also demonstrate that a stiffener in the connection seat region is essential to maintain connection rigidity.

Conclusion: Overall, the parallel configuration is suitable for increasing connection strength and providing limited self-centering capability; however, it is insufficient for achieving a substantial reduction in residual drift. When residual drift reduction is the primary objective, alternative arrangements, including series configurations, should be investigated considering the required amount of Nitinol, constructability, and cost.

کلیدواژه‌ها English

Residual Drift
Self-Centering
Steel Slit Damper
Shape Memory Alloy
Moment-Resisting Connection
Hysteresis
دوره 20، شماره 53 - شماره پیاپی 54
در حال انجام
پاییز 1405

  • تاریخ دریافت 22 اسفند 1404
  • تاریخ بازنگری 05 تیر 1405
  • تاریخ پذیرش 12 تیر 1405
  • تاریخ اولین انتشار 25 شهریور 1405
  • تاریخ انتشار 01 مهر 1405