نشریه علمی سازه و فولاد

نشریه علمی سازه و فولاد

بررسی تأثیر مقاومت مصالح بر وزن بهینه و حاشیه ایمنی فروریزش قاب‌های خمشی ویژه ساخته شده با فولادهای S235 و آلیاژی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده
دانشیار، گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد ارومیه، ارومیه، ایران
10.22034/jss.2026.594733.1049
چکیده
زمینه و هدف: این پژوهش با هدف ارزیابی جامع و مقایسه‌ای عملکرد لرزه‌ای قاب‌های خمشی ویژه فولادی طراحی‌شده با فولاد معمولی S235، و فولادهای حافظه‌دار (SMA) انجام شده است. ضرورت این مطالعه در شناخت دقیق تأثیر ویژگی‌های مکانیکی مختلف فولادها، از جمله مقاومت تسلیم، رفتار تنش–کرنش، شکل‌پذیری و ظرفیت جذب انرژی، بر شاخص‌های عملکردی سازه در برابر زلزله‌های شدید نهفته است.
روش پژوهش: در این مطالعه، مدل‌های عددی قاب‌های خمشی ویژه فولادی با استفاده از نرم‌افزارهای تحلیلی غیرخطی ایجاد شدند و رفتار آن‌ها تحت اثر بارگذاری‌های لرزه‌ای مورد بررسی قرار گرفت. به‌منظور دستیابی به ارزیابی دقیق‌تر، عملکرد لرزه‌ای قاب‌ها با استفاده از تحلیل‌های غیرخطی شامل تحلیل استاتیکی غیرخطی (بارافزون) و تحلیل دینامیکی ارزیابی شد. این چارچوب تحلیلی امکان مقایسه مستقیم رفتار سازه‌ای قاب‌ها را با در نظر گرفتن تفاوت در خصوصیات مکانیکی فولادهای مورد استفاده فراهم ساخت.
یافته‌ها: نتایج حاصل نشان داد که نوع فولاد مصرفی تأثیر قابل توجهی بر پاسخ لرزه‌ای قاب‌های خمشی ویژه دارد. به‌گونه‌ای که استفاده از فولادهای حافظه‌دار شکلی بالا اگرچه می‌تواند ظرفیت باربری اولیه سازه را افزایش دهد، اما این افزایش مقاومت الزاماً به بهبود عملکرد لرزه‌ای منجر نمی‌شود. یافته‌ها بیانگر آن است که فولادهای حافظه‌دار شکلی علی‌رغم مدول الاستیسیته مشابه با فولادهای معمولی، دارای مقاومت تسلیم بالاتر اما ظرفیت شکل‌پذیری کمتری هستند. در مقابل، فولاد S235 به دلیل شکل‌پذیری مناسب‌تر و قابلیت بیشتر در استهلاک انرژی لرزه‌ای، رفتار پایدارتر و ایمن‌تری در محدوده غیرالاستیک از خود نشان می‌دهد و می‌تواند موجب بهبود عملکرد لرزه‌ای کلی سازه شود.
نتیجه‌گیری: نتایج نشان داد که فولادهای حافظه‌دار (SMA) به دلیل برخورداری از قابلیت بازیابی تغییرشکل و ظرفیت بالای جذب و اتلاف انرژی، از ظرفیت قابل‌توجهی برای ارتقای عملکرد لرزه‌ای سازه‌های فولادی برخوردار هستند. استفاده از این نوع مصالح می‌تواند با کاهش تغییرشکل‌های ماندگار و بهبود بازگشت‌پذیری سازه پس از زلزله، به‌عنوان رویکردی نوین در طراحی و بهسازی لرزه‌ای قاب‌های فولادی مطرح شود.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Influence of Material Strength on the Optimized Weight and Collapse Safety Margin of Special Steel Moment Frames using S235 and Alloy Steels

نویسنده English

Ashkan KhodaBandehLou
Associate Professor, Department of Civil Engineering, Urmia Branch, Islamic Azad University, Urmia, Iran
چکیده English

Background: This research aims to provide a comprehensive and comparative evaluation of the seismic performance of special steel moment frames designed using conventional S235 steel, and shape memory alloys (SMA). The necessity of this study lies in accurately identifying the influence of different mechanical properties of steels such as yield strength, stress–strain behavior, ductility, and energy absorption capacity on structural performance indicators under severe earthquakes.
Methods: In this study, numerical models of special steel moment frames were developed using nonlinear analysis software, and their behavior under seismic loading was investigated. To achieve a more accurate assessment, the seismic performance of the frames was evaluated using nonlinear analyses, including nonlinear static (pushover) analysis and nonlinear dynamic analysis. This analytical framework enabled a direct comparison of the structural behavior of the frames while accounting for differences in the mechanical properties of the steels used.
Results: The results indicate that the type of steel has a significant effect on the seismic response of special moment frames. Although the use of high-strength steels can increase the initial load-carrying capacity of the structure, this increase in strength does not necessarily lead to improved seismic performance. The findings reveal that shape memory alloys exhibit higher yield strength but lower ductility, despite having an initial elastic modulus similar to conventional steel. In contrast, S235 steel, due to its more favorable ductility and greater ability to dissipate seismic energy, demonstrates more stable and safer behavior in the inelastic range and can improve the overall seismic performance of the structure.
Conclusion: The results also show that shape memory alloys (SMA), owing to their deformation recovery capability and high energy absorption and dissipation capacity, have considerable potential to enhance the seismic performance of steel structures. The use of such materials can reduce residual deformations and improve the re-centering capability of structures after earthquakes, and thus can be proposed as a novel approach in the seismic design and retrofit of steel frames.

کلیدواژه‌ها English

Seismic performance
Special steel moment frames
S235 steel
Alloy steel
Shape memory alloys (SMA)
Nonlinear analysis

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 24 مهر 1405

  • تاریخ دریافت 01 شهریور 1405
  • تاریخ بازنگری 18 مهر 1405
  • تاریخ پذیرش 01 مهر 1405
  • تاریخ اولین انتشار 24 مهر 1405
  • تاریخ انتشار 24 مهر 1405