اصلاح ضریب بزرگ‌نمایی تغییرمکان در قاب‌های خمشی فولادی منظم و نامنظم با روش FEMA-P695

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دکتری مهندسی سازه، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران

2 استادیار، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران

چکیده

در آیین ­نامه ­های طراحی، تغییرمکان­ های جانبی سازه در اثر زلزله­ های بزرگ با اعمال ضریب بزرگ‌نمایی تغییرمکان (Cd) در تغییرمکان‌های حالت خطی برآورد شده‌اند؛ اما ضرایب Cd موجود در آیین­ نامه ­ها مطابق با رفتار واقعی سازه نیستند بلکه تجربی و بر اساس مشاهدات زلزله ­های گذشته بوده و باید با توجه به اثر ارتفاع و تعداد طبقات اصلاح گردند. در این مطالعه عملکرد لرزه‌ای قاب­ های خمشی فولادی ویژه با ارتفاع مختلف از نظر اثر Cd بررسی شده است؛ بدین‌منظور، ساختمان­ های 5، 10، 15، 20 و 25 طبقه با مقادیر Cd برابر با 4، 5، 5/5، 6، 7 و 8 به‌صورت منظم و نامنظم جرمی طراحی، سپس توسط نرم‌افزار OpenSees مدل‌سازی و تحلیل­ گردیدند. عملکرد لرزه­ ای ساختمان­ ها با استفاده از روش FEMA-P695 و منحنی ­های شکنندگی بررسی شد. نتایج نشان داد که احتمال فروریزش (Pf) ساختمان­ های کوتاه و میان‌مرتبه در  Cd  برابر با 5/5، از مقدار مجاز 10 درصد بیشتر بوده بنابراین در نظر گرفتن Cd برابر با 5/5 در طراحی این ساختمان ­ها، مقادیر واقعی تغییرمکان­ ها را ارائه نمی­ دهد و منجر به طراحی دست پایین برای این ساختمان­ ها می­گردد. در ساختمان­ های نامنظم نیز هرچند که مقادیر Pf نسبت به ساختمان ­های منظم افزایش یافته اما به‌طورکلی روند مشابهی مشاهده گردید. در پایان رابطه‌هایی برای اصلاح Cd قاب ­های منظم و نامنظم جرمی ارائه شده است. همچنین، مقایسه سازه­ های طراحی شده با ضوابط آیین‌نامه‌های ASCE/SEI-7-10 و ASCE/SEI-7-16 نشان داد که طراحی سازه­ ها با ضوابط ASCE/SEI-7-10 و مقادیر Cd  اصلاح شده در این مطالعه علاوه بر رفتار لرزه ­ای مطلوب، اقتصادی نیز خواهند بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


  1. ASCE (2010) Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures, ASCE/SEI 7-10. American Society of Civil Engineers, Reston.
  2. Samimifar, M., Oskouei, A.V., and Rofooei, F.R. (2015) Deflection amplification factor for estimating seismic lateral deformations of RC frames. Eng. Eng. Vib., 14 (2), 373-384.
  3. Özkılıç, Y.O., Bozkurt, M.B., and Topkaya, C. (2018) Evaluation of seismic response factors for BRBFs using FEMA P695 methodology. Constr. Steel Res., 151, 41-57.
  4. Formisano, A., Landolfo, R., and Mazzolani, F.M. (2015) Robustness assessment approaches for steel framed structures under catastrophic events. Struct., 147, 216-228.
  5. Beatrice, F., Formisano, A., Generoso, V., and Mazzolani, F.M. (2018) Numerical study on Moment Resisting Frames under monotonic and cyclic loads. Key Eng. Mater., 763, 625-632.
  6. Louzai, A. and Abed, A. (2015) Evaluation of the seismic behavior factor of reinforced concrete frame structures based on comparative analysis between non-linear static pushover and incremental dynamic analyses. Earthq. Eng., 13(6), 1773-1793.
  7. Kusyılmaz, A. and Topkaya, C. (2014) Displace-ment amplification factors for steel eccentrically braced frames. Eng. Struct. Dynam., 44(6), 167-184.
  8. Miranda, E. (2000) Inelastic displacement ratios for structures on firm sites. Struct. Eng., 126, 1150-1159.
  9. Ruiz-García, J. and Miranda, E. (2006) Inelastic displacement ratios for evaluation of structures built on soft soil sites. Eng. Struct. Dyn., 35(6) 679-694.
  10. Miranda, E. and Ruiz-garca, J. (2002) Evaluation of approximate methods to estimate maximum inelastic displacement demands. Eng. Struct. Dyn., 560 (January 2001), 539-560.
  11. Chopra, A. and Chintanapakdee, C. (2004) Inelastic deformation ratios for design and evaluation of structures: Single-degree-of-freedom bilinear systems. Struct. Eng., 130(9), 1309-1319.
  12. Chikh, B., Laouami, N., Mebarki, A., Leblouba, M., Mehani, Y., Kibboua, A., Hadid, M., and Benouar, D. (2017) Seismic structural demands and inelastic deformation ratios: Sensitivity analysis and simplified models. Struct., 13(1), 59-66.
  13. Mechaala, A., Benazouz, C., Zedira, H.,  Mehani, Y. and Guezouli, S. (2019) Higher modes contribution for estimating the inelastic deformation ratios and seismic demands of structures. Mech. Sci. Technol., 33(2), 591-601.
  14. Uang, C. (1991) Establishing R (or Rw) and Cd Factors for Building Seismic Provisions. Struct. Eng., 117(1), 19-28.
  15. Uang, C. and Maarouf, A. (1995) Deflection amplification factor for seismic design provisions. Struct. Eng., 120(8), 2423-2436.
  16. Kusyılmaz, A. and Topkaya, C. (2014) Displace-ment amplification factors for steel eccentrically braced frames. Eng. Struct. Dynam., 44(6), 167-184.
  17. Kusyılmaz, A. and Topkaya, C. (2016) Evaluation of seismic response factors for EBFs using FEMA P695 methodology. Spectra, 32(1), 303-321.
  18. Mahmoudi, M. and Jalili Sadr Abad, M. (2021) Assessment on the deflection amplification factor of steel buckling-restrained bracing frames. Struct. Eng., 25(2), 231-246.
  19. AISC (2010) Seismic Provisions for Structural Steel Buildings, ANSI/AISC 341-10. American Institute for Steel Construction, Chicago.
  20. Zareian, F., Lignos, D., and Krawinkler, H. (2010) Evaluation of Seismic Collapse Performance of Steel Special Moment Resisting Frames Using FEMA P695 (ATC-63) Methodology. Structural Congress.
  21. Ibarra, L.F. and Krawinkler, H. (2005) Global Collapse of Frame Structures under Seismic Excitations. John A. Blume Earthquake Engineer-ing Center Technical Report 152. Stanford Univ., Berkeley.
  22. Lignos, D. and Krawinkler, H. (2011) Deter-ioration modeling of steel components in support of collapse prediction of steel moment frames under earthquake loading. Struct. Eng., 137(11), 1291-1302.
  23. Lignos, D. (2008) Sidesway Collapse of Deteriorating Structural Systems. John A. Blume Earthquake Engineering Center Technical Report 177. Stanford University, Berkeley.
  24. FEMA (2009) Quantification of Building Seismic Performance Factors, Report FEMA P695. Federal Emergency Management Agancy, Washington.
  25. Elkady, A. (2016) Collapse Risk Assesssment of Steel Moment Resisting Frames Designed with Deep Wide-Flange Columns in Seismic Regions. McGill University, Doctoral Thesis, 1-481.
  26. Asghari, A. and Saharkhizan, S. (2019) Seismic design and performance evaluation of steel frames with knee-element connections. Constr. Steel Res., 154, 161-176.
  27. Vamvatsikos, D. and Cornell, A. (2002) Incremental dynamic analysis. Eng. Struct. Dyn., 31(3), 491-514.
  28. Vamvatsikos, D. and Cornell, A. (2005) Seismic Performance, Capacity and Reliability of Struct-ures as Seen Through Incremental Dynamic Analysis. John A. Blume Earthquake Engineering Center Technical Report 151. Stanford University, Berkeley.
  29. Baker, J.W. (2007) Measuring bias in structural response caused by ground motion scaling. Pacific Conf. Earthq. Eng.