فصلنامه علوم و مهندسی زلزله

فصلنامه علوم و مهندسی زلزله

طراحی عملکردی سازه‌های کوتاه و میان‌مرتبه فولادی مجهز به میراگر لزج

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
سید بهداد آل حجت 1
امید بهار 2
مسعود یخچالیان 3
1 دانشجوی دکتری سازه، گروه مهندسی عمران، واحد قزوین، دانشگاه آزاد اسلامی، قزوین، ایران
2 دانشیار، پژوهشکده مهندسی سازه، پژوهشگاه بین‌المللی زلزله‌شناسی و مهندسی زلزله، تهران، ایران
3 استادیار، گروه مهندسی عمران، واحد قزوین، دانشگاه آزاد اسلامی، قزوین، ایران
10.48303/bese.2022.543400.1047
چکیده
یکی از روش‌های طراحی بر مبنای عملکرد که کارآمدی آن برای طراحی سیستم‌های بتنی و فولادی با توجه به تجربیات گذشته ثابت شده‌ است، روش طراحی مستقیم مبتنی بر تغییرمکان می‌باشد؛ اما بررسی­ها نشان داده­اند که روال طراحی متعارف این روش برای قاب­های فولادی مجهز به میراگر لزج در سطح خطر زلزله طرح، منتهی به سازه‌هایی محافظه‌کارانه می­گردد. از آنجایی که عموماً انتظار می‌رود این‌گونه سازه‌ها عملکرد مناسبی در بیشینه زلزله محتمل داشته باشند، هدف اصلی این مطالعه ارزیابی رفتار لرزه‌ای این سازه‌ها در سطح خطر بیشینه زلزله محتمل می‌باشد. برای انجام این کار، قاب‌های خمشی فولادی کوتاه و میان‌مرتبه با تعداد طبقات 3، 6 و 9 با استفاده از آرایش غیریکنواخت میراگر‌ها در ارتفاع سازه با مقادیر توان سرعت 1، 0/7، 0/5 و 0/35، طبق روش متعارف طراحی مستقیم مبتنی بر تغییرمکان برای سطح خطر بیشینه زلزله محتمل طراحی می‌شوند. سپس، با استفاده از یک دسته شتاب‌نگاشت‌های منطبق بر طیف طراحی، این سازه‏ها تحت تحلیل‌های تاریخچه زمانی قرار می‌گیرند. نتایج به‌دست‌آمده، طراحی محافظه‌کارانه روش متعارف را در این سطح خطر لرزه‌ای نیز نشان می‌دهد؛ بنابراین، برای حل این مشکل، با اصلاح رابطه تعیین میرایی معادل و همچنین به‌کارگیری ضریب اصلاح حاصل از اختلاف بین طیف شبه‌سرعت و طیف سرعت واقعی در روند طراحی، سازه‌های جدید طبق روش پیشنهادی طراحی می‌شوند. علاوه بر آن، عملکرد لرزه‌ای سازه‌های جدید در سطح خطر زلزله طراحی نیز کنترل می‌گردد. نتایج نشان می‌دهد که اعمال اصلاحات در روند طراحی برای میراگر‌های خطی و غیرخطی در سازه‌های کوتاه‌مرتبه و میراگر‌های خطی در سازه‌های میان‌مرتبه، منجر به طراحی سازه‌هایی اقتصادی با عملکرد لرزه‌ای بهینه می‌شود.
کلیدواژه‌ها
روش طراحی مستقیم مبتنی بر تغییرمکان
روش طراحی بر مبنای عملکرد
قاب خمشی فولادی
میراگر لزج غیرخطی
میرایی معادل

موضوعات

  1. Seleemah, A.A. and Constantinou, M.C. (1997) Investigation of Seismic Response of Buildings with Linear and Nonlinear Fluid Viscous Dampers. Buffalo, NY.
  2. Miyamoto, H.K., Gilani, A.S.J., Wada, A., and Ariyaratana, C. (2010) Limit states and failure mechanisms of viscous dampers and the implications for large earthquakes. Eng. & Struct. Dyn., 39, 1279-1297.
  3. Miyamoto, H.K., Gilani, A.S.J., Wada, A. and Ariyaratana, C. (2011) Identifying the collapse hazard of steel special moment-frame buildings with viscous dampers using the FEMA P695 methodology. Earthquake Spectra, 27, 1147-1168.
  4. Sepehri, A., Taghikhany, T., and Ahmadi Namin, S.M.R. (2019) Seismic design and assessment of structures with viscous dampers at limit state levels: Focus on probability of damage in devices. Struct. Tall Spec. Build., 28, e1569.
  5. Kitayama, S. and Constantinou, M.C. (2018) Seismic performance of buildings with viscous damping systems designed by the procedures of ASCE/SEI 7-16. Journal of Structural Engineer-ing, 144, 04018050.
  6. Seo, C.Y., Karavasilis, T.L., Ricles, J.M., and Sause, R. (2014) Seismic performance and probabilistic collapse resistance assessment of steel moment resisting frames with fluid viscous dampers. Eng. Struct. Dyn., 43.
  7. Dadpour, O. and Banazadeh, M. (2019) Probabilistic seismic response models for risk assessment and design of steel moment frames with linear viscous dampers. Earthquake Spectra, 55, 267-288.
  8. Ramirez, O., Constantinou, M.C., Kitcher, C.A. and et al. (2001) Development and Evaluation of Simplified Procedures for Passive Energy Disipation Systems, MCEER-00-0010. Buffalo, NY.
  9. FEMA 450 (2003) Nehrp Recommended Provisions for Seismic Regulations for New Buildings and Other Structures. Washington, DC.
  10. ASCE/SEI 7-16 (2017) Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures. Reston, VA.
  11. Priestley, M.J.N., Calvi, G.M., and Kowalsky, M. (2007) Displacement Based Seismic Design of Structures. Pavia, Italy: IUSS Press.
  12. Sullivan, T.J., Priestley, M.J.N., and Calvi, G.M. (2012) A Model Code for the Seismic Design of Structures, DBD12. Pavia, Italy: IUSS Press.
  13. Sullivan, T.J. (2013) Direct displacement-based seismic design of steel eccentrically braced frame structures. Earthq. Eng., 11, 2197-2231.
  14. Sullivan, T.J., Maley, T., and Calvi, G.M. (2011) Seismic response of steel moment resisting frames designed using a Direct DBD procedure. 8th Int. Conf. Struct. Dyn. EURODYN 2011, 308-315.
  15. Tehranizadeh, M. and Yakhchalian, M. (2011) Displacement based and consolidated force/ displacement based methods for seismic assessment of steel moment resisting frames. Scientia Iranica, 18, 1054-1060.
  16. Nievas, C.I. and Sullivan, T.J. (2015) Applicability of the direct displacement-based design method to steel moment resisting frames with setbacks. Bulletin of Earthquake Engineering, 13, 3841-3870.
  17. Abadi, R.E. and Bahar, O. (2018) Investigation of the LS level hysteretic damping capacity of steel MR frames’ needs for the direct displacement-based design method. KSCE J. Civ. Eng., 22, 1304-1315.
  18. Wijesundara, K.K. and Rajeev, P. (2012) Direct displacement-based seismic design of steel concentric braced frame structures. J. Struct. Eng., 13, 243-257.
  19. Al-Mashaykhi, M., Rajeev, P., Wijesundara, K.K., and Hashemi, M.J. (2019) Displacement profile for displacement based seismic design of concentric braced frames. Constr. Steel Res., 155, 233-248.
  20. Lin, Y.Y., Tsai, M.H., Hwang, J.S., and Chang, K.C. (2003) Direct displacement-based design for building with passive energy dissipation systems. Engineering Structures, 25, 25-37.
  21. Lin, Y.Y., Chang, K.C., and Chen, C.Y. (2008) Direct displacement-based design for seismic retrofit of existing buildings using nonlinear viscous dampers. Bulletin of Earthquake Engineering, 6, 535-552.
  22. Sullivan, T.J. and Lago, A. (2012) Towards a simplified Direct DBD procedure for the seismic design of moment resisting frames with viscous dampers. Engineering Structures, 35, 140-148.
  23. Noruzvand, M., Mohebbi, M., and Shakeri, K. (2020) Modified direct displacement-based design approach for structures equipped with fluid viscous damper. Struct Control Heal Monit, 27, 1-19.
  24. Moradpour, S. and Dehestani, M. (2019) Optimal DDBD procedure for designing steel structures with nonlinear fluid viscous dampers. Structures, 22, 154-174.
  25. Alehojjat, S.B., Bahar, O., and Yakhchalian, M. (2021) Improvements in the direct displacement-based design procedure for mid-rise steel MRFs equipped with viscous dampers. Structures, 34, 1636-1650.
  26. Sullivan, T.J. (2011) Direct displacement-based design of a RC wall-steel EBF dual system with added dampers. New Zeal Soc Earthq. Eng., 44, 167-178.
  27. Eurocode 8 (2004) Design of Structures for Earthquake Resistance, Part 1: General Rules, Seismic Actions and Rules for Buildings. Brussels, Belgium.
  28. Pettinga, J.D. and Priestley, M.J.N. (2005) Dynamic behavior of reinforced concreteframes designed with direct displacement-based design. Earthq. Eng., 9, 309-330.
  29. ANSI/AISC 341-10 (2010) Seismic Provisions for Structural Steel Buildings. Chicago, Illinois.
  30. DISTEEL (2015) Displacement-based Seismic Design of Steel Moment Resisting Frame Structures. European Union.
  31. Alehojjat, S.B., Bahar, O., and Yakhchalian, M. (2021) Equivalent viscous damping in steel structures equipped with dampers. Struct. Eng. Geotech., 11(2), 1-12.
  32. Standard No. 2800 (2014) Iranian Code of Practice for Seismic Resistant Design of Buildings, 4th Edition. Tehran, Iran.
  33. PEER (2014) Pacific Earthquake Engineering Research Center, PEER Next Generation Attenuation (NGA) Database. https://ngawest2. berkeley.edu.
  34. Seismomatch (2014) Earthquake Software for Response Spectrum Matching. Seismosoft https:// seismosoft.com/
  35. Papagiannopoulos, G.A., Hatzigeorgiou, G.D., and Beskos, D.E. (2013) Recovery of spectral absolute acceleration and spectral relative velocity from their pseudo-spectral counterparts. Earthquake Structures, 4, 489-508.
  36. SAP2000 (2018) Integerated Solution for Structural Analysis and Design, CSI Analysis Reference Manual For SAP2000, ETABS, SAFE and CSiBridge. Berkelely, CA: Computers and Structures Inc. (CSI).
  37. ASCE/SEI 41-13 (2014) Seismic Evaluation and Retrofit of Existing Buildings. Reston, VA.
  38. Asgarkhani, N., Yakhchalian, M. and Mohebi, B. (2020) Evaluation of approximate methods for estimating residual drift demands in BRBFs. Engineering Structures, 224, 110849.
  39. Arab, R. and Yakhchalian, M. (2022) Investigating approximate methods to predict residual interstory drift ratio demands in steel eccentrically braced frames. J. Steel Struct., 22(5).
  40. Del Gobbo, G.M., Williams, M.S. and Blakeborough, A. (2018) Comparing fluid viscous damper placement methods considering total-building seismic performance. Eng. Struct. Dyn., 47, 2864-2886.

  • تاریخ دریافت 30 آبان 1400
  • تاریخ بازنگری 11 اسفند 1400
  • تاریخ پذیرش 17 فروردین 1401