فصلنامه علوم و مهندسی زلزله

فصلنامه علوم و مهندسی زلزله

عملکرد لرزه‌ای قاب مهاربندی همگرای ضربدری مجهز به میراگر لاستیکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
پوریا نوری 1
مرتضی بسطامی 2
1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی زلزله، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد قزوین، قزوین، ایران
2 دانشیار، پژوهشکده مهندسی سازه، پژوهشگاه بین‌المللی زلزله‌شناسی و مهندسی زلزله، تهران، ایران
10.48303/bese.2022.552139.1073
چکیده
قاب‌های مهاربند همگرای ضربدری به‌عنوان یکی از مرسوم‌ترین سیستم‌های باربر جانبی دارای جذب انرژی پایینی است. این مقاله به بررسی عملکرد یک سیستم اتلاف انرژی جدید در این قاب‌ها می‌پردازد که می‌تواند به‌عنوان یک سیستم کنترل غیرفعال در نظر گرفته شود. میراگر جدید که میراگر لاستیکی نام دارد، شامل یک هسته لاستیکی، صفحات فولادی نگه‌دارنده، چسب و چهار عدد پیچ است. ویژگی اصلی این میراگر استفاده از هسته لاستیکی برای اتلاف انرژی است. رفتار یکنواخت و چرخه‌ای یک قاب مهاربندی ضربدری یک طبقه تک‌دهانه با نسبت‌های مختلف ارتفاع به دهانه و مجهز به میراگر پیشنهادی از طریق مدل‌سازی المان محدود مورد مطالعه قرار گرفته است و همچنین برای صحت‌سنجی مدل‌ها، از مقایسه نتایج تحلیل نمونه‌های عددی مدل شده با نتایج مطالعات آزمایشگاهی استفاده شده است. میراگر لاستیکی به‌صورت نمونه‌های جفت و تک در قاب مهاربندی ضربدری استفاده شده است. علاوه بر این، از روش آسیب شکل‌پذیر نیز برای نشان دادن میزان آسیب به وجود آمده در اعضای اصلی سازه مانند اعضای مهاربندی استفاده گردیده است. نتایج تحلیل پوش‌آور مدل‌ها تحت بارگذاری یکنواخت نشان می‌دهد که کاهش سختی الاستیک در نمونه‌های دارای میراگر لاستیکی، نسبت به مدل‌های بدون میراگر لاستیکی در نسبت‌های مختلف ارتفاع به دهانه، بین 93 تا 98 درصد می‌باشد. همچنین بیشترین کاهش برش پایه تسلیم و نهایی برای مدل‌های دارای میراگر لاستیکی به‌ترتیب برابر 91 و 82 درصد است. از نتایج به‌دست‌آمده از تحلیل چرخه‌ای مدل‌ها می‌توان به کاهش تنش فون‌میسز در اعضای مهاربندی اشاره کرد که این کاهش برای نسبت‌های ارتفاع به دهانه 0/5، 1 و 1/5 برابر 26، 42 و 36 درصد می‌باشد. با توجه ‌به نتایج، قاب مهاربندی ضربدری مجهز به میراگرهای لاستیکی تک و جفت، تحت بارگذاری چرخه‌ای و یکنواخت، دارای رفتار پایدارتری نسبت به قاب مهاربند ضربدری بدون میراگر لاستیکی است. از دیگر نتایج به‌دست‌آمده می‌توان به کاهش تغییر شکل غیرخطی و آسیب در اعضای اصلی قاب مهاربند ضربدری و همچنین جلوگیری از کمانش اعضای مهاربندی اشاره کرد.
کلیدواژه‌ها
قاب مهاربندی همگرای ضربدری
روش المان محدود غیرخطی
سیستم کنترل غیرفعال سازه‌ای
میراگر لاستیکی
اتلاف انرژی
  1. Soong, T. and Spencer Jr, B. (2002) Supplemental energy dissipation: state-of-the-art and state-of-the-practice, Engineering Structures, 24(3), 243-259.
  2. Fisco, N. and Adeli, H. (2011) Smart structures: part I—active and semi-active control. Scientia Iranica, 18(3), 275-284.
  3. Symans et al. (2008) Energy dissipation systems for seismic applications: current practice and recent developments, Journal of Structural Engineering, 134(1), 3-21.
  4. Parulekar Y. and Reddy, G. (2009) Passive response control systems for seismic response reduction: A state-of-the-art review, International Journal of Structural Stability and Dynamics, 9(01), 151-177.
  5. Umachagi, V., Venkataramana, K., Reddy, G., and Verma, R. (2013) Applications of dampers for vibration control of structures: an overview. J. Res. Eng. Technol., 6-11.
  6. Mahmoodi, P. (1969) Structural dampers. Journal of the Structural Division, 95(8), 1661-1672.
  7. Soong, T.T. and Dargush, G.F. (1997) Passive Energy Dissipation Systems in Structural En-gineering. Wiley.
  8. Zhang, R.H., Soong, T., and Mahmoodi, P. (1989) Seismic response of steel frame structures with added viscoelastic dampers. Earthquake En-gineering & Structural Dynamics, 18(3), 389-396.
  9. Chang, K., Chen, S., and Lai, M. (1996) Inelastic behavior of steel frames with added viscoelastic dampers. Journal of Structural Engineering, 122(10), 1178-1186.
  10. Zhang, L., Su, M., Zhang, , Shen, H., Islam, M.M., and Zhang, R.A. (2019) Design method of viscoelastic damper parameters based on the elastic-plastic response reduction curve. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 117, 149-163.
  11. Ramakrishna, U. and Mohan, S. (2020) Performance of low-cost viscoelastic damper for coupling adjacent structures subjected dynamic loads, Materials Today: Proceedings, 28, 1024-1029.
  12. Huang, X.-H., He, Z.-F., and Xu, Y.-S. (2019) A Two-Step Transformation Approach for ESS Model of Viscoelastic Material to Time Domain, (in English). Frontiers in Materials, Original Research vol. 6, 2019-May-14.
  13. Modhej, A. and Zahrai, S.M. (2021) Numerical study of visco-hyperelastic damper with high axial damping rubber subjected to harmonic loading. Structures, 29, 1550-1561.
  14. Kelly, J.M., Skinner, R., and Heine, A. (1972) Mechanisms of energy absorption in special devices for use in earthquake resistant structures. Bulletin of the New Zealand Society for Earthquake Engineering, 5(3), 63-88.
  15. Aiken, I.D., Kelly, J., and Pall, A. (1988) Seismic Response of a nine-story steel frame with friction damped cross-bracing, Report No. UCB/EERC-88/171988.
  16. Chandra, R., Masand, M., Nandi, S., Tripathi, C., Pall, R., and Pall, A. (2000) Friction-dampers for seismic control of La Gardenia towers south city, Gurgaon, India. 12th World Conference on Earthquake Engineering, Auckland, New Zealand.
  17. Mualla, I.H. (2000) Parameters influencing the behavior of a new friction damper device. in Smart Structures and Materials 2000: Smart Systems for Bridges, Structures, and Highways, 3988, 64-74, International Society for Optics and Photonics.
  18. Pardo-Varela, J. and De la Llera, J. (2015) A semi‐active piezoelectric friction damper, Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 44(3), 333-354.
  19. Bagheri, S., Barghian, M., Saieri, F., and Farzinfar, A. (2015) U-shaped metallic-yielding damper in building structures: Seismic behavior and comparison with a friction damper, in Structures, 3, 163-171: Elsevier.
  20. Lu, L.-Y., Lin, T.-K., Jheng, R.-J., and Wu, H.-H. (2018) Theoretical and experimental investigation of position-controlled semi-active friction damper for seismic structures. Journal of Sound and Vibration, 412, 184-206.
  21. Ghorbani, H.R. and Rofooei, F.R. (2020) A novel double slip loads friction damper to control the seismic response of structures. Engineering Structures, 225, p. 111273.
  22. Butterworth, J. and Clifton, G. (2000) Performance of hierarchical friction dissipating joints in moment resisting steel frames. Proceedings of 12th World Conference on Earthquake Engineering.
  23. Hu, S., Zeng, S., Xiong, J., Wang, X., Zhou, Q., and Xiong, X. (2020) Seismic Analysis and Evaluation of Y-shaped EBF with an Innovative SSL-SSBC. International Journal of Steel Structures, 20(3), 1026-1039.
  24. Xia, C. and Hanson, R.D. (1992) Influence of ADAS element parameters on building seismic response. Journal of Structural Engineering, 118(7), 1903-1918.
  25. Mohammadi, R.K., Nasri, A., and Ghaffary, A. (2017) TADAS dampers in very large deformations. International Journal of Steel Structures, 17(2), 515-524.
  26. Saghafi, M.H., Golafshar, A., Yahyaee, A., and Zareian, M.S. (2019) Analytical assessment of reinforced concrete frames equipped with TADAS dampers. Journal of Rehabilitation in Civil Engineering, 7(2), 138-151.
  27. Aghlara, R. and Tahir, M.M. (2018) A passive metallic damper with replaceable steel bar components for earthquake protection of structures. Engineering Structures, 159, 185-197.
  28. Aghlara, R., Tahir, M.M., and Adnan, A.B. (2018) Experimental study of Pipe-Fuse Damper for passive energy dissipation in structures. Journal of Constructional Steel Research, 148, 351-360.
  29. Bastami, M. and Jazany, R.A. (2018) Development of eccentrically interconnected braced frame (EIC-BF) for seismic regions, Thin-Walled Structures, 1, 451-463.
  30. Bastami, M., Jazany, R.A., and Mohamadi, A. (2019) Study of the seismic performance of Centrically Fused Braced Frame (CFBF), Thin-Walled Structures, 145, 106401.
  31. Araújo, H., Machado, J., Marques, E., and Da Silva, L. (2017) Dynamic behaviour of composite adhesive joints for the automotive industry. Composite Structures, 171, 549-561.
  32. S.G. ABAQUS and T. Manual, Ver. 6.8, ABAQUS, Inc., Providence, RI, 2008.
  33. AISC, Seismic provisions for structural steel buildings, ed: Chicago, 2010.
  34. Ma, X., Borchers, E., Pena, A., Krawinkler, H., Billington, S., and Deierlein, G. (2010) Design and behavior of steel shear plates with openings as energy-dissipating fuses. John A. Blume Earthquake Engineering Center Technical Report, (173).
  35. Askariani, S.S., Garivani, S., and Aghakouchak, A.A. (2020) Application of slit link beam in eccentrically braced frames. Journal of Constructional Steel Research, 170, 106094.
  36. Ogden, R.W. (1997) Non-linear elastic deformations. Courier Corporation.
  37. Muhr, A. (2005) Modeling the stress-strain behavior of rubber. Rubber Chemistry and Technology, 78(3), 391-425.
  38. Doudoumis, I., Gravalas, F., and Doudoumis, N. (2005) Analytical modeling of elastomeric lead-rubber bearings with the use of finite element micromodels. Proceedings of GRACM 05, 10(3), 143.
  39. Arruda, E.M. and Boyce, M.C. (1993) A three-dimensional constitutive model for the large stretch behavior of rubber elastic materials. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 41(2), 389-412.
  40. Saedniya, M. and Talaeitaba, S.B. (2019) Numerical modeling of elastomeric seismic isolators for determining force–displacement curve from cyclic loading. International Journal of Advanced Structural Engineering, 11(3), 361-376.
  41. Abe, M., Yoshida, J., and Fujino, Y. (2004) Multiaxial behaviors of laminated rubber bearings and their modeling. I: Experimental study. Journal of Structural Engineering, 130(8), 1119-1132.
  42. Celik, O.C., Berman, J.W. and Bruneau, M. (2005) Cyclic testing of braces laterally restrained by steel studs. Journal of Structural Engineering, 131(7), 1114-1124.

  • تاریخ دریافت 04 اردیبهشت 1401
  • تاریخ بازنگری 16 خرداد 1401
  • تاریخ پذیرش 26 تیر 1401