بررسی عملکرد لرزه‌ای قاب‌های خمشی فولادی مجهز به اتصالات مرکزگرا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، مهندسی زلزله، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایران

2 پژوهشگر پسادکتری، مهندسی سازه، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایران

3 دانشیار، مهندسی سازه، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایران

چکیده

اتصالات مرکزگرا در قاب‌های خمشی فولادی از دو مکانیسم بازگردانندگی و اتلاف انرژی استفاده می‌کنند. رفتار بازگردانندگی با استفاده از کابل‌های پیش‌تنیده تأمین می‌شود و جاذب‌های انرژی نقش اتلاف انرژی ورودی به سازه را بر عهده دارند. در این تحقیق، رفتار سازه‎های قاب خمشی فولادی 4 و 8 طبقه در دو حالت دارای اتصالات خمشی جوشی متداول و اتصالات مرکزگرا مورد مطالعه قرار گرفت. برای بررسی رفتار سازه‎ها، از تحلیل چرخه‌ای غیرخطی و تحلیل تاریخچه زمانی استفاده شد. در هر حالت، سیستم مرکزگرا به‌گونه‌ای طراحی شد که دارای مقاومت جانبی برابر با قاب خمشی متداول باشد. تحلیل‌ها به‌صورت دو بعدی و به کمک نرم‌افزار اجزای محدود OpenSeesPy انجام شد. به‌منظور انجام تحلیل‌های تاریخچه زمانی از 22 رکورد دور از گسل برگرفته از دستورالعمل FEMA P695 استفاده شد. نتایج حاکی از عملکرد بسیار مطلوب سازه خمشی مرکزگرا نسبت به سازه قاب خمشی متداول، به‌صورت کاهش بسیار زیاد جابه‌جایی نسبی ماندگار بود. میانگین کاهش جابه‌جایی نسبی ماندگار طبقات در سازه چهار و هشت طبقه به‌ترتیب برابر با 80 و  79 درصد بود. قابل‌توجه آنکه، مقادیر شتاب و جابه‌جایی‌های نسبی حداکثر طبقات میانی در ساز‌ه‌های قاب خمشی با اتصالات مرکزگرا نسبت به نوع دیگر متداول تفاوت چندانی نداشت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


Abedi Sarvestani, H. (2018). Structural evaluation of steel self-centering moment-resisting frames under far-field and near-field earthquakes. J. Constr. Steel Res., 151, 83–93. doi:10.1016/j.jcsr.2018.09.013
Abedi Sarvestani, H. (2019). Parametric study of hexagonal castellated beams in post-tensioned self-centering steel connections. Frontiers of Structural  and Civil Engineering, 13(5), 1020-1035, doi:10.1007/ s11709-019-0534-6
Asadolahi, S.M., & Fanaie, N. (2020). Performance    of self-centering steel moment frame considering   stress relaxation in prestressed cables. Advances in Structural Engineering, 23(9), 1813-1822. doi:10.1177/ 1369433219900940
ATC. (2009). Quantification of Building Seismic Performance Factors. US Department of Homeland Security. FEMA.
Bavandi, M., Moghadam, A.S., Mansoori, M.R., & Aziminejad, A. (2021). Introducing a new seismic efficiency index of post-tensioned self-centering steel moment connections. Structures, 33, 463–483.
Bavandi, M., Moghadam, A. S., Mansoori, M. R., & Aziminejad, A. (2022). Computation of the repairability index of short buildings with rocking connections. Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Forensic Engineering, 175, 7-20.
Broujerdian, V., & Mohammadi Dehcheshmeh, E. (2022). Locating the rocking section in self-centering bi-rocking walls to achieve the best seismic performance. Bulletin of Earthquake Engineering, 20(5), 2441-2468.
Chou, C.C., & Lai, Y.J. (2009). Post-tensioned self-centering moment connections with beam bottom flange energy dissipators. J. Constr. Steel Res.,     65(10-11), 1931–1941. doi:10.1016/j.jcsr.2009.06.002
Dehcheshmeh, E.M., & Broujerdian, V. (2022). Determination of optimal behavior of self-centering multiple-rocking walls subjected to far-field and     near-field ground motions. Journal of Building Engineering, 45, 103509.
Dimopoulos, A., Karavasilis, T.L., Vasdravellis, G., & B.U. (2013). Seismic design, modeling and assessment of self-centering steel frames using post-tensioned connections with web hourglass shape pins. Bulletin    of Earthquake Engineering, 11(5), 1797-1816. doi:10. 1007/s10518-013-9437-4
Dimopoulos, C.A., Freddi, F., Karavasilis, T.L., & Vasdravellis, G. (2020). Progressive collapse resistance of steel self-centering MRFs including the effects of   the composite floor. Engineering Structures, 208, 109923.
Dobossy, M., Garlock, M., & VanMarcke, E. (2006). Comparison of two self-centering steel moment frame modeling techniques: explicit gap models, and non-linear rotational spring models. Proceedings of the 4th International Conference on Earthquake Engineering. Taipei, Taiwan.
Dowden, D.M. (2016). Full-Scale Pseudodynamic Testing of Self-Centering Steel Plate Shear Walls. Journal of Structural Engineering (United States), 142(1). doi:10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0001367
Ebrahimi Majumerd, M.J., Mohammadi Dehcheshmeh, E., & Broujerdian, V. (2022). Feasibility study of  using endurance time method for seismic evaluation    of self-centering buckling restrained braced frame   (SC-BRC-BF). Modares Civil Engineering Journal, 22.
Fanaie, N., Faegh, S., & Partovi, F. (2019). An improved and innovative formulation for calculating amplified elastic story drift induced by RBS connections in steel moment frames. J. Constr. Steel. Res., 160, 510-527. doi:10.1016/j.jcsr.2019.06.003
Garlock, M.M., Ricles, J.M., & Sause, R. (2005). Experimental studies of full-scale post-tensioned steel connections. Journal of Structural Engineering, 131(3), 438-448.
Garlock, M.M., Sause, R., & Ricles, J.M. (2007). Behavior and design of posttensioned steel frame systems. Journal of Structural Engineering, 133(3), 389-399.
Guan, X., Burton, H., & Moradi, S. (2018). Seismic performance of a self-centering steel moment frame building: From component-level modeling to economic loss assessment. J. Constr. Steel Res., 150, 129-140. doi:10.1016/j.jcsr.2018.07.026
Guan, X., Burton, H., & Shokrabadi, M. (2021). A database of seismic designs, nonlinear models, and seismic responses for steel moment-resisting frame buildings. Earthquake Spectra, 37(2), 1199-1222.
Herning, G., Garlock, M. E., & Vanmarcke, E. (2011). Reliability-based evaluation of design and performance of steel self-centering moment frames. J. Constr. Steel Res., 67(10), 1495-1505. doi:10.1016/j.jcsr.2011.03. 023.
Huang, X., Zhou, Z., Eatherton, M. R., Zhu, D., &   Guo, C. (2020). Experimental Investigation of Self-Centering Beams for Moment-Resisting Frames. Journal of Structural Engineering (United States), 146(3), 1-15. doi:10.1061/(ASCE)ST.1943-54.
Ibarra, L.F., & Krawinkler, H. (2005). Global Collapse of Frame Structures under Seismic Excitations (PEER Report 2005/06). University of California at Berkeley. California: Pacific Earthquake Engineering Research Center.
Ibarra, L.F., Medina, R.A., & Krawinkler, H. (2005). Hysteretic models that incorporate strength and stiffness deterioration. Earthq. Eng. Struct. Dyn., 34(12), 1489-1511.
Kircher, C. et al. (2010). Evaluation of the FEMA P-695 Methodology for Quantification of Building Seismic Performance Factors.
Krawinkler, H. (1978). Shear in beam-column joints in seismic design of steel frames. Engineering Journal, 15(3).
Majumerd, M.J., Mohammadi Dehcheshmeh, E., Broujerdian, V., & Moradi, S. (2022). Self-centering rocking dual-core braced frames with buckling-restrained fuses. J. Constr. Steel Res., 194.
Mirzaie Aliabadi, M., Bahaari, M.R., & Torabian, S. (2013). Design and analytical evaluation of a new    self-centering connection with bolted T-stub devices. Advances in Materials Science and Engineering.
Mohammadi Dehcheshmeh, E., & Broujerdian, V. (2022). Probabilistic evaluation of self-centering birocking walls subjected to far-field and near-field ground motions. Journal of Structural Engineering, 148(9), 4022134.
Moradi, S., & Alam, M.S. (2017). Lateral load-drift response and limit states of posttensioned steel beam-column connections: parametric study. Journal of Structural Engineering (United States), 143(7), 1-13. doi:10.1061/(ASCE)ST.1943-5.
Moradi, S., & Alam, M.S. (2017). Multi-criteria optimization of lateral load-drift response of posttensioned steel beam-column connections. Engineering Structures, 130, 180-197. doi:10.1016/j. engstruct.2016.10.005.
Pantousa, D., & Karavasilis, T.L. (2020). Numerical assessment of the fire behavior of steel posttensioned moment-resisting frames. Journal of Structural Engineering (United States), 146(4), 1-18. doi:10.1061/ (ASCE)ST.1943-541X.0002581.
Pieroni, L., di Benedetto, S., Freddi, F., & Latour, M. (2022). Genetic Algorithm for the optimal placement   of Self-Centering Damage-Free joints in steel MRFs.  J. Constr. Steel Res., 197, 107489.
Qin, Y., Shu, G.P., & Wang, W. (2020). Seismic behavior of self-centering steel connections with friction T-stubs. J. Constr. Steel Res., 173, 106263. doi:10.1016/j.jcsr.2020.106263.
Ricles, J., Sause, R., Garlock, M., & Zhao, C. (2001). Post-tensioned seismic-resistant connections for steel frames. Journal of Structural Engineering, 127(2),   113-121.
Shariati, M.M., Ghorbani, M., Naghipour, N., Alinejad, & Toghroli, A. (n.d.). The effect of RBS connection    on energy absorption in tall buildings with braced     tube frame system. Steel and Composite Structures,    an International Journal, 34(3), 393.