17878

17878

عملكرد لرزه اي قاب هاي فولادي بهسازي شده با مهاربند زانويي كمانش ناپذير با استفاده از روش خطوط همتراز شكنندگي

كارشناسي ارشد

سازه

شهريور ماه 1396

دكتر مرتضي رييسي دهكردي

دكتر مهدي اقبالي

عمران

هدف اين تحقيق ارزيابي عملكرد قاب‌هاي بهسازي شده با مهاربندهاي كمانش ناپذير زانويي (BRKB) است. سيستم سازه‌اي BRKB تحت زلزله‌هاي شديد مي‌تواند رفتار غير ارتجاعي پايدار و متقارني را از خود نشان دهد. BRKB ها مي‌توانند تغيير شكل‌هاي پلاستيك را تحمل نموده و انرژي زلزله را با رفتار پايدار و متقارن در طي سيكل‌هاي متوالي با تسليم كششي جذب نمايند. ازاين‌رو 6 عدد قاب 1، 2 و 3 طبقه از ميان مدارس كشور كه نياز به بهسازي داشتند، انتخاب شدند. اتصالات تير به ستون اين قاب‌ها به‌صورت خمشي است. براي مدل‌سازي اين قاب‌ها و تحليل‌هاي مربوطه از نرم‌افزار opensees استفاده گرديد. اتصال مهاربندهاي كمانش ناپذير زانويي به قاب به‌صورت مفصلي فرض شد. در ابتدا براي به دست آوردن زاويه بهينه قرارگيري مهاربند كمانش ناپذير زانويي، قاب‌ها تحت زواياي مختلف مورد تحليل قرار گرفتند و مشاهده گرديد كه در زاويه 45 درجه مقدار حداكثر دريفت بين طبقه‌اي قاب‌ها كمترين مقدار را دارد. سپس براي به دست آوردن طول بهينه مهاربند كمانش ناپذير زانويي، قاب‌ها با مهاربندهاي كمانش ناپذير زانويي با طول مختلف مورد تحليل قرار گرفتند. افزايش طول سبب كاهش دريفت بين طبقه گرديد. مشاهده شد هر چه طول مهاربندهاي كمانش ناپذير زانويي بيشتر مي‌شود، نسبت كاهش دريفت بين طبقه‌اي قاب به فولاد مصرفي افزايش مي‌يابد اما شيب اين افزايش رو به كاهش است. با داخل كردن ضريبي براي در نظر گرفتن مقدار فضاي اشغالي هر مهاربند و تأثيرات معماري آن مشاهده شد كه بهينه‌ترين طول بين 70 تا 100 سانتي‌متر است. سپس ميزان تفاوت نحوه توزيع مهاربندها بر اساس دريفت بين طبقه‌اي و توزيع يكنواخت باهم مقايسه شدند كه نشان داده شد در سازه‌هاي كوتاه مرتبه تفاوت اين دو توزيع ناچيز است. قاب‌ها تحت 20 شتاب‌نگاشت زلزله حوزه نزديك تحت تحليل تاريخچه زماني قرار گرفتند و مقدار حداكثر دريفت بين طبقه‌اي قاب‌ها به دست آمد. اين شتاب‌نگاشت‌ها طوري مقياس شدند تا معادل زلزله سطح خطر 1 گردند. خاكي كه قاب‌ها روي آن بنا شده‌اند تيپ 2 فرض گرديد. با استفاده از نتايج تحليل تاريخچه زماني و تحليل شكنندگي، درصدهاي مختلف احتمال رسيدن و رد شدن از حالت حدي ايمني جاني به دست آمد. سپس براي هر يك از اين حالات تحليل استاتيكي غيرخطي انجام گرفت و مقادير سختي و مقاومت قاب‌ها در هر يك از حالات از روي نمودار پوش آور به دست آمد. در انتها نموداري ترسيم گرديد كه به ازاي هر سختي و مقاومت قاب، احتمال رد شدن آن را از حالت حدي ايمني جاني نشان مي‌دهد. اين نمودار را خطوط هم‌تراز شكنندگي ناميديم. از آنجا كه اين نمودار احتمال رد شدن از حالت حدي ايمني جاني را تحت زلزله سطح خطر 1 نشان مي‌دهد، مي‌توان از آن براي بهسازي مبناي قاب‌ها استفاده نمود. واژه‌هاي كليدي: مهاربند كمانش ناپذير زانويي BRKB- سازه‌هاي كوتاه مرتبه- زلزله حوزه نزديك-تحليل شكنندگي-خطوط هم‌تراز شكنندگي

1396/07/15

3/20/2021 12:00:00 AM

This study is carried out aimed to eva​luate the performance of rehabilitated frames with buckling restrained knee brace (BRKB). The BRKB system under severe earthquakes can exhibit stable and symmetrical inelastic behavior. BRKBs can tolerate plastic deformation and absorb earthquake energy with stable and symmetrical behavior during successive cycles with tensile yield. Therefore, six frames (1, 2, and 3-story) were selected among the schools that needed to be rehabilitated. The beam-to-column joints of these frames are rigid. Opensees software was used to model these frames and relevant analyzes. The buckling restrained knee brace-to-frame joint was assumed as a hinged joint. In order to obtain an optimum angle of the buckling restrained knee brace, the frames were analyzed at different angles, and it was observed that at the angle of 45 degrees, the maximum value of inter-story drift of the frames was minimal. Then, in order to obtain the optimum length of the buckling restrained knee brace, the frames were analyzed with buckling restrained knee brace with different length. Increasing the length reduced inter-story drift. It was observed that as the length of the buckling restrained knee brace is increased, the ratio of the reduced inter-story to the steel used is increase, but the slope of this increase is decreasing. By inserting a coefficient to observe the amount of space occupied by each brace and its architectural effects, it was found that the optimal length is between 70 and 100 centimeters. Then, the difference in the distribution of braces was compared in terms of inter-story drift and the uniform distribution, which showed that in the low-rise structures, the difference between these two distributions is negligible. The frames were analyzed in terms of time history under 20 Near-Field Earthquake accelerometers and the maximum inter-story drift was obtained between the frames. These accelerometers were scaled so that to be equal with earthquake with the hazard level 1. The soil on which the frames are installed are assumed to be type-2. Using the results of time history analysis and fragility analysis, various percentages of probability of reaching and passing from the life-safety limit state were obtained. Then, for each of these scenarios, a nonlinear static analysis was performed and the stiffness and strength values of the frames were obtained in each case from the pushover chart. At the end, a graph is depicted that, for any stiffness and strength of the frame, shows the possibility to exceed it from the life-safety limit state. This diagram is called fragility contours. Since this chart shows the probability of passing the life-safety limit state under an earthquake with a hazard level 1, it can be used for the frames basic rehabilitation. Keywords: Buckling Restrained Knee Brace, Low-rise Structures, Near-Field Earthquake, Fragility Analysis, Fragility Contours, Basic Rehabilitation