25836

ارزيابي رفتار لرزه اي ساختمان هاي مجهز به مهاربند مركزگرا مبتني بر فنر ديسكي

كارشناسي ارشد

مهندسي عمران

1400-1401

1400/8/26

دكتر وحيد بروجرديان

دكتر علي قمري

مهندسي عمران

سيستم¬هاي باربر لرزه¬اي كه امروزه در ساختمان¬ها مورداستفاده قرار مي¬گيرند، ايمني جاني ساكنين را حين وقوع زمين¬لرزه، به شكل مناسبي تأمين مي¬كنند اما اين ساختمان¬ها بعد از وقوع زلزله تغييرشكل¬هاي پسماند بزرگي را تجربه مي¬كنند كه اين امر، باعث ايجاد هزينه¬هاي تعمير يا بازسازي چشمگيري مي¬شود. مفهوم مركزگرايي به‌منظور كنترل تغييرشكل¬هاي پسماند در سازه¬ها معرفي شده است. يكي از روش¬هاي دستيابي به سيستم مركزگرا استفاده از مهاربندهاي مركزگراست. در اين پژوهش، نوع جديدي از مهاربندهاي مركزگرا كه اخيراً معرفي شده و مبتني بر فنرهاي ديسكي و صفحات اصطكاكي است، موردبررسي قرار گرفته و رفتار لرزه¬اي قاب-هاي مجهز به اين نوع مهاربند ارزيابي مي¬شوند. در ابتدا، جزييات اعضاي مختلف مهاربند مذكور و پارامترهاي مؤثر در رفتار آن بررسي مي¬شود. در ادامه دو ضريب اتلاف انرژي β و ضريب سختي ثانويه γ براي توصيف رفتار مهاربند تعريف مي¬شود كه با مشخص بودن اين دو ضريب و همچنين نيروي تسليم مهاربند، مي¬توان اجزاي مختلف مهاربند را طراحي كرد. براي بررسي تأثير اين ضرايب، 21 مهاربند با ضرايب β و γ مختلف طراحي شده و به شكل قطري در قاب يك طبقه و يك دهانه نصب مي¬گردد. اين قاب تحت بارگذاري شبه¬استاتيكي قرار مي¬گيرد و با استفاده از هيسترزيس¬هاي به‌دست‌آمده براي هر قاب، 3 مهاربند با ضرايب β=1.0 و γ=1.2 ، β=1.0 و γ=1.6 ، β=1.0 و γ=2.0 به‌عنوان مهاربندهاي با قابليت اتلاف انرژي حداكثر، بدون باقي گذاشتن تغييرشكل¬هاي پسماند، انتخاب مي¬شوند. به‌منظور بررسي دقيق¬تر رفتار اين سه مهاربند و همچنين بررسي تأثير ارتفاع و دوره تناوب اصلي سازه، 9 سازه¬¬ي مختلف با تعداد طبقات 3، 6 و 9 و مجهز به سه مهاربند اشاره¬شده در بالا طراحي مي¬شود. همچنين 3 قاب مهاربندي همگراي ويژه با تعداد طبقات 3، 6 و 9 طراحي مي¬شود تا با قاب¬هاي مهاربندي مركزگرا مقايسه شوند. 12 قاب مذكور تحت تحليل ديناميكي افزايشي قرار گرفته و منحني¬هاي شكنندگي براي هريك استخراج مي¬شود. مقايسه¬ي بين اين قاب¬ها نشان مي¬دهد كه قاب مجهز به مهاربندهايي كه با ضرايب β=1.0 و γ=1.2 طراحي مي¬شوند، نسبت به سازه¬ي مهاربندي همگراي ويژه¬ي معادل، به ترتيب 118% و 504% بهبود را در ظرفيت خرابي و ظرفيت كنترل تغييرشكل‌هاي پسماند نشان مي¬دهد. همچنين بررسي وزن اسكلت فولادي قاب مهاربندي مركزگراي مجهز به مهاربند بهينه و قاب مهاربندي همگراي ويژه نشان مي¬دهد كه در ازاي بهبودهاي گفته‌شده، ميزان فولاد مصرفي در سازه¬هاي با مهاربند¬هاي مركزگرا 17% افزايش مي¬يابد. بررسي تأثير ارتفاع و دوره تناوب اصلي سازه در سازه¬هاي با تعداد طبقات و دوره تناوب¬هاي اصلي مختلف نشان مي¬دهد كه ميزان بهبود در ظرفيت خرابي نسبت به سازه¬هاي همگراي ويژه، در سازه هاي 3 طبقه با دوره تناوب اصلي 0.29 ثانيه و 6 طبقه با دوره تناوب اصلي 0.52 ثانيه تقريبا يكسان است و به ترتيب مقادير 151% و 152% را دارا مي¬باشد. اما در سازه¬ي 9 طبقه با دوره تناوب اصلي 0.81 ثانيه مقدار بهبود برابر با 70% و كمتر از دو سازه¬ي ديگر است. ¬بيشترين ميزان كنترل تغييرشكل¬هاي پسماند در سازه¬ي 6 طبقه ديده مي¬شود (564% بهتر از قاب همگراي ويژه معادل) و سازه¬هاي 3 طبقه و 9 طبقه از اين نظر عملكرد مشابهي دارند. (به ترتيب 384% و 387% بهتر از قاب همگراي ويژه معادل) به اين ترتيب مشخص شد كه استفاده از مهاربندهاي مبتني بر فنر ديسكي با پارامترهاي طراحي β=1.0 و γ=1.2 در سازه¬ي 6 طبقه با دوره تناوب اصلي 0.52 ثانيه، از نظر مقاومت نهايي سازه و كنترل تغييرشكل¬هاي پسماند، بيشترين بهبود را نسبت به قاب مهاربندي همگراي ويژه نشان مي¬دهد و از نظر فولاد مصرفي نيز اقتصادي بوده و مناسب براي استفاده در صنعت مي¬باشد.

1400/10/17

Seismic performance assessment of buildings with disc-spring based self-centering braces

11/17/2022 12:00:00 AM

The seismic load-resisting systems used in buildings these days, provide adequate safety for residents during an earthquake, but these buildings undergo large residual deformations after an earthquake. This can lead to significant repair or reconstruction costs. The concept of self-centering has been introduced to control residual deformation in structures. One way to achieve a self-center system is to use self-center braces. In this research, a new type of self-center braces that has been introduced recently and is based on disc springs and friction plates named as disc spring-based self-centering brace (SBSCB), are investigated and the seismic performance of frames equipped with this type of brace is evaluated. First, the details of the components of the brace and the effective parameters in its performance are examined. Next, two energy dissipation coefficients β and secondary stiffness coefficient γ are defined to describe the behavior of the brace. By specifying these two coefficients as well as the yield strength of the brace, different brace components can be designed. To investigate the effect of these coefficients, 21 braces with different β and γ coefficients are designed and installed diagonally in a single-story single-bay frame. This frame is subjected to quasi-static loading and using the obtained hysteresis for each frame, 3 braces with coefficients β = 1.0 , γ = 1.2 and β = 1.0 , γ = 1.6 and β = 1.0 , γ = 2.0 are selected as braces with maximum energy dissipation capability without leaving residual deformations. In order to study the performance of these three braces in more detail and also to study the effect of the height of the structure, 9 different structures with the number of floors 3, 6 and 9 and equipped with the three braces mentioned above are designed. Also, 3 special concentrically braced frames (SCBF) with 3, 6 and 9 stories are designed to be compared with SBSCB frames. The whole 12 frames are subjected to incremental dynamic analysis and fragility curves are extracted for each. Comparison between these frames shows that the frame equipped with braces designed with coefficients β = 1.0 and γ = 1.2 has the best performance and shows 118% and 504% improvement in collapse capacity and residual deformation control capacity compared to the equivalent SCBF, respectively. Also, the study of the weight of the steel frame of the SBSCB frame and the SCBF shows that in return for the said improvements, the amount of steel consumed in SBSCB frame increases by 17%. The study of the effect of height and fundamental period of the structure in structures with different number of stories and different fundamental periods shows that the rate of improvement in collapse capacity compared to SCBF in 3-story structures with the fundamental period of 0.29 seconds and 6-story structure with the fundamental period of 0.52 seconds are almost. (151% and 152%) but the 9-story structure with a fundamental period of 0.81 seconds (70%) shows less improvement. The highest rate of control of residual deformations is seen in 6-story structures (564% better than the equivalent SCBF) and 3-story and 9-story structures have similar performance in this regard. (384% and 387% better than the equivalent SCBFs, respectively) Thus, it was found that the use of SBSCB frame with design parameters β = 1.0 and γ = 1.2 in a 6-story structure with a fundamental period of 0.52 seconds, in terms of final strength of the structure and control of residual deformations, shows the most improvement relative to the SCBF and is economical in terms of consumable steel and is suitable for use in industry.

ارزيابي رفتار لرزه اي , تحليل ديناميكي افزايشي , مركزگرايي , فنر ديسكي

Seismic performance assessment , Incremental dynamic analysis , Self-centering , Disc spring