31356

عملكرد لرزه اي سازه هاي گهواره اي مركزگرا با كنترل مقادير پارامترهاي طراحي

كارشناسي ارشد

عمران

1400

1403/06/18

دكتر وحيد بروجرديان

دكتر اسماعيل محمدي ده چشمه

عمران

در جهان امروز طراحي و اجراي سازه هايي با آسيب پذيري و خسارت كمتر و تعمير آسان تر پس از يك زلزله شديد بسيار حائز اهميت است؛ چرا كه زلزله هاي شديد كماكان منشا اصلي خرابي هاي ساختمان ها، سوانح و تلفات انساني به شمار مي‌آيد. متاسفانه علي‌رغم پيشرفت هاي چشمگير در عصر مدرن تحقيقاتي حتي در حال حاضر بسياري از سازه هاي موجود توان مقاومت در برابر زلزله هاي شديد را ندارند. علاوه بر آن آسيب‌ديدگي سازه‌هاي ساختماني در برابر زلزله‌هاي شديد موجب تغيير شكل‌هاي ماندگار در آن‌ها مي‌شود. يكي از روش‌هاي كاهش هزينه، استفاده از سيستم‌هاي مركزگراست، كه در آن علاوه بر قابليت استهلاك انرژي و كاهش خسارت، تغييرشكل‌هاي ماندگار كمتري به سازه تحميل مي‌كند. اين سيستم ها يك منحني پرچمي شكل ايجاد كرده كه يكي از مزاياي اصلي استفاده از آن ها نسبت به سيستم هاي متداول مي‌باشد. به طور كلي اغلب سيستم‌هاي مركزگرا شامل كابل هاي پيش‌تنيده با خاصيت مركزگرا كننده بوده و همچنين از ميراگرها كه باعث استهلاك انرژي در سيستم مي‌شوند، بهره مي‌برند. از طرفي ديگر يكي از روش‌هاي حفاظت از سازه ها در برابر بارهاي ديناميكي استفاده از كنترل سازه‌ها است. در اين روش به منظور استهلاك انرژي از ابزار و تجهيزات مكانيكي متعددي استفاده مي‌شود. در اين پژوهش قاب مهاربندي فولادي گهواره اي مركزگرا داراي تعداد طبقات 12،18 و 24 كه با استفاده از روش برهم‌نهي مودال اصلاح شده در مقاله ي رفيعي و همكاران[1] طراحي شده اند، در نرم افزار OpenSeespyمدل‌سازي شده اند. سپس اين مدل‌ها تحت تحليل‌هاي ثقلي، پوش‌اور و تاريخچه زماني با شتاب‌نگاشت‌هاي دور از گسل، نزديك گسل بدون پالس و نزديك گسل با پالس قرار گرفته و با توجه به مفهوم كنترل سازه‌ها، تاثير مقدارهاي متفاوت پيش‌تنيدگي كابل ها بر روي انواع پاسخ‌هاي اين مدل‌ها بررسي شده است. به طور كلي نتايج نشان مي‌دهد كه با افزايش ميزان پيش‌تنيدگي، مقدار ظرفيت مدل‌ها تا 280% افزايش يافته كه اين موضوع سبب مي‌شود به طور ميانگين پاسخ برش طبقات 24%، لنگر طبقات 21% و شتاب طبقات 72% در تمامي مدل‌ها و شتاب‌نگاشت‌ها افزايش يابد. همچنين افزايش ميزان پيش‌تنيدگي، افزايش نسبت مركزگرايي و افزايش تنش بيشينه در كابل‌ها را در بردارد و موجب مي‌شود تا ضريب β(نسبت استهلاك انرژي) كاهش يابد تا جايي كه رفتار سازه كاملا مركزگرا شود. افزون بر اين‌ها مقدار پاسخ نسبي پسماند طبقات و همچنين تغييرات جابجايي ميان‌طبقاتي قابل صرف نظر هستند. از آن‌جايي كه با تنطيم جك‌هايي در اين سازه‌ها مي‌توان پيش‌تنيدگي اين كابل‌ها را افزايش و يا كاهش داد، نتايج اين پژوهش مي‌تواند براي دستيابي به پاسخ هاي مطلوب مفيد باشد.

1403/07/28

Seismic Performance of self-centering rocking systems by controlling the values of design parameters

9/9/2025 12:00:00 AM

In today's world, designing and implementing structures with less vulnerability and damage and easier repair after a severe earthquake is very important and debatable, because severe earthquakes are still the main source of building failures, accidents and human casualties. is considered Unfortunately, despite significant advances in the modern era of research, even now, many existing structures are unable to withstand strong earthquakes. In addition, damage to building structures against severe earthquakes causes permanent changes in them. One of the cost reduction methods is the use of self-centering systems, which In addition to the capability of energy consumption and damage reduction, it imposes less lasting deformations on the structure. These systems create a flag-shaped curve, which is one of the main advantages of using them compared to conventional systems. In general, most self-centering systems include pre-tensioned cables with self-centering properties and also use dampers that cause energy consumption in the system. On the other hand, one of the methods of protecting structures against dynamic loads is to use structures control. In this method, many mechanical tools and equipments are used in order to consume energy. In this research, the self-centering steel bracing frame with the number of 12, 18 and 24 stories, designed using the modified modal superposition method in Rafei et al.'s paper [1], is modeled in the OpenSeespy software. These models are then subjected to gravity, pushover, and time-history analyses with far-field, near-fault without pulse, and near-fault with pulse accelerograms. According to the concept of structural control, the impact of different prestressing levels of the cables on various responses of these models is investigated. Overall, the results indicate that increasing the level of pre-tensioning boosts the capacity of the models by up to 280%, which on average results in a 24% increase in story shear, a 21% increase in story moment, and a 72% increase in story acceleration across all models and ground motions. Additionally, increasing the pre-tensioning level enhances the self-centering ratio and increases the peak stress in the cables, leading to a reduction in the β factor (energy dissipation ratio) to the point where the structure exhibits completely self-centering behavior. Furthermore, the relative residual drifts of the stories and the changes in inter-story drifts are negligible. Since the pre-tensioning of these cables can be adjusted using jacks in these structures, the results of this research can be useful for achieving desirable responses.

سيستم مركزگرا , قاب گهواره اي فولادي , كنترل غيرفعال سازه ها , پيش تنيدگي

self-centering system , steel braced frame , passive control of structures , prestressing

Mahdi Ghanbari

Dr. Vahid Broujerdian