33215

بهبود عملكرد لرزه‌اي سيستم‌هاي سازه‌اي مهاربندي متداول با اضافه كردن نيروي بازگردانندگي

كارشناسي ارشد

مهندسي عمران- سازه

1400

1403/12/13

دكتر وحيد بروجرديان

-

مهندسي عمران

سيستم‌هاي مهاربندي متداول داراي مشكلاتي همچون تغيير شكل‌هاي پسماند پس از زلزله، آسيب به اعضاي اصلي سازه و تغيير شكل‌هاي غير الاستيك در اعضاي سازه‌اي مي‌باشند. در طي ساليان گذشته محققان و پژوهشگران سازه و زلزله به معرفي سيستم‌هاي جديد سازه‌اي با عنوان سيستم‌هاي گهواره‌اي و مركزگرا پرداختند. اين سازه‌ها با استفاده از روش‌هاي مختلف، سازه را پس از زلزله به حالت اوليه خود بازمي‌گردانند و تغيير شكل‌هاي دائمي و پسماند سازه پس از زلزله كاهش پيدا مي‌كند. همچنين آسيب‌هاي ناشي از زلزله تا حد امكان به اعضاي غير سازه‌اي و تعويض‌پذير محدودشده و از آسيب به اعضاي اصلي سازه‌اي جلوگيري مي‌شود. براي ايجاد ويژگي مركزگرايي مي‌توان از كابل‌هاي داراي پس تنيدگي چه در مركز دهانه مهاربندي و چه در خطوط محور ستونها استفاده كرد تا پس از اعمال شدن تغيير شكل‌ها، سازه را به حالت اوليه قائم خود بازگرداند. همچنين براي ايجاد شرايط گهواره‌اي مي‌توان پايه ستون‌ها را طوري طراحي كرد كه امكان بلند شدگي در اثر اعمال بار را داشته باشند. لذا در اين پژوهش با استفاده از شرايط ذكرشده چندين نمونه سازه مهاربندي متداول با شرايط پايه ستون‌ متفاوت و نقطه مهارهاي مختلف كابل‌ها در امتداد محور ستون‌ها بررسي شد. به اين منظور ابتدا سازه‌هاي سه، شش و نه طبقه‌ در نرم‌افزار ايتبس طراحي و مدل‌سازي شد و سپس براي بررسي رفتار لرزهاي غيرخطي در نرم‌افزار آباكوس با شرايط ذكرشده شبيه‌سازي شدند. مدل‌هاي شبيه‌سازي‌شده تحت تحليل چرخه‌اي و تاريخچه زماني قرارگرفته و نتايج موردنياز استخراج شد. براساس نتايج بدست آمده، در پيكربندي هايي با پايه ستون بدون بلندشدگي(ثابت)، بهترين شرايط مربوط به حالتي است كه كابل هاي پيش تنيده در سرتاسر طبقات گسترش يافتند، در اين حالت سختي، جذب انرژي و نسبت ميرايي سازه نسبت به ساير حالات افزايش مي يابد. در پيكربندي هايي كه امكان بلندشدگي پايه ستون وجود دارد، مدل هايي كه كمترين تعداد طبقات پيش تنيده را داشتند، بهترين عملكرد را نشان داده و جابه جايي و نيروي برشي كمتري داشته وبه دليل حفظ سختي و كاهش آسيب پذيري ، عملكرد پايدارتري دارند. همچنين تحليل هاي تاريخچه زماني نشان دادند كه تغيير الگوي پيش‌تنيدگي تأثير مستقيمي بر جابجايي سقف و نيروهاي برشي دارد. از اين رو، طراحي بهينه سازه‌هاي لرزه‌اي نيازمند رويكرد تركيبي است تا با توزيع كنترل‌شده كابل‌هاي پيش‌تنيده، تعادلي ميان سختي، اتلاف انرژي و مقاومت نيروهاي جانبي و عمودي ايجاد شود.

1404/01/19

Improving the seismic performance of conventional bracing structural systems by adding restoring force

1/1/1900 12:00:00 AM

Conventional bracing systems have issues such as residual deformations after an earthquake, damage to primary structural members, and inelastic deformations in structural elements. Over the years, researchers in structural and earthquake engineering have introduced new structural systems known as pendulum and center-oriented systems. These structures, using various methods, restore the building to its original state after an earthquake, thereby reducing permanent deformations and residual distortions. Furthermore, earthquake-induced damage is limited as much as possible to non-structural and replaceable components, preventing harm to the main structural members.To achieve centrality, prestressed cables can be used either at the center of the bracing span or along the column axes so that, after deformations occur, the structure returns to its original upright position. Similarly, to create pendulum conditions, the bases of the columns can be designed to allow uplift under applied loads. Therefore, in this study, several typical braced structural specimens with different column base conditions and various cable restraint locations along the column axes were examined under the aforementioned conditions. To this end, three-, six-, and nine-story structures were first designed and modeled in ETABS software and then simulated in ABAQUS under the specified conditions to investigate nonlinear seismic behavior. The simulated models were subjected to cyclic and time-history analyses, and the required results were extracted.Based on the obtained results, in configurations with non-liftable (fixed) column bases, the optimal condition was achieved when the prestressed cables extended throughout all floors; in this scenario, the structure’s stiffness, energy absorption, and damping ratio increased compared to other cases. In configurations where the column base is allowed to lift, models with the fewest prestressed floors exhibited the best performance, experiencing lower displacements and shear forces. Due to maintained stiffness and reduced vulnerability, these models demonstrated more stable behavior. Furthermore, time-history analyses indicated that changes in the prestressing pattern have a direct impact on roof displacement and shear forces. Consequently, the optimal design of seismic structures requires a combined approach so that, through the controlled distribution of prestressed cables, a balance is achieved among stiffness, energy dissipation, and resistance to lateral and vertical forces.

قاب هاي مهاربندي شده , سيستم هاي گهواره اي , سيستم هاي مركزگرا , كابل هاي پيش تنيده , تحليل چرخه اي , تحليل تاريخچه زماني

Braced Frame , rocking systems , self-centering systems , Prestressed cables , cyclic analysis , time-history analysis

ali eskandari nasrabad

vahid broujerdian