بررسی رفتار لرزه‌ای ساختمان‌های فلزی مجهز به مهاربند مرکزگرای تلسکوپی دوطرفه

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

• عباس کرم الدین ¹
• محمد حسین برادران خلخالی ²

¹ دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد.

² دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد

10.22067/civil.v33i2.80220

چکیده

مهاربندهای مرکزگرا از جمله سیستم­های ساختمانی هستند که سبب کاهش جابه‌جایی نسبی ساختمان پس از زمین‌لرزه می­گردند. در این پژوهش پس از بررسی و مطالعۀ تمامی سیستم­های مرکزگرا، به‌صورت تخصصی رفتار کلیۀ مهاربندهای مرکزگرای پیشنهادی توسط محقّقین پیشین مورد مطالعه قرار گرفت. بررسی­ها نشان داد که مهاربندهای پیشنهادی قبلی همگی نقطه‌ضعف‌هایی دارند. برخی از این نکات عبارت‌اند از: دشواری ساخت، هزینۀ بالا، جذب انرژی پایین و ظرفیت محدود نیروی محوری. در این پژوهش مهاربند مرکزگرای تلسکوپی دوطرفه (DT-SCED) (Double Telescoping Self-Centering Energy-Dissipative Brace) پیشنهاد گردید. این مهاربند نسبت به نمونه­های پیشین دارای قابلیت­های بهتری است. برخی از نکات مثبت این مهاربند عبارت است از: سادگی ساخت متناسب با امکانات ساخت در ایران، هزینۀ پایین ساخت، ظرفیت بالای نیروی محوری، جذب انرژی بالا و قابلیت توسعه. در این پژوهش پس از محاسبۀ جزییات طراحی مهاربند پیشنهادی، مدل دوبعدی آن در نرم‌افزار OPENSEES مدل‌سازی گردید. برای مدل‌سازی مهاربند از ده المان یک‌بعدی استفاده گردید. پس از راستی آزمایی مدل‌سازی، مهاربند تحت بارگذاری چرخه­ای قرار گرفت و نمودار چرخه­ای (هیسترسیس) آن محاسبه گردید. همچنین یک نمونه ساختمان شش طبقه با سیستم مهاربند مرکزگرای تلسکوپی دوطرفه طراحی و تحلیل گردید. عملکرد لرزه­ای ساختمان نمونه با دو نمونه از مهاربندهای پیشنهادی قبلی مقایسه گردید. پارامترهای مورد مقایسه عبارت بودند از: زمان تناوب سازه، مقدار نیروی فعّال شدن مهاربند، شکل­پذیری سازه، ضریب اضافه مقاومت سازه، بیشینه شتاب، بیشینه جابه‌جایی نسبی طبقات، بیشینه جابه‌جایی نسبی باقی­مانده طبقات و بیشینه برش پایه. نتایج تحلیل مهاربند پیشنهادی بیان‌کنندۀ رفتار مرکزگرا و نمودار چرخه­ای پرچمی شکل با ظرفیت نیروی محوری بالا برای مهاربند پیشنهادی بود. همچنین عملکرد لرزه­ای مهاربند مرکزگرای تلسکوپی دوطرفه در سازه بسیار مطلوب ارزیابی شد.

کلیدواژه‌ها

• مهاربند مرکزگرا
• تحلیل سختی
• تحلیل استاتیکی غیرخطی
• شکل‌پذیری
• قاب فولادی
• طراحی لرزه‌ای

---

عنوان مقاله [English]

Seismic Response of Multistory Buildings with Double Telescoping Self-Centering Energy-Dissipative Brace (DT-SCED)

نویسندگان [English]

• Abbas Karamodin ¹
• Mohammad hossein Baradaran Khalkhali ²

¹ Civil Engineer Department, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran.

² Civil Engineer Department, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran.

چکیده [English]

Telescopic Self-Centering braces are one of the very successful examples of Self-Centering braces which perform well in seismic loading. In this study, a new example of Telescopic Self-Centering brace is introduced,which has superior features over other telescopic braces.These include: high axial load capacity, use of shorter cables in brace construction, simplicity of construction, use of separate cables for compressive and traction modes, less fatigue in cyclic loads and, allowing for more dynamic loading cycles. In this paper, a sample was designed with an axial force capacity of 300kN. Modeling of behavior (DT-SCED) was accurately expressed using numerical relationships. nonlinear incremental stiffness analysis method was also used to calculate the hysteresis brace behavior. The cyclic load test was applied to this brace and the result showed complete Self-Centering behavior.Then, a sample building with the double telescoping Self-Centering Energy-Dissipative Brace (DT-SCED) was subjected Single direction pushover analyses and the results are compared with the sample buildings with theSelf-Centering Energy-Dissipative Bracing (SCED) and the Telescoping Self-Centering Energy-Dissipative Bracing(T-SCED).The results of the analysis and comparing with other samples confirm the seismic superiority of performance of the DT-SCED brace over other samples.

کلیدواژه‌ها [English]

• Telescoping Self-Centering Energy-Dissipative Brace
• pushover Analysis
• Cyclic Load Test
• Nonlinear Incremental Stiffness Analysis

مراجع

1. Nims, D.K., Richter, P.J., & Bachman, R.E., "The Use of the Energy Dissipating Restraint for Seismic Hazard Mitigation". Earthquake Spectra, 9(3), 467-489, (1993).
2. Tsopelas, T., Constantinou, M.C., "Experimental and Analytical Study of a System Consisting of Sliding Bearings and Fluid Restoring Force/Damping Devices". Eng., State University of New York at Buffalo, (1994).
3. Filiatrault, A., Tremblay, R., & Kar, R., "Performance Evaluation of Friction Spring Seismic Damper". J. Struct. Eng. 126 (4), 491-499, (2000).
4. Christopoulos, C., Filiatrault, A., & Folz, B., "Seismic response of self-centring hysteretic SDOF systems". Earthquake Engineering & Structural Dynamics. 31(5), 1131-1150, (2002).
5. Christopoulos, C., Filiatrault, A., Uang, C-M., & Folz, B., "Posttensioned Energy Dissipating Connections for Moment-Resisting Steel Frames". J. Struct. Eng. 128(9), 1111-1120, (2002).
6. Christopoulos, C., Tremblay, R., Kim, H.-J., & Lacerte, M., "Self-Centering Energy Dissipative Bracing System for the Seismic Resistance of Structure: Development and Validation". Journal of Structural Engineering, 134(1), 96-107, (2008).
7. Rojas, P., Ricles, J.M., & Sause, R., "Seismic Performance of Post-tensioned Steel Moment Resisting Frames With Friction Devices". J. Struct. Eng. 131   (4), 529-540, (2005).
8. Zhu, S., & Zhang, Y., "Seismic Analysis of Concentrically Braced Frame Systems with SelfCentering Friction Damping Braces". J.Struct.Eng. 134(1), 121-131, (2008).
9. Erochko, J., Christopoulos, C., & Tremblay, R., "Design and Testing of an Enhanced-Elongation Telescoping Self-Centering Energy-Dissipative Brace". J. Struct. Eng. 137 (5), 589-599, (2011).
10. Alam, S., Rafiqul Haque, A."Cyclic Performance of a Piston Based Self-Centering Bracing System", Structures Congress, 1:2360-2372, (2015).
11. Erochko, j.Christopoulos, C., Tremblay, R., "Design, Testing, and Detailed Component Modeling of a High-Capacity Self-Centering Energy-Dissipative Brace", ASCE Journal of Structural Engineering, 131:370-381, (2014).
12. ASCE., "Minimum design loads for buildings and other structures". SEI/ASCE standard No. 7-05, ASCE, Reston, Va, (2005).
13. Erochko, J., Christopoulos, C., & Tremblay, R., "Residual Drift Response of SMRFs and BRB Frames in Steel Buildings Designed according to ASCE 7-05". J. Struct. Eng. 137 (5), 589-599, (2011).
14. Rosenblueth E, & Meli R., "The 1985 Mexico earthquake: causes and effects in Mexico City". Concrete International, 8(5), 23–34, (1986).
15. McCormick, J., Aburano, H., Ikenaga, M., and Nakashima, M., "Permissible Residual Deformationn Levels for Building Structures Considering Both Safety and Human Elements". Proc. 14th World Conf. Earthquake Engng, Beijing, China. Paper No. 05-06-0071, (2008).
16. Choi, H., Erochko, J., Christopoulos, C., & Tremblay, R., "Comparison of the Seismic Response of Steel Buildings Incorporating Self-Centering nergy-Dissipative Dampers", Toronto: Dept. of Civ. Eng., University of Toronto, ON, (2008).
17. Jeffrey A. Erochko., "Improvements to the Design and Use of Post-Tensioned Self-Centering Energy-Dissipative (SCED) Braces ". Toronto: Dept. of Civ. Eng., University of Toronto, (2013).