فهرست مطالب

سازه و فولاد - سال چهاردهم شماره 29 (پاییز 1399)

نشریه سازه و فولاد
سال چهاردهم شماره 29 (پاییز 1399)

  • تاریخ انتشار: 1400/01/17
  • تعداد عناوین: 7
|
  • محبوبه ابوطالبی، افشین مشکوه الدینی*، جعفر کیوانی قمصری صفحات 5-20

    سازمان این پژوهش دربرگیرنده نگرش تحلیلی بر موضوع بهبود عملکرد لرزه ای اسکلت مقاوم قاب محیطی خمشی است. در این خصوص، کاربرد پیکربندی المان های زیپر بزرگ مقیاس در اسکلت مقاوم سازه بررسی می شود. افزودن یک پیکربندی مشخص از این الما ن ها فقط در طبقات پایینی سازه، می تواند تاثیرات مناسب در کاهش دامنه پارامترهای پاسخ دینامیکی سازه ترکیبی قاب خمشی محیطی داشته باشد. دامنه عملکرد مناسب تر اسکلت ترکیبی فوق بصورت روند کاهشی در دو پارامتر تغییرمکان نسبی جانبی (دریفت) و دریفت ماندگار طبقات، ایجاد روند نزولی برای تغییرات شتاب مطلق و سرعت نسبی در محل مرکز جرم طبقات و نیز کاهش دوران غیر خطی چشمه های اتصال (پانل زون ها) ملاحظه می شود. سازه های مطالعاتی در سه مدل 30 طبقه با اسکلت مقاوم قاب خمشی محیطی، و دو ساختار دارای پیکربندی المان های زیپر بزرگ مقیاس، انتخاب و طراحی شدند. بارگذاری جانبی سازه های مطالعاتی جهت انجام مجموعه تحلیل غیرخطی نیز بر اساس انتخاب پنج رکورد نیرومند زلزله صورت گرفته است. وجود پالس های پر انرژی و اسپایک های پردامنه شتاب همراه با پالس ترکیبی سرعت در تاریخچه زمانی رکوردهای پرقدرت انتخابی، مشخصه بارز مدل سازی جنبش هجومی زمین در حوزه نزدیک گسل می باشد. طراحی اسکلت مقاوم سازه های انتخابی بر اساس مباحث ششم و دهم مقررات ملی ساختمان و نیز استاندارد 2800 (ویرایش چهارم) انجام شده است. ارزیابی نتایج این پژوهش بیان گر آن است که وجود پیکربندی المان های زیپر بزرگ مقیاس در طبقات تحتانی؛ سبب ایجاد مکانیزم رفتاری یک پارچه و پیوستگی عملکرد لرزه ای برای اسکلت صلب مقاوم ساختمان بلند خواهد شد. حفظ مشخصات رفتار پایدار دینامیکی سازه بویژه در بازه زمانی پالس بزرگ سرعت زمین همراه با کاهش پارامتر دریفت، مشخصه مهم کاربرد این گونه زیر سازه ها در اسکلت مقاوم ساختمان های بلند است.

    کلیدواژگان: قاب خمشی محیطی، المان زیپر بزرگ مقیاس، زیرسازه، پاسخ غیرخطی، رکورد حوزه نزدیک، پالس سرعت
  • عباس قاسمی*، حمیدرضا متدین صفحات 21-32

    بدلیل عملکرد نا مناسب اتصالات خمشی جوشی در زلزله های اخیر، جزییات مختلفی برای اتصالات خمشی به منظور حصول پاسخ شکل پذیر تحت بارگذاری لرزه ای پیشنهاد گردید. استفاده از اتصالات پس کشیده در قاب خمشی فولادی راهکاری جهت دستیابی به پاسخ شکل پذیر بوده که روش های مختلفی برای این اتصالات توسط محققین ارایه شده است. نتایج بررسی های آزمایشگاهی حاکی از مقاومت، سختی و توانایی خود مرکزی  مناسب این اتصالات، و ظرفیت اتلاف انرژی بالا در صورت استفاده از سیستم مذکور خواهد بود. در این تحقیق برای بررسی خرابی پیش رونده از سه تیپ سازه با تعداد طبقات 15،10،5، طبقه استفاده شده است. تحلیل غیرخطی سازه ها توسط نرم افزار  OPENSEES صورت پذیرفته است. نتایج بدست آمده از پژوهش نشان داد که حذف ستون گوشه نسبت به ستون میانی اثرات شدید تری در سازه ایجاد می کند. همچنین با بیشتر شدن تعداد طبقات سازه تغییر مکان قایم اتصال بالای ستون حذف شده کمتر می شود و این امر نشان دهنده آن است که باز توزیع نیرو در سازه های با تعداد طبقات بیشتر، بهتر صورت می گیرد. استفاده از اتصالات پس کشیده منتج به کاهش محسوس جابه جایی قایم در موقعیت ستون حذف شده دارد که میزان کاهش در ستون گوشه حذف شده بیشتر از حالت حذف ستون میانی می باشد. این موضوع با توجه به بحرانی تر بودن حذف ستون گوشه به افزایش تاب آوری سازه در برابر خرابی پیش رونده کمک شایانی خواهد نمود. در قاب های خمشی ویژه 10و5  طبقه در حالت حذف ستون گوشه میزان چرخش تیر مجاور ستون حذف شده فراتر از چرخش متناظر سطح عملکرد ایمنی جانی بوده در صورتیکه  در قاب پس کشیده از میزان حدی سطح عملکرد ایمنی جانی به میزان قابل توجهی کمتر میباشد.

    کلیدواژگان: قاب فولادی، پس کشیده، خودمرکزگرا، خرابی پیشرونده
  • محمدرضا سلیمانی نژاد*، موسی محمودی صاحبی صفحات 33-44

    مهاربندهای y شکل فولادی یکی از سیستم های باربر جانبی به حساب می آیند. این مهاربندها علی رغم دارا بودن عملکرد معماری مناسب، مقاومت و سختی قابل قبول، دارای ظرفیت شکل پذیری خوبی نیستند. استفاده از میراگر ها از جمله میراگر اصطکاکی دورانی می تواند ظرفیت شکل پذیری آن ها را افزایش دهد. هدف این مقاله ارزیابی لرزه ای مهاربندهای y شکل مجهز به میراگرهای اصطکاکی دورانی است. برای این منظور یک قاب یک طبقه و یک دهانه با مهاربند y شکل انتخاب شد و در دو حالت با و بدون میراگر اصطکاکی دورانی مورد ارزیابی قرارگرفت. در ارزیابی این دو قاب ظرفیت های سختی، مقاومت و جذب انرژی مورد توجه قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که مقدار مقاومت و سختی در حالت با میراگر به ترتیب حدود 20 و 35 درصد کاهش پیدا میکند ولی جذب انرژی حدود 50 درصد افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: میراگر اصطکاکی دورانی، قاب y شکل، استهلاک انرژی، سختی، مقاومت و شکل پذیری
  • عباس حق اللهی*، امیررضا سلیمی صفحات 45-63

    مهاربندهای واگرا از جمله سیستم های مقاوم در برابر بار جانبی هستند که به دلیل رفتار غیرالاستیک تیر پیوند، از شکل پذیری بالا و سختی مناسبی برخوردار هستند. سازه های شهری عمدتا در رده سازه های میان مرتبه قرار دارند. دراین رده از سازه ها انتقال نیرو به صورت برش و خمش می باشد و به عبارتی هر دو عامل بر رفتار سازه حاکم است. نگاشت های نزدیک گسل دارای مدت زمان موثر کمتری نسبت به نگاشت های دور از گسل هستند و یک یا چند پالس ضربه ای با دامنه بزرگ و دوره تناوب زیاد دارند. در این مقاله به بررسی رفتار لرزه ای این قابها تحت زلزله های نزدیک گسل با توجه به در نظر گرفتن تغییر طول تیر پیوند به کمک نرم افزار المان محدود آباکوس و Perform 3D پرداخته شده است. برای این منظور قابهای فولادی ساختمان بصورت دو بعدی با 7 طبقه مدل گردیده و برای هر یک 3 طول تیر پیوند 1,1/9,2/8)=e/ecrit) مختلف با رفتارهای مختلف تیر پیوند در نظر گرفته شد. در نهایت، با مقایسه نتایج تاثیر طول تیر پیوند بر رفتار نهایی قابها با محتوای فرکانسی خاص زلزله ها بررسی های مقتضی انجام گردید که نشان داد با افزایش طول تیر پیوند پارامترهایی از قبیل سختی و مقاومت تیر پیوند تحت بارگذاری سیکلی متقارن کاهش یافته است و پارامتر هایی از قبیل بیشینه برش و شتاب طبقات در زلزله های نزدیک گسل برای قاب های 7 طبقه کاهش و همچنین بیشینه تغییر مکان جانبی نسبی قابها نیز افزایش یافته است. به علاوه  میانگین انرژی غیرالاستیک مستهلک شده کل توسط تیرهای پیوند با افزایش طول تیر پیوند کاهش پیدا کرده است.

    کلیدواژگان: رفتار لرزه ای، قاب مهاربندی شده واگرا، تیر پیوند، میان مرتبه، زلزله نزدیک گسل
  • مسعود پورحسن شهری، علی منصوری* صفحات 65-72

    در دیوار برشی فولادی، ورق نازک فولادی به المان های مرزی قاب متصل می شود، که این امر موجب افزایش نیروی اعمالی به ستون ها و در نتیجه افزایش سطح مقطع این عضوها می شود. جداسازی ورق فولادی از ستون های اصلی، سبب کاهش نیروهای لرزه‍ای وارده به ستون ها می شود که این امر از گسترش رفتار غیرخطی در ستون ها و فروریزش زودهنگام سازه جلوگیری خواهد کرد. البته این کار، سبب کاهش ظرفیت برشی دیوار نیز می گردد که می توان آن را با در نظر گرفتن پیش بینی های لازم، مانند استفاده از فولاد با مقاومت تسلیم بالا و افزایش ضخامت ورق فولادی، تا حدودی جبران نمود. در این مقاله، رفتار دیوار برشی فولادی متصل به تیر (بدون اتصال به ستون ها) تحت بار جانبی، با استفاده از مدل سازی و تحلیل اجزای محدود، توسط نرم افزار ABAQUS مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور اطمینان از صحت نتیجه های مدل عددی، اعتبارسنجی با داده های آزمایشگاهی موجود انجام شده است. سپس به بررسی اثر سخت‍کننده لبه ای، بر رفتار این نوع دیوار برشی پرداخته شده است. بر پایه نتیجه های به دست آمده، در شرایطی که سخت کننده مذکور به تیرهای بالا و پایین متصل نباشد، تغییر مقطع آن تاثیر چندانی بر رفتار سیستم و مقدارهای سختی، مقاومت و استهلاک انرژی ندارد. ولی در صورت اتصال سخت کننده به تیرها، بهبود قابل توجهی در عملکرد لرزه ای دیوار و مقدار مشخصه های رفتاری ذکرشده مشاهده می شود. شایان ذکر است که در این حالت، نیروی بیشتری از جانب دیوار به تیرها اعمال خواهد شد که این موضوع می بایست در طراحی این عضوها، مورد توجه قرار گیرد.

    کلیدواژگان: دیوار برشی فولادی متصل به تیر، سخت کننده لبه ای، تحلیل اجزای محدود، سختی، مقاومت جانبی، استهلاک انرژی
  • مجید یعقوبی*، محمد رضایی پژند، محسن صداقت جو صفحات 73-91

    اهمیت تحلیل ناخطی هندسی و ماده خرپاها بر کسی پوشیده نیست. همچنین، همگان از اهمیت رابطه های بسته ی رفتار سازه ها باخبرند. با این همه، حجم زیاد راه حل ها، انجام این گونه ازواکاوی ها را به صورت صریح برای سازه ها ناشدنی و یا خیلی دشوار می کند. تنها در خرپاهای ساده می توان به یک پاسخ بسته برای تحلیل ناخطی هندسی و ماده دست یافت. به طور گسترده، واکاوی های ناخطی خرپاها توسط روش هایی همچون جزء محدود انجام می پذیرد. تا کنون، پژوهش گران روش های زیادی برای تحلیل ناخطی خرپا پیشنهاد نموده اند. فن های نو با کمک آزمون های سنگ نشانه راست آزمایی می شوند. از این دیدگاه، داشتن پاسخ صریح آزمون های سنگ نشانه از اهمیت بسیاری برخوردار است. در این مقاله، چند خرپای ساده ی دوبعدی و سه بعدی به صورت تحلیلی واکاوی می شوند. این کار با پنداشت تغییرشکل های بزرگ به همراه رفتار کشسان-مومسان انجام خواهد گرفت. برای نمایش رفتار ماده، از نمودار دوخطی بهره جویی می شود. با کمک کرنش گرین، تابع کارمایه ی کرنشی برپا می گردد. از کمینه سازی کارمایه ی کل، معادله های ایستایی به دست می آیند. همچنین، صفر کردن مقدارهای ویژه ی ماتریس سختی مماسی، حد پایداری را در دسترس قرار می دهد. با واکاوی کرنش عضوهای خرپا در بازه ی پایدار مسیر ایستایی، نمودار بار-جابه جایی در اختیار قرار خواهد گرفت. به خاطر باید سپرد، تابع چندرابطه ای مسیر ایستایی هر خرپا را می توان برای راست آزمایی فن های نوین تحلیل ناخطی به کاربرد.

    کلیدواژگان: واکاوی ناخطی خرپا، کشسان-مومسان، تغییرشکل های بزرگ، مسیر ایستایی، رابطه های بسته
  • سید مرتضی کاظمی*، حجت معمارباشی، مصطفی قانعی یزد، محسن جهان آرا صفحات 93-102

    امروزه با پیشرفت صنعت ساختمان، سیستم های سازه ای جدیدی توسط محققان معرفی شده است. سیستم های نوین سازه ای علیرغم مزایای فراوانی که هر کدام دارا می باشند، معمولا تماما دارای یک عیب مشترک بوده و آن عدم آگاهی کافی طراح و مجری در نحوه ی طراحی و محاسبه ی آن و نیاز به مصالح جدید و نیروی کار ماهر می باشد. در تحقیق حاضر یک فرم سازه ای توسط محققین پیشنهاد شده است که هم دارای مزایای سیستم های نوین سازه ای بوده و هم نیازمند دانش فنی زیاد و جدیدی نمی باشد. سیستم قاب سبک فولادی با استفاده از پروفیل های قوطی شکل (Light Box steel Frames) که به اختصارLBF نامیده می شود از ستون هایی قوطی شکل نورد شده که با فواصل کمی از یکدیگر قرار گرفته و تیرهای با مقطع قوطی که به آن ها متصل می شوند، تشکیل شده است. تمامی مقاطع استفاده شده به صورت نورد گرم بوده و اتصالات به صورت جوش اجرا می شود لذا مشکلات اجرایی بسیار کم شده و نیاز به نیروی کار ماهر نمی باشد. در این تحقیق ابتدا به معرفی اجزا این فرم سازه ای به صورت کامل پرداخته شده و سپس رفتار یک نمونه اتصال تیر به ستون در مقیاس واقعی تحت بارگذاری یکنواخت به صورت آزمایشگاهی و با استفاده از نرم افزار Abaqus مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد که چنانچه تحقیقات کامل تر و جامع تری بر روی این سیستم صورت پذیرد می توان از این سیستم در مناطقی که خطر زلزله بسیار زیاد نبوده و تعداد طبقات محدود است، استفاده نمود.

    کلیدواژگان: سیستم های سازه ای، سیستم سازه ای LBF، فناوری های نوین صنعت ساختمان
|
  • Pages 5-20

    The study includes an analytical approach to the issue of improving the seismic performance of the frame tube resistant skeleton. In this regard, the use of large-scale zipper elements in resisting skeleton of structures is investigated. Add a configuration of these elements only on the lower floors of structures can be a positive effect on reducing the parameters of the dynamic response of combined frame tube structures. Reduction of inter story drift and permanent drift, Creating downward trend in absolute acceleration and relative velocity graphs of the center of mass, Reducing non-linear rotation of panel zones, Represents the better performance in the skeletal configuration of a prototype tall frame-tube structure. Three 30-story building of frame tube skeleton and two configurations in combination with large-scale zipper elements selected and designed. A set of nonlinear analysis for side loading of these structures are done based on a choice of five powerful earthquake records. The presence of high-energy pulses and extensive acceleration spike with a combination of high speed pulses in selected time history records, is characterized by the modelling of near-fault ground motions. The skeleton of selected structures is designed based on the sixth and tenth National Building Regulations and the 2800 (Fourth Edition). Evaluation of the results showed that presence of large-scale configuration Zipper-Elements in the lower decks, Create an integrated behavior mechanism and the continuity of the seismic performance in tall building rigid skeleton. Showing the stable structural dynamic behavior of structures, particularly in large velocity pulse range, Along with reducing drift parameter, are the most important characteristics of such infrastructure in resistant skeleton tall buildings.

    Keywords: Framed Tube, Large Scale Zipper Element, Infrastructure, Non-Linear Response, Near-field Record, Velocity pulses
  • Abbas Ghasemi* Pages 21-32

    Due to Inappropriate performance of the moment welded connections in the Northridge earthquake in 1994, different details for moment connections was proposed to make more ductile response against earthquake loading. Using Post-tensioned (PT) connections in steel moment frame was approach to achieve to more ductile response that different methods for these connections have been proposed by the researchers. Experimental investigation demonstrated that post-tensioned connections to have strength, stiffness and proper self-centering ability and high energy dissipation capacity if used energy dissipating element. In this study, we used three types of structures with the number of 15, 10, 5, stories to study the progressive collapse. Nonlinear analysis of structures has been performed by OPENSEES software. The analytical results show that the failure of columns located in the corner of the plan has more intense effect on structures. Also, with increasing number of stories, the vertical displacement decreases in the connection above the removed column, which indicates that redistributing the unbalanced gravity loads due to column removal in structures with a greater number of stories is better. In the 5 and10 story special moment frame in the corner column removal scenario rotation of the beam adjacent the removed column is beyond the corresponding rotation of the life safety performance level, whereas the value of rotation in PT frame is significantly less than level of life safety performance

    Keywords: steel frame, post-tensioned, self centering, progressive collapse
  • Mohammadreza Solaimani Nezhad*, Mussa Mahmoudi Sahebi Pages 33-44

    Y-shaped steel braces one of the systems is the lateral load. These braces, despite having the performance good architecture and resistance and hardness acceptable, they are not ductility. The use of dampers, such a rotary friction damper can increase their ductility capacity. The purpose of this paper is to evaluate the seismicity of y-shaped braces with rotary frictional damper. For this purpose, a frame of a floor and a span with y-shaped brace was selected and evaluated in two cases with and without rotary frictional damper. In evaluating these two frame, the stiffness, strength and energy absorption were considered. The results show that the strength and stiffness in the case with the damper decreases by 20% and 35%, but the energy absorption increases by 50%.

    Keywords: Keywords Rotary friction damper, Y-shape frame, Depreciation of energy, Stiffness, Strength, Ductility
  • ABBAS HAGHOLLAHI*, AmirReza Salimi Pages 45-63

    Eccentric braces are lateral load-resistant systems that have high plasticity and suitable stiffness due to the inelastic behavior of the link beam. Urban structures are mainly in the category of intermediate structures. In this category of structures, the force transmission is in the form of shear and bending, and both factors govern the behavior of the structure. Near- fault records have a less effective duration than far- fault records and have one or more long-range impact pulses and high periodicity. In this article, the seismic behavior of these frames under near-fault earthquakes is investigated with the variation of link beam length with the help of the ABAQUS finite element method and Perform 3D software. For this purpose, two dimensional models of EBF with 7- story and considering 3 different eccentricity/length ratio of (1,1/9,2/8) for each frame with different behaviors of link beam are modeled.  Finally, by comparing the effect of link beam length on the final behavior of the frames with earthquakes specific frequency content, it’s resulted that by increasing link beam length Parameters such as stiffness and strength of link beam under symmetric cyclic load are reduced and Parameters such as Maximum shear and acceleration of stories in near-fault earthquakes for 7- story frames are decreased and also maximum drift of the frames are proliferated. In addition, the average of total dissipated inelastic energy decreased with the increasing of the link beam length.

    Keywords: Seismic behavior, Eccentrically braced frame, Link beam, Intermediate, Near- fault earthquake
  • Masoud Pourhasan Shahri, Ali Mansouri* Pages 65-72

    In the steel plate shear wall, the thin steel plate is connected to the boundary elements, Therefore, forces transfer from the panel to the columns and increase the required cross sectional area of the columns. Separating the steel panel from the columns, reduces the seismic demands on the columns and prevent from the premature failure of the columns and the collapse of the entire structure. However, this technic decreases the lateral resistance of the system, therefore in such a case, using high yield steel (HYS) for the panel or utilizing a thicker steel plate may be required. In this paper, the seismic behavior of the steel plate shear walls connected to frame beams only (SSW-BO) is studied through nonlinear finite element analysis by ABAQUS software. After validating the numerical model against available experimental results, the effect of the edge stiffeners on the behavior of SSW-BO is explored. Based on the results, changing the edge stiffener cross section does not influence the seismic behavior, the stiffness, the lateral resistance and the dissipated energy of SSW-BO if the stiffeners are not connected to the top and bottom beams. However, connecting the stiffeners to the beams, drastically improve the seismic behavior and hysteretic characteristics of SSW-BO. It should be noted that, in such a case, greater forces may apply to the beams which should be considered in the seismic design of these members.

    Keywords: Steel plate shear wall connected to frame beams only (SSW-BO), Edge stiffener, Finite element analysis, Stiffness, Lateral strength, Dissipated energy
  • Majid Yaghoobi*, Mohammad Rezaiee Pajand, Mohsen Sedaghatjo Pages 73-91

    The importance of geometric and material nonlinear analysis in trusses is not deniable. Furthermore, everyone knows the importance of closed-form solution to the behavior of structures. However, the solution volumes make this type of analysis impossible or very difficult for most structures. Closed-form solution only for a few simple trusses, with geometric and material nonlinearities, can be obtained. Elastic analysis of trusses is widely performed by the methods, such as, the finite element scheme. So far, researchers have proposed many approaches for truss nonlinear analysis. New techniques are validated by the benchmark problems. In this view, it is important to have an explicit solution for this purpose. In this paper, some simple two and three-dimensional trusses are analyzed analytically. This study considers both large deformations with elastic-plastic behavior simultaneously. The behavior of material is assumed to have a bilinear diagram. The strain energy function is obtained in terms of the Green strain. Equilibrium equations are satisfied by minimizing total energy. At the point, in which determent of the tangent matrix becomes zero, structural instability is found. The load-displacement graph is obtained by analyzing the strain of the truss members in the stable range of the equilibrium path. It is important to know that the multi-relational function of the equilibrium path of each truss can be applied to test the accuracy of new nonlinear analysis techniques.

    Keywords: Nonlinear analysis of truss, elastic-plastic, large deformation, Equilibrium path, closed-form solution
  • Seyed Morteza Kazemi*, Hojat Memarbashi, Mostafa Ghanei Yazd, Mohsen Jahan Ara Pages 93-102

    Nowadays, with the advancement of the building industry, new structural systems are introduced by researchers. Despite the fact that modern systems have many advantages, they suffer from a common problem that is the lack of sufficient knowledge and experience for designers and executors in how to design and implement them as well as the need for new materials and skilled labors. In the present study, a new structural form was proposed that has both the benefits of modern systems and does not require much new technical knowledge. The system (LBF) consists of hot-rolled box section columns that are arranged at short distances from each other to which square beams are connected. All sections are hot rolled and joints are made by welding so that the implementation problems are rare and the need for skilled labors is obviated. In this paper, had been introduced the components of this construction form. Then, behavior of this connection evaluated with using the Abaqus software and experimental under monotonic loads. The obtained results indicate that this construction form has the potential to be used in regions with low hazard of earthquakes and with low-rise buildings.
    .

    Keywords: Structural Systems, LBF Structure System, New Architectural Technologies