فهرست مطالب

سازه و فولاد - سال چهاردهم شماره 30 (زمستان 1399)

نشریه سازه و فولاد
سال چهاردهم شماره 30 (زمستان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1400/02/27
  • تعداد عناوین: 6
|
  • فرشاد گودرزی، وحید صابری*، حمید صابری، عباسعلی صادقی صفحات 5-18

    توزیع خرابی در ارتفاع سازه های قاب خمشی تا حد زیادی تابع زمان تناوب پالس زلزله است. علاوه بر محتوای فرکانسی زلزله، شدت بار لرزه ای نیز می تواند تاثیر زیادی بر الگوی توزیع نیازهای تغییرمکانی سازه داشته باشد. در این تحقیق، تاثیر زمان تناوب پالس زلزله های نزدیک به گسل بر الگوی توزیع نیاز جابجایی نسبی بین طبقه ای (به عنوان شاخص خرابی) در قاب های خمشی فولادی با شکل پذیری ویژه در سطوح عملکرد متناظر با حد عملکرد استفاده ی بی وقفه (IO)، ایمنی جانی (LS) و آستانه ی فروریزش (CP) مورد ارزیابی قرار گرفته است. برای این منظور، سه سازه ی قاب خمشی فولادی با شکل پذیری ویژه با تعداد طبقات 3، 9 و 15 طبقه تحت 30 رکورد زلزله پالسی شکل با مشخصات فرکانسی مختلف در نظر گرفته شده است. در ادامه، از تحلیل دینامیکی افزایشی (IDA) استفاده شده و برای ارزیابی تاثیر زمان تناوب پالس، رکوردهای انتخابی بر حسب زمان تناوب پالس به سه دسته ی پالس کوتاه، متوسط و بلند دسته بندی شده اند. همچنین، برای اندازه گیری الگوی توزیع از دو متغیر کمی برای توصیف الگوی توزیع جابجایی نسبی بین طبقه ای در ارتفاع استفاده شده است. بر اساس نتایج این تحقیق مشخص شد که تجمع خرابی قاب های خمشی در محدوده رفتار غیرارتجاعی عمدتا در طبقات پایینی سازه متمرکز می شود، در حالی که در محدوده رفتار ارتجاعی اثر زمان تناوب پالس زلزله کمیتی تاثیرگذار است که با افزایش آن الگوی توزیع به سمت طبقات پایینی سازه حرکت می کند و با کاهش آن، جابجایی نسبی ها در طبقات بالایی و میانی سازه متمرکز می شوند.

    کلیدواژگان: زلزله نزدیک به گسل، زمان تناوب پالس، توزیع خرابی، قاب خمشی فولادی، شکل پذیری ویژه
  • حمید محمدی گرفمی، امید رضایی فر* صفحات 19-35

    المان های Tشکل به دلیل مزایای زیادی که دارند، از جمل سهولت اجرا، صرفه اقتصادی و شکل پذیری مناسب یکی از پرکاربردترین المان های اتصال تیر به ستون می باشد. استفاده از بولت های میان گذر برای برقراری اتصال بین بال سپری و بال ستون متداول است. اما انتقال مستقیم تنش ها به بدنه ستون، باعث تضعیف عملکرد پیچ ها تحت بارگذاری چرخه ای میشود. به همین جهت در این پژوهش در اقدامی نوآورانه از دیافراگم خارجی ستون به همراه بولت های میان گذر استفاده گردید و عملکرد مشترک و توامان آن ها موردبررسی قرار گرفت. بر مبنای نمونه صحت سنجی شده در نرم افزار آباکوس، یک نمونه اتصال با بولت میان گذر و دیگری به همراه دیافراگم خارجی طراحی و ساخته شدند سپس عملکرد آنها در آزمایشگاه مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج تحقیقات نشان می دهد عملکرد کلی هر دو اتصال کاملا مطلوب بوده و ضوابط پذیرش اتصالات صلب در قاب های خمشی ویژه را برمبنای آیین نامه های AISC و FEMA به خوبی میگذرانند. هر دو نمونه آزمایشگاهی بدون زوال مقاومت به دوران نسبی 06/0 رادیان دست یافتند. شکست نهایی در نمونه فاقد دیافراگم خارجی در سیکل نخست دوران نسبی 07/0 رادیان و با جداشدگی مهره از بولت های میان گذر اتفاق افتاد درحالی که این موضوع در نمونه دارای دیافراگم خارجی به صورت شکل پذیر و همراه با تغییرشکل در بال و جان تیر می باشد.

    کلیدواژگان: اتصال خمشی تیر به ستون، ستون مرکب CFT، اتصال Tشکل، بولت میان گذر، دیافراگم خارجی
  • آرش رایگانی، غلامرضا نوری* صفحات 37-47

    مقدار بیشینه جابجایی تراز جداسازی در سازه های جداسازی شده یکی از معیار های مهم برای دستیابی به یک طرح اقتصادی و فنی برای طراحی سیستم های جداسازی ساختمان ها می باشد. فضای خالی در نظر گرفته شده در اطراف سازه های جداسازی شده موجود ممکن است به دلایل مختلف از جمله تغییرات ضوابط لرزه ای، تغییر مشخصات لرزه ای منطقه و همچنین عدم قطعیت های موجود، برای حرکت آزادانه سازه جداسازی شده در هنگام زلزله کافی نباشد. از این رو لازم است در صورت نیاز با بکارگیری روشی کارآمد جابجایی های تراز جداسازی جهت جلوگیری از احتمال برخورد سازه کاهش یابد. هدف از این مقاله بکارگیری سیستم های کنترلی هوشمند در تراز جداسازی با الگوریتم کنترلی بهینه سازی شده برای کاهش جابجایی های تراز جداسازی با در نظرگیری فواصل مختلف برای فضای اطراف سازه جداسازی می باشد. در این پژوهش از میراگر نیمه‎فعال از نوع میراگرهای Magnetorheological با استفاده از الگوریتم فازی بهینه شده برای کنترل ولتاژ ورودی در یک سازه جداسازی شده با جداسازهای با میرایی زیاد استفاده شده است. نتایج نشان داده است الگوریتم کنترلی توانسته علاوه بر جلوگیری از برخورد سازه با موانع اطراف خود در زلزله های مختلف، پاسخ های لرزه‎ای در روسازه را بهبود بخشد. همچنین پراکندگی و میانگین پاسخ های لرزه‎ای روسازه در تابع چگالی احتمال توزیع لگاریتم نرمال در مقایسه با سازه بدون سیستم کنترلی هوشمند کاهش یافته است.

    کلیدواژگان: سازه های جداسازی، سیستم کنترل نیمه فعال، الگوریتم فازی، زلزله حوزه نزدیک
  • مهدی قاسمیه*، محمد حسنی سوخته سرایی، سید رسول میرقادری صفحات 49-75

    در این مطالعه و برای تدوین پروتکل بارگذاری پیشنهادی برای ایران؛ مطالعات لرزه ای، عددی، آماری، اجزا محدودی و بررسی های دقیق آزمایشگاهی متناسب با شرایط منطقه صورت گرفته است. در نهایت پروتکل بارگذاری پیشنهادی شده است که شبیه سازی مناسبی از تقاضای لرزه ای منطقه در اختیار قرار داده است؛ همچنین منطبق با شرایط ساخت و طراحی سازه ها در منطقه نیز بوده است و قابلیت اعمال به مولفه های خمشی سازه ای علی الخصوص اتصالات خمشی را در حالت کلی و آزمایشگاهی را دارا است. شایان ذکر است که پروتکل بارگذاری پیشنهادی منطقه ضوابطی برای ارزیابی عملکرد اتصالات خمشی در مقادیر هدف، شرایط پذیرش و کنترل آستانه ی فروریزش اتصالات خمشی ارایه کرده است. برای دستیابی به اهداف مطالعه و به منظور بررسی و تطبیق شرایط عملکردی پروتکل بارگذاری پیشنهادی، دو جفت نمونه های مشابه و یکسان از اتصالات خمشی جوشی WUF-W و RBS در آزمایشگاه تحت پروتکل بارگذاری پیشنهادی منطقه و SAC مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفتند. شایان ذکر است در بررسی های آزمایشگاهی و اجزا محدودی این مطالعه ضمن تطبیق و کنترل شرایط و ضوابط ارایه شده در پروتکل بارگذاری پیشنهادی، پارامتر های خسارتی و تقاضای اعمالی ناشی از هر دو پروتکل بارگذاری نیز مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفته است. لازم به ذکر است که اتصالات خمشی جوشی این مطالعه شرایط و ضوابط عملکردی پروتکل بارگذاری پیشنهادی و SAC را به خوبی ارضا کردند و تطبیق مناسبی بین ضوابط و توصیه های عملکردی پروتکل بارگذاری پیشنهادی با رفتار اتصالات خمشی جوشی مشاهده گردیده است.

    کلیدواژگان: پروتکل بارگذاری ایران، پروتکل بارگذاری SAC، اتصال RBS، اتصال WUF-W، کنترل آستانه فروریزش
  • نادر فنائی*، دانیال پسران بهبهانی صفحات 77-93

    سیستم مهاربندی واگرا دارای شکل پذیری بیشتر نسبت به سیستم مهاربندی همگرا و سختی جانبی بیشتر نسبت به سیستم قاب خمشی است و به نوعی از مزایای هر دو سیستم قاب خمشی و مهاربندی همگرا بهره می برد. به همین دلایل، محبوبیت این سیستم در دهه های گذشته افزایش یافته است. استفاده از دو مقطع I شکل و قوطی شکل به عنوان تیر پیوند در این سیستم رایج است. در مواردی که امکان تعبیه مهار جانبی در دو انتهای تیر پیوند وجود ندارد، تیر پیوند قوطی شکل به دلیل سختی پیچشی بالا، می تواند به عنوان یک جایگزین مناسب برای تیر پیوند I شکل مطرح باشد. استفاده از سخت کننده عرضی در تیر پیوند قوطی شکل، موجب به تاخیر افتادن کمانش موضعی و به تبع آن پایداری کمانشی و اتلاف انرژی  بیشتر در تیر پیوند می شود، اما استفاده از سخت کننده در تیر پیوند، موجب افزایش هزینه ساخت و کاهش سرعت اجرا می شود. در این مطالعه، از فولاد با تنش تسلیم پایین به عنوان یک مصالح نوین در طرح لرزه ای سازه های فولادی، به منظور ایجاد پایداری بیشتر در مقابل کمانش های موضعی و حذف سخت کننده های میانی در جان تیر پیوند قوطی شکل استفاده شده است. استفاده از فولاد با تنش تسلیم پایین در جان  تیر پیوند، امکان افزایش ضخامت جان و نتیجتا کاهش نسبت فشردگی جان را می دهد. همچنین استفاده از این نوع فولاد به دلیل تنش تسلیم پایین، شکل پذیری و سخت شدگی کرنشی بالا، موجب جلوگیری از بروز کمانش و پارگی در تیر پیوند شده و علاوه بر آن، موجب افزایش اتلاف انرژی در سازه می شود، اما استفاده از فولاد با تنش تسلیم پایین در جان تیر پیوند، موجب ایجاد اضافه مقاومتی حدود 3 برابر اضافه مقاومت تیر پیوند با فولاد های متداول می شود که باید در طراحی اعضای نیرو کنترل بر اساس ظرفیت تیر پیوند مورد توجه قرار بگیرد. مطابق تحقیق حاضر، با استفاده از فولاد با تنش تسلیم پایین در جان تیر پیوند قوطی، بدون سخت کننده میانی و با نسبت فشردگی کمتر از 5/16، کمانش برشی جان در تیر پیوند اتفاق نمی افتد. همچنین استفاده از فولاد با تنش تسلیم پایین در تیر پیوند، می تواند موجب افزایش ضریب رفتار سازه شود.

    کلیدواژگان: سیستم مهاربندی واگرا، تیر پیوند قوطی شکل، سخت کننده میانی، فولاد با تنش تسلیم پائین
  • احسان دهقانی*، حسام سرکشیک زاده صفحات 95-103

    یکی از معیارهای مهم در تعیین مقاومت خمشی تیرهای فولادی کمانش جانبی پیچشی است. در سیستم تیر و دال مختلط، بال فوقانی توسط برشگیرها به دال بتنی متصل شده اند و در برابر کمانش جانبی مهار شده است. در قاب های خمشی که تیر تحت لنگر مضاعف قرار می گیرد علاوه بر بال فوقانی بال تحتانی نیز تحت فشار قرار گرفته و احتمال کمانش جانبی آن وجود دارد. برای جلوگیری از رخداد این نوع کمانش تدابیری از جمله اتصال دو تیر مجاور هم بوسیله دیافراگم و المانهای خرپایی که بال تحتانی را به دال بتنی متصل می کنند اتخاذ می شود. در این مقاله با استفاده از مدلسازی به روش اجزاء محدود، یک جزییات جدید برای مهار جانبی بال تحتانی تیرها در سیستم تیر و دال مختلط بررسی شده است. در این جزییات بال تحتانی بوسیله یک جفت سخت کننده عرضی به دال بتنی متصل می شود و بوسیله یک جفت برشگیر عرضی از دوران آن جلوگیری می شود. نتایج حاصل از این مقاله نشان می دهدکه اعمال جزییات ذکر شده سبب کنترل ضوابط کمانش پیچشی جانبی در تیر شده و مانع ایجاد این نوع کمانش در  بال تحتانی خواهد شد.

    کلیدواژگان: کمانش پیچشی جانبی، سخت کننده عرضی جان، تیر و دال مختلط، برشگیر، روش اجزای محدود
|
  • Farshad Goudarzi, Vahid Saberi*, Hamid Saberi, Abbasali Sadeghi Pages 5-18

    The damage distribution of the steel moment-resisting frame (SMRF) structures is greatly a function of the pulse period of earthquake. In addition of frequency content of earthquake, the deformation demand distribution pattern depends on the seismic intensity more. In this study, the effect of pulse period of near fault earthquakes on the damage index as inter-story drift demand distribution of SMRFs with special ductility is investigated for different performance levels, including Immediate Occupancy (IO), Life Safety (LS), and Collapse Prevention (CP) limit states. For this purpose, the seismic response parameters of three SMRFs with special ductility and 3, 9 and 15-story under the effect of 30 near fault earthquake records with different frequency characteristics are evaluated through the implementation of Incremental Dynamic Analysis (IDA). To study the effect of pulse period, the pulse-like near fault records are categorized into three groups of short, medium, and long-period records. Moreover, two numerical variables are defined to quantitatively describe the seismic demand distribution patterns over the height of the sample frames. Based on the results of this study, it is found that the concentration of the damage distribution in the SMRFs for highly nonlinear state of the seismic response, transfers to the lower stories. However, for elastic and near-elastic zones, the short-period pulse-like excitations transmit the seismic demands toward the upper and mid stories.

    Keywords: Near Fault Earthquake, Pulse Period, Damage Distribution, Steel Moment-Resisting Frame, Special Ductility
  • Hamid Mohammady Garfamy, Omid Rezayfar* Pages 19-35

    Due to the abundant advantages, such as ease of implementation, economic efficiency, and appropriate ductility T-shaped elements are widely used in many beam-column connections.  In this research, the through bolts were utilized to connect the Tee profile to the column flange. The direct transfer of stresses to the body of the column increases the length of the intermediate bolts under cyclic loads. Therefore, in an innovative effort, the external diaphragm of the column was used together with the through bolt. Finally, the joint performance of them was examined.
     In this study, based on the validated models in Abacus software, two samples were designed and tested in the laboratory. One of these samples contained a connection with through bolts and, another one had an external diaphragm. The overall performance of both joints was quite good and, they passed the acceptance criteria of rigid joints in the especial bending frames according to AISC and FEMA codes. Both laboratory samples achieved a relative rotation of 0.06 radians without declining resistance. The final failure in the sample without the external diaphragm occurred in the first cycle relative rotation of 0.07 radians and with the separation of the nut from the through bolts, while this issue in the sample with an external diaphragm is ductile and deformable in the flange and the web.

    Keywords: Beam-to-column flexural connection, CFT composite column, T-shaped connection, through bolt, external diaphragm
  • Arash Rayegani, Gholamreza Nouri* Pages 37-47

    The maximum displacement at the buildingschr(chr('39')39chr('39')) isolated level is an important issue for designing an economical and practical isolation system. Due to various reasons such as uncertainties in the design, changes in estimated seismic characteristics, and changes in design codes, the considered gap size around the existing isolated structures may not be sufficient for having free movement during an earthquake. Therefore, it is necessary to reduce the isolated level displacements by using an efficient method to prevent the possibility of structural pounding. The purpose of this paper is to use a smart control system in the isolated level with the optimized fuzzy control algorithm to reduce based-level displacements by considering different gap sizes around the structure. In this research, the Magnetorheological damper with the optimized fuzzy logic algorithm is used at a based level of isolated structure with high damping isolators. The results show that the control system can improve the superstructurechr(chr('39')39chr('39'))s seismic performance and prevent poundings. Also, the dispersion and average of seismic responses of the superstructure in the probability density function of responses are reduced compared to structures without smart control systems.

    Keywords: Isolated building, Semi-active control system, Fuzzy logic control, Near-field earthquakes
  • Mehdi Ghassemieh*, Mohammad Hassani Sokhtesaraei, Rasoul Mirghaderi Pages 49-75

    In this study, to develop the Iranian loading protocol in the region, the detailed seismic, numerical, statistical, finite element and laboratory studies were conducted according to the region’s conditions. Finally, a loading protocol was proposed that provided a proper simulation of the region’s seismic demand. It also complied with the construction and design conditions of structures in the region and can apply to structural moment components, especially moment connections in the laboratory conditions. It is noteworthy that the region’s proposed loading protocol provided some criteria for evaluating the performance of moment connections in the target values level, qualifying conditions, and collapse threshold control of moment connections. To achieve the objectives of this study and to evaluate and match the proposed loading protocol’s performance conditions, two pairs of identical specimens of WUF-W and RBS welded moment connections were examined and evaluated in the laboratory subjected to the proposed loading protocol of the region and SAC loading protocol. It should be noted in the laboratory and numerical studies that the damage parameters and applied demand resulting from both loading protocols were evaluated and compared while matching and controlling the conditions and criteria presented in the proposed loading protocol of the region. It is noteworthy that the present study’s welded moment connections well satisfied the performance conditions and criteria of the proposed and SAC loading protocols.

    Keywords: Iran loading protocol, SAC Loading protocol, RBS connection, WUF-W connection, Collapse threshold control
  • Nader Fanaie*, Danial Pesaran Behbahani Pages 77-93

    The eccentrically braced frame has more ductility in comparison with concentrically braced frame and more lateral stiffness in comparison with moment resisting frame and involves the advantages of both moment frame and concentrically braced frame. Because of these reasons, this system has gained popularity in the last decades. I shaped and box-shaped beams are two usual link beams. In cases that lateral braces are hard to provide at both ends of the link beam, box link beam has some advantages comparing to the I-shaped beam because of its high torsional stiffness. Using transverse stiffeners in Box link beams, delays local buckling and leads to higher buckling stability and energy dissipation in links but increases the cost of construction and decreases the velocity of execution. In this research, low yield point steel, as a new material in seismic design of steel structures, has been used as web of link beam in order to enhance local buckling stability of links and eliminate intermediate stiffeners. Using low yield point steel in the web of link beam makes it possible to increase links web thickness and lowers the compactness ratio of the web as a result. Because of low yield stress, high ductility, and strain hardening, low yield point steel prevents buckling and fracture and increases energy dissipation of structure but using of low yield point steel as link web, leads to the about triple value of over-strength in comparison with usual steels that should be considered in the design of force-controlled members based on link beam capacity. According to this research, using Low yield point steel with a compactness ratio less than 16.5 and without intermediate stiffeners as link web, eliminate local shear buckling. Also using Low Yield Point steel in link beam may lead to a higher response modification factor.

    Keywords: Eccentrically Braced Frame (EBF), Box link beam, Intermediate stiffener, Low yield point steel
  • Ehsan Dehghani*, Hesam Sarkeshik Pages 95-103

    Lateral torsional buckling is one of the important criterion for determining the flexural strength in steel beam design. probability of it increases when laterally unbraced length is long. On one hand, lateral bracing should have sufficient stiffness to provide lateral support for compression flange of beam. On the other hand, this support must has enough strength. Composite beams consist of reinforced concrete slab and steel beam. To join the reinforced concrete and steel beam, stud has been used to transfer the horizontal force from concrete to steel beams. In fact, it plays role of lateral bracing for top flange.  Bottom flange is also under pressure in the case of double curvature bending and there is probability of lateral torsional buckling. Common methods of beam lateral bracing are connecting two adjacent beams to each other and connectig bottom flange to concrete slab. In this study a new detail has been introduced for lateral bracing of the beam-slab composite system. In this study, bottom flange is connected to concrete slab by a pair of transverse web stiffeners and its rotation is prevented by a pair of transverse studs. Finite element analysis results show that this detail can prevent  bottom flange from lateral torsional buckling.

    Keywords: Lateral torsional buckling, web stiffener, beam-slab composite, stud, Finite Element Method