فهرست مطالب

آنالیز سازه - زلزله - سال هجدهم شماره 2 (تابستان 1400)

نشریه آنالیز سازه - زلزله
سال هجدهم شماره 2 (تابستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/06/14
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محسن یوسفی، یحیی نصیرا*، علی قمری صفحات 1-14

    در این مقاله یک میراگر فلزی جاری شونده جدید به نام”میراگر شش ضلعی” معرفی شده است. این میراگر از ورقهای فولادی ساخته شده و شامل تعدادی پره است که انرژی ورودی را از طریق تسلیم خمشی درون صفحه خود مستهلک میکند. این نوع جدیدی از میراگرهای شش ضلعی تسلیمی HADAS  با قرار گیری در دوطرف المان قطری درناحیه انتهایی اتصال به پای ستون، از کمانش مهاربند جلوگیری و استهلاک انرژی توسط میراگر انجام می شود. برای بررسی عملکرد چرخه ای میراگر HADAS پیشنهادی، 15 نمونه عددی توسط نرم افزار آباکوس شبیه سازی شده است. مطالعه رفتار چرخه ای بر روی قاب فولادی یک دهانه و یک طبقه انجام و حساسیت رفتار چرخه ای بر اساس پارامترهای ضخامت، طول و نسبت بعد به ضخامت المان اتصال مهاربند به میراگر ،مورد مطالعه قرار گرفته است. ضخامت های مورد بررسی میراگر 12، 21 و 30 میلیمتر، طول مورد بررسی میراگر 400، 500 و 600 میلیمتر، هندسه مورد بررسی میراگر شش ضلعی و ضخامت المان اتصال مهاربند به میراگر 12، 21 و 30 میلیمتر در نظر گرفته شده است و مقطع پروفیل مصرفی مهاربند 2UNP160 میباشد. نتایج این مطالعه نشان داد که این نوع میراگر رفتار خوبی در استهلاک انرژی قاب دارد و مجموع سختی صفحات فولادی تشکیل دهنده میراگرهای HADAS، حتما باید از سختی مهاربند کمتر باشد تا عملکرد قاب قبولی از خود نشان دهند. اگر سختی میراگر از سختی مهاربند بیشتر شود سبب کمانش مهاربند و تشکیل مفصل پلاستیک در مهاربند میگردد. مقادیر ضخامت و طول میراگر در حالتی که سختی کمتری را نسبت به سختی مهاربند تشکیل می دهند، سبب تمرکز مفصل پلاستیک در میراگروعملکرد بهینه می شوند.

    کلیدواژگان: میراگر فلزی-تسلیمی، استهلاک انرژی، میراگر برشی، کنترل سازه، مهاربند قطری
  • امیرابراهیم اکبری بقال، احمد ملکی*، رامین وفائی پور صفحات 17-30

    هدف اصلی تحقیق حاضر، توسعه مدل المان محدود به منظور مطالعه تاثیر الیاف فولادی شکل بر مقاومت خمشی بتن فوق توانمند الیافی است. بدین منظور، به منظور شبیه سازی عددی، مدل المان محدود چندمقیاسه توسعه داده شد که در آن بتن به صورت ماده همگن و یکنواخت مدل سازی شده و الیاف فولادی به صورت تصادفی در داخل آن توزیع شده است. به منظور در نظر گرفتن فرضیات واقع بینانه تر، ناحیه چسبندگی بین الیاف و بتن نیز لحاظ شده است. پس از صحت سنجی نتایج مدل المان محدود با نتایج تست های تجربی، تاثیر پارامترهای مانند کسر حجمی و چسبندگی الیاف فولادی بر استحکام مشخصه های مقاومت خمشی بتن های فوق توانمند تقویت شده با الیاف مورد مطالعه عددی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که تاثیر استفاده از الیاف بر میزان جذب انرژی توسط بتن فوق توانمند الیافی بسیار بیشتر از تاثیر آن بر سایر مشخصه های این نوع بتن ها می باشد و مخصوصا استفاده از الیاف در حجم های پایین الیاف، تاثیری بسیار قابل ملاحظه بر قابلیت جذب انرژی دارد به طوری که به ازای 5/0 درصد کسر حجمی الیاف فولادی در حدود 17 برابر نسبت به نمونه بتن فوق توانمند بدون الیاف افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: بتن فوق توانمند، الیاف فولادی، مدل المان محدود چندمقیاسه، تست خمش چهار نقطه ای
  • هودین ملک زاده، حسن عباسی*، محمود حسینی، آرمین عظیمی نژاد، محمدرضا ادیب رمضانی صفحات 31-46

    معیارهای شدت زلزله اهمیت فوق العاده ای در ارزیابی احتمالاتی تقاضای لرزه ای انواع سازه ها دارند. در این میان انتخاب دقیق معیارهای با کیفیت شدت زلزله به منظور ارزیابی آسیب پذیری سازه های شریان حیاتی مانند پل های بزرگراهی بسیار با اهمیت است. در این مطالعه به منظور بررسی کیفیت معیارهای شدت زلزله، شاخص های تعیین کننده ای نظیر بهینه و کاربردی بودن (Efficiency& Practicality)، شاخص کارایی (Proficiency)،کفایت (Sufficiency) نسبت به بزرگا  (MW) و فاصله (R) و در نهایت کفایت نسبی (Relative Sufficiency)  بررسی شده اند. در این مطالعه 10 مدل از پل های شاه تیر جعبه ای بتنی با عرشه پیوسته به عنوان یکی از مهمترین پل های ساخته شده در مناطق لرزه خیز جهان در نرم افزار اپنسیس  (OpenSees) مدل سازی و به وسیله 164 رکورد زلزله حوزه نزدیک 3 مولفه ای تحلیل تاریخچه زمانی غیر خطی شده اند. در این پژوهش 5 پارامتر تقاضای مهندسی مرتبط به عرشه و ستون ها و 24 مورد از معیارهای شدت مرتبط به مولفه های قایم و افقی زلزله برای ارزیابی کیفیت معیارهای شدت برای پارامتر پاسخ در نظر گرفته شده اند. در مجموع بیش از 8200 تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی صورت گرفته و برای هر پارامتر پاسخ، 5 معیار برتر شدت زلزله با توجه به نوع پل مورد بررسی و زلزله های اعمال شده به سازه معرفی شده اند. نتایج پژوهش نشان میدهد، بیشینه شتاب زمین مرتبط به مولفه افقی  (PGVH) و شدت طیف سرعت (VSIH) و شدت هاوزنر (HIH) مرتبط به مولفه افقی از جمله مناسب ترین معیار های شدت هستند.

    کلیدواژگان: پل بزرگراهی شاه تیر جعبه ای بتنی، نرم افزار اپنسیس(OpenSees)، معیارهای شدت زلزله، پارامترهای تقاضای مهندسی، تحلیل تاریخچه زمانی، معیار بهینه شدت زلزله
  • مجید پورامینیان*، الهه دیده ور صفحات 47-58
    منارهای آجری تاریخی از عناصر اصلی معماری ایران هستند و در سراسر کشور در ابعاد و ارتفاع های مختلف وجود دارند. در این مقاله منار آجری گسکر به ارتفاع متر به کمک مدلسازی اجزای محدود توسط برنامه نویسی APDL و گسسته سازی دقیق به منظور دستیابی به الگوی آسیب دقیق انجام گرفته است. سپس تقاضای بار باد و بار زلزله مطابق مقررات ملی ساختمان تعیین و به سازه اعمال شده است. از ماکرومدل برای مدلسازی محیط مصالح بنایی استفاده شده است. خصوصیات غیرخطی نیز به مصالح اختصاص داده شده است. نتایج نشان داد که منار در برابر بارگذاری باد طرح و شدیدترین باد ثبت شده در دنیا ایمن است. در صورتی که تا 12 برابر فشار باد طرح به سطح بادگیر منار اعمال شود رفتار غیرخطی بنا آغاز میگردد. همچنین منار در برابر زلزله طرح آسیب پذیر بوده و آسیب های خفیف در پای منار ایجاد شده است و بیانگر این است که منار در معرض ریسک خرابی قرار دارد.
    کلیدواژگان: منار آجری تاریخی، اجزای محدود، بارگذاری باد، بارگذاری زلزله، ترک خوردگی
  • مرتضی بیگلی*، فرزان حداد شرق، فیاض رحیم زاده رفوئی صفحات 59-67
    استفاده از میراگرهای جرمی  تنظیم شده تک یا چندگانه یکی از روش های کاهش ارتعاشات سازه ناشی از زلزله در دهه های اخیر است. یکی از مشکلات استفاده از میراگرهای جرمی، فضای زیاد اشغال شده توسط این سیستم ها در سازه می باشد. این فضا گاها می تواند مزاحمت هایی برای معماران سازه ایجاد نماید. نتایج پژوهش های پیشین نشان دهنده این موضوع است که میراگرهای تنظیم شده بر مود اول سازه، با قرار گیری در طبقه بام، بیشترین بازده را از خود نشان می دهند. ولی در برخی از سازه ها به دلیل محدودیت های معماری، اجرای آن ها در طبقه بام مشکل ساز می شود و مناسب است میراگرها در دیگر طبقات سازه قرار بگیرند. در این پژوهش اثر جایگیری میراگر در طبقات مختلف سازه بر روی کارایی آن ها تحت تحلیل های تاریخچه زمانی بررسی خواهد شد. برای این منظور سه سازه 5، 15 و 25 طبقه طراحی شده و میراگر های جرمی تک برای هر یک ارایه می گردد. سپس این میراگرها در طبقات مختلف سازه قرار گرفته و تحت تحلیل تاریخچه زمانی قرار می گیرند. نتایج این پژوهش نشان می دهد که تغییر مکان میراگرها اثرات قانون مندی بر روی کارایی میراگرها دارد. این اثرات در قالب یک رابطه که در این پژوهش بدست آمده است قابل پیش بینی می باشد.
    کلیدواژگان: میراگر جرمی، کنترل سازه ها، جایگیری میراگرها، تحلیل تاریخچه زمانی، سازه چند درجه آزادی
  • نوشین قربانی، فرشید فتحی* صفحات 69-80

    در چند دهه‌ی اخیر، کوشش‌های فراوانی جهت کاهش آسیب‌‌ها و خسارات ناشی از زلزله‌های نیرومند به سیستم‌های سازه‌ای و غیرسازه‌‏ای ساختمان‌ها، با استفاده از شیوه‌های مختلف کنترل لرزه‌ای سازه‌ها (فعال و انفعالی)، انجام پذیرفته است. یکی از سیستم‌های کنترل لرزه‌ای انفعالی یا غیرفعال متداول، جداسازی افقی ساختمان‌ها در تراز پایه‌ی آن‌ها یا بیس‌‌آیزولیشن می‌باشد. نوع دیگری از سیستم‌های جداسازی لرزه‌ای که در سال‌ها‌ی اخیر مطرح شده است، جداسازی جرمی قایم نام گرفته و سعی در تفکیک کردن سیستم سختی و سیستم جرمی موجود در سازه‌ها را دارد. درطی این مقاله، کارایی موثرتر استفاده‌ی توام از تکنیک‌‏های جداسازی افقی پایه و جداسازی جرمی قایم، همراه با بکارگیری ادوات میراگر (نظیر میراگرهای ویسکوز)، جهت بهبود عملکرد لرزه‌‏ای سازه‌‏های خمشی فولادی مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور عملکرد سیستم ترکیبی پیشنهادی با انجام تحلیل‌های دینامیکی تاریخچه زمانی غیرخطی، تحت اثر مولفه‌‌های افقی شتاب زلزله‌ها، مطالعه شده است. نتایج حاصل از تحلیل‏‌ها نشان‌دهنده‌ی کاهش قابل‌توجه بیشینه‌ی پاسخ‌های لرزه‌ای ساختمان‌های مورد مطالعه، خصوصا جابجایی‌ها، دریفت‌ها و برش‌های پایه در مقایسه با دیگر انواع سیستم‌‌های سازه‌ای متداول با مشخصات مشابه بوده‌است. در این تحقیق، علاوه بر نشان دادن کارایی سیستم کنترلی پیشنهادی، برخی از پارامترهای اثرگذار بر عملکرد آن نیز مورد بررسی و توجه قرار داده شده است.

    کلیدواژگان: جداسازی قائم جرمی، جداسازی افقی پایه، کنترل لرزه ای سازه ها، ساختمان های خمشی فولادی، تحلیل تاریخچه ی زمانی غیرخطی، بیس آیزولیشن
|
  • Mohsen Yousefi, Yahya Nassira *, Ali Ghamari Pages 1-14

    In this study, a new metallic Yielding called “hexagonal damper " is introduced. It is made of steel sheets and consists of a number of blades damping incoming energy through the bending yield of its plate. This new type of yielding hexagonal dampers (HADAS) are placed on the both sides of diagonal element at the end of the connection to column base, to prevent brace buckling and energy dissipation is done by the damper.  To evaluate the cyclic performance of the proposed HADAS hexagonal damping, 15 numerical samples were simulated by Abaqus software. The study of cyclic behavior was performed on steel frames with one span and story and the sensitivity of cyclic behavior was studied based on the damper parameters such as thickness, length, geometry and dimension ratio to the thickness of the connection element of bracing to damper. The examined damper thicknesses are 12, 21, and 30 mm, examined damper lengths are 400, 500, and 600 mm, the geometry of examined damper is hexagonal, and the brace thicknesses are considered as 12, 21 and 30 mm. The cross section of the consumable brace profile is 2UNP160. The results of this study presented that this type of damper has a suitable behavior in frame energy dissipation and the total stiffness for steel plates of HADAS dampers definitely must be less than the brace stiffness in order to have an acceptable function. If the damper stiffness is more than the brace stiffness, it will cause the brace buckling and plastic joint formation in brace. The values of the thickness and length of the damper, when they are less rigid than the rigidity of the brace, cause the plastic joint to be focused on the damper and optimize performance.

    Keywords: Damper, Metal Yielding, Absorbing Energy, Shear Yielding. Structural Control, Diagonal brace
  • AmirEbrahim Akbari Bagal, Ahmad Maleki *, Ramin Vafaeipoor Pages 17-30

    The main purpose of this study is to develop a finite element model to study the effect of steel-shaped fibers on the flexural strength of ultra-high performance fiber concrete. For this purpose, in order to numerically simulate, a multi-scale finite element model was developed in which concrete was modeled as a homogeneous and uniform material and steel fibers were randomly distributed inside it. In order to make more realistic assumptions, the area of ​​adhesion between the fibers and the concrete is also considered. After validating the results of finite element model with the results of experimental tests, the effect of parameters such as volume fraction and adhesion of steel fibers on the strength characteristics of flexural strength of ultra-high performance concrete reinforced with fibers has been studied numerically. The results indicate that the effect of using fibers on the amount of energy absorption by fiber reinforced concrete is much greater than its effect on other characteristics of this type of concrete and especially the use of fibers in low fiber volumes has a very significant effect on energy absorption so that for 0.5% of the volume fraction of steel fibers, an increase of about 17 times compared to the sample of super-reinforced concrete without fibers can be resulted

    Keywords: Finite element model, Steel fibers, super-reinforced concrete, energy absorption
  • Hoodean Malekzadeh, Hassan Abbasi *, Mahmood Hooseini, Armin Aziminejad, Mohammadreza Adib Ramezani Pages 31-46

    Seismic intensity measures (IMs) perform a pivotal role in probabilistic seismic demand modeling. Past studies investigated appropriate IMs for structures, including the vital component of the transportation system, the highway bridges. These studies were mainly focused on far-field earthquakes and did not consider the strong vertical component of ground motions in near-field earthquakes.  In order to evaluate the optimal IMs for the multi-span continuous concrete box girder bridges subjected to near-field earthquakes, ten sample bridges were modeled and then subjected to three-component records of 164  near-field earthquakes applying the OpenSees software framework. In the present research, 5 engineering demand parameters considering the most critical response parameters related to columns and deck were selected, along with 24  intensity measures considering the horizontal and vertical components of ground motions. Base on the optimality investigation method, parameters such as efficiency, practicality, proficiency, sufficiency, and relative sufficiency were considered. In total, 8200 nonlinear time-history analyses were conducted. The results presented that the peak ground velocity of the horizontal component (PGVH), velocity spectrum intensity of the horizontal components(VSIH), and Housner intensity of horizontal components (HIH) were the optimal intensity measures, and vertical component of ground motions in near-field earthquakes should be considered in optimality investigation.

    Keywords: Optimality investigation, Optimal intensity measures, Opensees framework, Nonlinear Time History Analyses, Near-field earthquakes, Probabilistic seismic demand model
  • Majid Pouraminian *, Elahe Didevar Pages 47-58
    Historical brick minarets are the main elements of Iranian architecture and exist throughout the country in diverse dimensions and heights. In this research, Gaskar brick minaret with a height of 16.12 meters has been modeled by the finite element software by APDL programming and precise discretization, in order to achieve an accurate damage pattern. Then the demand for the both wind and earthquake loads is determined according to the national building codes and applied to the minaret structure. Macro-modeling has been utilized to model the masonry materials domain. Nonlinear properties are also assigned to masonry materials. The results presented that the minaret is safe against both of the design wind load (90km/h) and the fastest recorded wind in the world (205km/h). If up to 12 times the design wind load is applied to the windshield surface of the minaret, the nonlinear behavior of the building will begin. The minaret is also vulnerable to earthquakes and minor damage has occurred at the bottom of the minaret, indicating that the minaret is at risk of collapse.
    Keywords: Brick Minaret, Finite Element, Wind Loading, Earthquake Loading, Cracking
  • Morteza Baigoly *, Farzan Hadad Shargh, Fayaz Rahimzadeh Rofooei Pages 59-67
    The use of single or multiple tuned mass dampers is one of the methods to reduce earthquake vibrations caused by earthquakes in recent decades. One of the problems with using mass dampers is the large amount of space occupied by these systems in the structures. This space can sometimes make a lot of trouble for structural architects. The results of previous researches indicate that the dampers tuned on the first mode of the structure located on the roof floor, exhibit the highest efficiency. However, in some structures, due to architectural limitations, their implementation on the roof floor becomes problematic and it is appropriate to place dampers on other floors of the structure. In this research, the effect of damper placement on different floors of structures on their performance will be investigated under time history analysis. For this purpose, three structures of 5, 15, and 25 stories are designed and mass dampers are provided for each of them. These dampers are then placed on different floors of the structure and are analyzed. The results of this study present that the relocation of dampers has regulatory influences on the performance of dampers. These effects can be predicted in the form of an equation obtained in this study.
    Keywords: Tuned mass dampers, Control of structures, Damper location, Time History Analysis, MDOF systems
  • Noosheen Ghorbani, Farshid Fathi * Pages 69-80

    In the recent decades, many efforts have been made to reduce the damages caused by strong earthquakes to the structural and non-structural systems of buildings utilizing various methods of seismic control of structures (active and passive). One of the most common passive seismic control systems is the horizontal isolation of buildings at their base level or base isolation. Another type of seismic isolation system, which is called vertical mass isolation and has been proposed in recent years, tries to separate the stiffness system and mass sub-system of the structures in some way.  In this research, the more efficient Simultaneous application of the horizontal base isolation together with the vertical mass isolation techniques, along with the use of a damping devices (such as viscous dampers), to improve the seismic performance of moment steel frame structures, has been investigated. For this purpose, the performance of the proposed hybrid system was evaluated by performing nonlinear time history dynamic analysis under the horizontal component of earthquake acceleration records. The results of the analysis obviously presented significant reductions in the maximum seismic responses of the studied structures especially for displacements, drifts and base shears compared to those responses of the other types of conventional structural systems with similar characteristics

    Keywords: vertical mass isolation, horizontal base isolation, seismic control of structures, moment steel frame, nonlinear time history analysis, base isolation