فهرست مطالب

نشریه سازه و فولاد
سال پانزدهم شماره 32 (تابستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/06/10
  • تعداد عناوین: 6
|
  • شهرزاد محمدی، افشین مشکوه الدینی*، علی معصومی صفحات 5-20

    هدف از این پژوهش، ارزیابی پارامترهای پاسخ یک ساختمان فولادی 20 طبقه با ساختار قاب خمشی محیطی دسته شده تحت شتاب نگاشت های حوزه نزدیک سه مولفه ای به همراه اثرات پس لرزه ها می باشد. ساختار طیفی و مشخصات فیزیکی پس لرزه ها نیز با شدت های متفاوت بوده و فرایند مدل سازی ارتعاشات زمین بر اساس نسبت های مختلف بیشینه شتاب پس لرزه به بیشینه شتاب تحریک اصلی صورت گرفته است. ضوابط و توصیه های آیین نامه های طرح لرزه ای سازه ها، بر اساس تعیین "زلزله طرح" بوده و از اثرات پس لرزه ها بر روی روند طراحی صرف نظر شده است. این در حالی است که در نواحی با خطرپذیری بالا پس از وقوع تحریک اصلی، پس لرزه هایی با بزرگای مختلف و در فواصل زمانی متفاوت رخ می دهند. مشخصه اصلی موجود در تاریخچه زمانی زمین لرزه های نیرومند حوزه نزدیک، وجود پالس های متوالی و پیوسته سرعت با پریود بلند و دامنه بزرگ است. وقوع پس لرزه های قوی و متوالی، می تواند سبب تجمع جابجایی ماندگار در رفتار لرزه ای سازه بشود. پارامترهای پاسخ بررسی شده در این مطالعه، پوش بیشینه جابجایی نسبی (دریفت) طبقات، جابجایی نسبی ماندگار طبقات، مکانیزم مفاصل پلاستیک و آرایش نیرویی حاصل از اثر لنگی برش است. ارزیابی نتایج این تحقیق نشان می دهد که اندازه و تغییرات پارامتر جابجایی نسبی ماندگار طبقه، وابستگی مستقیم به ماهیت شتا ب نگاشت از لحاظ چگونگی اثرات جهت داری و نیز نسبت طیفی میان بیشینه شتاب پس لرزه به بیشینه شتاب تحریک اصلی دارد. نمودارهای جابجایی نسبی ماندگار تحت اثر زلزله های متوالی حاوی پس لرزه، در حالت میدان آزاد و بدون مقیاس و نیز در حالت مقیاس شده، تغییرات قابل ملاحظه ای را به نمایش می گذارد. حفظ مشخصات رفتار پایدار سازه بویژه در بازه زمانی پالس بزرگ سرعت و پس لرزه های پیوسته آن، همراه با حفظ دامنه تغییرمکان جانبی در محدوده ایمن، موضوع مهم در بحث فوق است.

    کلیدواژگان: قاب محیطی دسته شده، رفتار غیرخطی، لرزه اصلی، پس لرزه، رکورد حوزه نزدیک، پالس سرعت
  • سیده مریم دشتی زند*، وحیدرضا کلاتجاری، نادر خواجه احمد عطاری صفحات 21-33

    تاکنون سیستم های متنوعی برای مقاومت در برابر بارهای جانبی ناشی از باد و زلزله، پیشنهاد شده است که می توان به قاب خمشی، انواع مهاربندها، دیوار برشی بتنی، انواع سیستم های مستهلک کننده انرژی نام برد. مهمترین پارامترهایی که در انتخاب سیتم مقاوم در مقابل بارهای جانبی مورد توجه می باشد، عبارتند از: سختی، مقاومت، شکل پذیری. دیوارهای برشی فولادی که به دوصورت صاف و تقویت شده، کار برد دارند یک سیستم نسبتا جدیدی برای مقاومت در برابر بادهای جانبی می باشد و مطالعات محققان در چهار دهه گذشته نشان می دهد دیوارهای برشی نازک یک سیستم مهاربندی مناسب و اقتصادی می باشد. ورق های موجدار با توجه به شکل هندسی خود از سختی و شکل پذیری بالاتری نسبت به ورق های صاف برخوردارند. در این بررسی آزمایشگاهی سختی، مقاومت و برش پایه دیوار برشی صاف و موجدار ذوزنقه ای قایم با زاویه موج 45 درجه تحت بارگذاری چرخه ای مورد بررسی قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: دیوار برشی فولادی، دیوار برشی موجدار ذوزنقه ای، مقاومت، بارگذاری چرخه ای
  • شاهرخ انوری زاده، محمد بهمنی*، سید افشین محبی نودز صفحات 35-52

    در دو دهه اخیر بسیاری از سازه ها به دلیل تغییر در ضوابط آیین نامه های لرزه ای یا تغییر کاربری ساختمان ها، نیازمند بهسازی لرزه ای می باشند. از طرفی استفاده از میراگرهای ویسکوز در بهسازی لرزه ای به دلیل نصب ساده، کمترین تداخل با سازه موجود و همچنین بهبود چشمگیر عملکرد لرزه ای ساختمان ها به سرعت در حال افزایش است. هدف اصلی این مقاله ارایه یک روند طراحی جدید جهت ارزیابی لرزه ای احتمالاتی سازه های فولادی مجهز به میراگرهای ویسکوز غیر خطی می باشد. برای بررسی عددی از سه قاب خمشی فولادی 3، 9 و 20 طبقه، به عنوان سازه محک استفاده شده است. این سازه ها به دلیل تفاوت محسوس مشخصات دینامیکی، بیانگر سازه های کوتاه، میان و بلند مرتبه می باشند. برای تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی از دو شتاب نگاشت حوزه نزدیک و دو شتاب نگاشت حوزه دور با شدت های مختلف (جمعا ده شتاب نگاشت) استفاده شده است. همچنین تحلیل غیر ابعادی برای ارزیابی پارامتر عدم قطعیت توان سرعت میراگرهای ویسکوز غیرخطی صورت پذیرفته است. سپس به برآورد احتمالاتی خرابی سازه های محک و بررسی تاثیر عدم قطعیت پارامتر بی بعد ضریب میرایی و شدت توان میراگر بر پاسخ لرزه ای سازه پرداخته ایم. با ارزیابی نتایج تحلیل لرزه ای برای میراگرهای ویسکوز با شدت توان 0.2، 0.3 و 0.4 مشخص گردید اگر چه بهسازی لرزه ای در همه ی ساختمان های محک منجر به بهبود چشمگیر علمکرد لرزه ای شده است، لیکن روند طراحی پیشنهادی در سازه های بلند مرتبه بهسازی شده با شدت توان 0.4 موثرتر می باشد.

    کلیدواژگان: میراگرهای ویسکوز، ساختمان های فولادی، ریسک لرزه ای، بهسازی لررزه ای، ارزیابی احتمالاتی، تابع چگالی بتا
  • پرویز عبادی*، محمود گلی صفحات 53-69

    آیین نامه ها و کدهای طراحی لرزه ای ساختمانها استفاده از فولاد مقاومت بالا را در سیستم باربر جانبی ساختمان‎ها محدود نموده اند که به دلیل شکل پذیری کمتر این نوع فولاد می باشد. با این وجود، می‎توان از فولاد‎های نرم‎تر با گرید پایین تر در طراحی سیستم‎های باربر جانبی ساختمانی و از جمله مهاربندهای ضربدری استفاده نمود. از طرفی، در آیین نامه های طرح لرزه‎ای ساختمان‎ها، تفاوت چندانی بین پارامترهای لرزه‎ای فولادهای با گریدهای مختلف در نظر گرفته نمی‎شود. در این تحقیق اثرات استفاده از فولادهای با گریدهای مختلف در رفتار لرزه‎ای سیستم مهاربندی ضربدری تحت تحلیل‎های دینامیکی غیرخطی بررسی گردیده است. قاب‎های 4، 8 و 12 طبقه برای منطقه با خطر لرزه‎خیزی خیلی شدید بر اساس روش‎های متداول آیین‎نامه های ساختمانی و دو نوع گرید مختلف فولاد طراحی شده اند. نتایج بدست آمده نشان می دهد که قاب های طراحی شده با مهاربند از نوع فولاد گرید پایین تر کارایی لرزه ای بالاتری را تحت زلزله های حوزه نزدیک و دور دارند. همچنین در بررسی قابها تحت شتاب‎نگاشت های حوزه نزدیک، بخصوص با ویژگی جهت پذیری پیش رونده گسل، پاسخ‎ها شدید تر بوده و تغییرمکانهای بزرگتری در قابها ایجاد گردیدند.

    کلیدواژگان: مهاربند ضربدری، گرید فولاد، رفتار لرزه ای، ظرفیت جذب انرژی، پایداری
  • علی رضوی طباطبائی* صفحات 71-80

    اعضای مهاربندی در طول عمر یک سازه با نیروهای کششی و فشاری مواجه می شوند، اما مساله اصلی در این المان ها وقوع کمانش در مواجهه با نیروهای فشاری می باشد. مهاربندهای کمانش تاب با توجه به شکل پذیری بالا و رفتار تقریبا یکسان در کشش و فشار، مدت ها است که در کشورهای پیشرفته دنیا به کار گرفته می شود. یکی از  بهبودها بر روی این سیستم، استفاده از مهاربندهای کمانش تاب با طول کمتر نسبت به نوع متعارف این سیستم می باشد. منحصربه فردترین مزیت این روش امکان انتخاب مستقل دو پارامتر سختی و مقاومت می باشد. از دیگر مزیت های کاهش طول قسمت کمانش تاب، می توان به مواردی از قبیل کاهش هزینه ساخت، انعطاف در موقعیت نصب و افزایش سختی پس از تسلیم اشاره کرد.در این مقاله ابتدا به معرفی طرح پیشنهادی و مزیت های کاهش طول در مهاربند کمانش تاب پرداخته و سپس مبانی طراحی لرزه ای این روش بیان می شود. در ادامه به منظور درک بهتر و مقایسه این نوع مهاربند، نتایج مقایسه ای طراحی لرزه ای و تحلیل تاریخچه زمانی برای مهاربند کمانش تاب و مهاربند کمانش تاب طول کوتاه مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج تحلیل حاکی از عملکرد لرزه ای مناسب تر سیستم های مهاربندی کمانش تاب با طول کوتاه می باشد.

    کلیدواژگان: مهاربند کمانش تاب با طول کوتاه(RLBRB)، مبانی طراحی، مهاربند کمانش تاب (BRB)، تحلیل استاتیکی غیرخطی (Pushover)، تحلیل تاریخچه زمانی
  • امیرسینا شمس، محمدسهیل قبادی* صفحات 81-91

    در این پژوهش یک سیستم نوین مرکزگرای ترکیبی معرفی می شود. این سیستم متشکل از سیستم مرکزگرا و میراگر اصطکاکی پال می باشد. روش طراحی سیستم مرکزگرای ترکیبی توضیح و بسط داده می شود، همچنین مثال هایی از طراحی این سیستم ارایه می شود. سیستم مرکزگرای ترکیبی نه تنها دارای ظرفیت اتلاف انرژی خوبی است، بلکه می تواند تغییر مکان نسبی پسماند در سازه ها را کنترل و یا حتی حذف کند. در واقع سیستم های مرکزگرای ترکیبی توانایی تنظیم تغییر مکان نسبی پسماند هدف (صفر یا هر مقداری) در سازه تحت بار جانبی را مانند یک سیستم کاملا مرکزگرا دارد، علاوه بر آن مزیت اتلاف انرژی بالای میراگرهای اصطکاکی پال را نیز داراست. این سیستم مرکزگرای ترکیبی به منظور تاب آوری لرزه ای از منظر اقتصادی (قابلیت بهره برداری بی وقفه بعد از زلزله) و عملیات ساخت توسعه داده شده است. به منظور ارزیابی روش طراحی پیشنهاد شده، از سازه های مختلف کوتاه تا بلند مرتبه (3، 6، 9 و12 طبقه) که مجهز به سیستم مرکزگرا هستند و از ادبیات فنی انتخاب شده اند استفاده می شود و بر اساس روش معرفی شده طراحی مجدد می شوند. سپس این سازه ها تحت آنالیز های چرخه ای مورد بررسی قرار می گیرند. تغییر مکان نسبی پسماند و ظرفیت اتلاف انرژی از جمله پارامتر هایی از پاسخ سازه هستند که در این پژوهش بررسی می شوند. نتایج نشان می دهد که معادلات طراحی پیشنهاد شده با دقت مناسب عملکرد هدف سازه (تغییر مکان نسبی پسماند هدف) با سیستم مرکزگرای ترکیبی را تامین می کند و به وضوح برتری سیستم مرکزگرای ترکیبی به هر یک از سیستم های کاملا مرکزگرا و پال مشخص می شود.

    کلیدواژگان: تاب آوری لرزه ای، تغییر مکان نسبی پسماند، روش طراحی، سیستم مرکزگرا، میراگر اصطکاکی، منحنی هیسترزیس
|
  • Mohamadi Mohamadi, Afshin Meshkat Dini*, Ali Massumi Pages 5-20

    Provisions and recommendations of seismic codes are generally based on the determination of design earthquake and the effects of aftershocks is neglected. Moreover, in regions with high seismicity risk, aftershocks with different magnitude and occurrence time would take place following the main-shock. The main purpose of this paper is to evaluate seismic response parameters of a twenty-story bundled tube frame subjected to three-components near-field ground motions considering the effects of aftershocks. Spectral and physical characteristics of aftershocks encompass a wide range of magnitudes. Hence, the ground shaking modeling procedure is conducted via different ratios of aftershock peak ground acceleration divided by that of the proposed main-shock. The main characteristic of strong ground motion records used in this research is the existence of consecutive long duration, high amplitude velocity pulses. Occurrence of successive strong aftershocks leads to accumulation of permanent displacement as well as residual drift in the structures. In order to generate aftershocks, the randomized approach was applied in this study. The response parameters studied in the current paper include maximum story drift envelope, story residual drift, plastic hinge mechanisms and induced axial forces due to shear lag effect. The results obtained from analyses reveal that the amount of story drift and its variations, are directly proportional to the presence of rupture directivity effects in earthquake record as well as the ratio of aftershock peak ground acceleration to that of the main-shock, i.e. PGAas/PGAms. Moreover, residual drift under earthquake tremors containing successive aftershocks, either free field records (related to the actual dynamic behavior viewpoint) or scaled ones (related to the performance based design viewpoint) represents considerable variations.

    Keywords: Bundled Tube, Nonlinear Response, Mainshock, Aftershock, Nearfield Record, Velocity Pulse
  • D S. M. Dashti Zand*, V.R Kalatajari, N Khajeh Ahmad Attari Pages 21-33

    As yet, various systems have been proposed to withstand lateral loads caused by wind and earthquakes, which can be called bending frames, types of braces, concrete shear walls, types of energy consuming systems. The most important parameters that are considered in choosing a system resistant to lateral loads are: hardness, strength, ductility. Steel shear walls, which are used in both smooth and reinforced forms, are a relatively new system for lateral wind resistance, and studies by researchers over the past four decades have shown that thin shear walls are a suitable and economical bracing system. Due to their geometric shape, corrugated sheets have a higher hardness and ductility than flat sheets. In this laboratory study, the stiffness, strength and shear base of a smooth and corrugated shear wall of vertical trapezoids with a wave angle of 45 ° under cyclic loading have been investigated.

    Keywords: Steel shear wall, Trapezoidal corrugated shear wall, Resistance, Cyclic loading
  • Shahrokh Anvarizadeh, Mohammad Bahmani*, Seyed Afshin Mohebi Nodez Pages 35-52

    During the recent two decades, many structures have become in need for seismic retrofit due to changes in either requirements of relevant seismic codes or the building usage. Viscous dampers are increasingly employed for seismically retrofitting various structures thanks to their easy installation and minimum intervention into the existing structure while significantly improving the seismic performance of the building. The main objective of this paper is to present a new design procedure for the evaluation of probabilistic seismicity of steel structures equipped with nonlinear viscous dampers. For this purpose, numerical investigation was conducted on, as benchmark structures, three steel-made moment-resistant frames with 3, 9, and 20 stories. Due to significant differences in their dynamic characteristics, these three structures represented low-rise, mid-rise, and high-rise buildings, respectively. Nonlinear time history analysis was performed using two near-field and two far-field accelerograms at various intensities (making up a total of 10 accelerograms). Moreover, nondimensional analysis was done to evaluate the uncertainties associated with velocity exponent of the nonlinear viscous dampers. Next, probabilistic estimation of damages occurred to the benchmark structures was performed and the effect of the uncertainty associated with the dimensionless power intensity of the damper on the seismic response of the structure. Investigating the results of the seismic analysis for viscous dampers at power intensities of 0.2, 0.3, and 0.4, it was found that although the seismic retrofit had significantly improved the seismic performance in all model structures but the proposed design procedure was more effective in the retrofitted high-rise structures at the power intensity of 0.4.

    Keywords: Viscous dampers, steel structures, seismic risk, seismic retrofit, probabilistic response, beta density distribution function
  • Parviz Ebadi*, Mahmmoud Goli Pages 53-69

    The building codes and seismic design specifications restricted using high strength steel in lateral load resisting systems because of its less ductility. However, it is possible to use lower grade steel in design of lateral load resisting systems, including X-Braces. In addition, the seismic design specifications generally do not consider significant difference in seismic design parameters of steel with different grades. In this research, effects of using steel with different grades in seismic behavior of X-Bracing system studied using nonlinear dynamic analyses. The frames with 4, 8 and 12 stories in high seismic zone designed with conventional design methods and regarding requirements of building codes. Two different steel grades considered in design of diagonals in X-Braced frames.According to nonlinear static and dynamic analyses on different frames, it is found that the seismic performance of frames designed with lower grade steel is higher under near and far field earthquakes. In addition, the analysis of both type of frames under near-field ground motions showed more sever responses and bigger displacements, especially in progressive-direction faults.

    Keywords: X-Bracing, Steel Grade, Seismic Response, Energy Dissipation Capacity, Near, Far Field
  • Ali Razavi* Pages 71-80

    The bracing elements experience both tensile and compressive forces during an earthquake, however buckling is critical in bracing members. Buckling-Restrained brace (BRB) - in which the buckling is prohibited - have long been used in developed countries due to their high ductility and similar behavior in tension and compression. One of the improvements on this system is the use of BRB with reduced length rather than the whole brace as in conventional BRBs. The most unique advantage of this innovation is the independent selection of two parameters of stiffness and strength. Other advantages of reducing the length of buckling-restrained are reduced construction cost, flexibility in installation position, and increasing stiffness after yielding.In this study the proposed reduced length BRB system is presented. Afterwards the advantages of reducing the length of buckling-restrained brace are introduced. The basics of seismic design of reduced length BRB frames are expressed. The comparative results of seismic design and time history analysis for BRB and reduced length Buckling-Restrained brace (RLBRB) are discusses. The results of the nonlinear analysis show better seismic performance of RLBRB in comparison to conventional BRB.

    Keywords: BRB, Non-linear Time History, Pushover, Reduced-length BRB
  • AmirSina Shams, MohammadSoheil Ghobadi* Pages 81-91

    In this study, a novel hybrid self-centering system is introduced. This system consists of self-centering systems and Pall friction dampers. The design methodology of hybrid self-centering systems is developed and some examples of the designed hybrid self-centering are presented. Hybrid self-centering systems not only have the capability of dissipating energy but can also remove or arrange residual drifts of structures. In fact, hybrid self-centering systems can maintain design target residual drifts (zero or any) during lateral loading similar to the pure self-centering system and have the benefits of high capacity energy dissipation of Pall friction dampers. The hybrid self-centering system is developed for seismic resilience in terms of economic benefits, ready-to-use after the earthquake event, and practical fabrication. To evaluate the proposed design method, different low- to high-rise (3-, 6-, 9- and 12-story) buildings are selected from the literature, redesigned based on the proposed method, and then subjected to cyclic loading. Results are presented in terms of the cyclic response, residual drift and energy dissipation capacity of structures. Results indicate that the proposed design equations precisely meet the target structural performance (target residual drift) of the hybrid self-centering system and this system is obviously a superior system compared to the pure self-centering or Pall system.

    Keywords: Seismic resilience, Residual drift, Design methodology, Self-centering system, Friction damper, Hysteresis curve