ارزیابی آزمایشگاهی و عددی سیستم نوین مهاربندی با عضو لوزی‌شکل مجهز به میراگر تسلیم شونده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری سازه، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان

2 گروه آموزشی سازه،دانشکده عمران،دانشگاه سمنان،سمنان،ایران

3 دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

چکیده

با توجه به تلاش‌های محققان در راستای افزایش شکل‌پذیری سیستم‌های مهاربندی، استفاده از حلقه فولادی به عنوان فیوز کنترلی در سال‌های اخیر مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است که دارای محاسن و معایب مختلفی می‌باشد. بنابراین در راستای پوشش معایب موجود در این سیستم، در این مقاله به معرفی و بررسی عملکرد آزمایشگاهی سیستم نوین مهاربندی و ترکیب آن با میراگر تسلیم‌شونده پرداخته می‌شود. این سیستم که در راستای افزایش شکل‌پذیری، جذب انرژی بالاتر و پوشش ضعف‌های سیستم‌های موجود مورد پیشنهاد و بررسی قرار گرفته است، از یک عضو مهاربند لوزی‌شکل به همراه میراگر تسلیم‌شونده حلقوی در وسط آن تشکیل شده است. در ساخت نمونه‌ها 3 مدل مختلف با اتصالات سخت، نیمه‌سخت و ساده مدنظر قرار گرفته است که پس از ساخت، تحت بار چرخه‌ای قرار گرفته و نتایج آنها با یکدیگر مورد مقایسه شدند. نتایج این تحقیق در وهله اول بیانگر قابلیت اجرایی شدن سیستم و در ادامه نشان از قابلیت بالای هر سه سیستم در جذب انرژی و شکل‌پذیری را می‌دهد. همچنین با توجه به هندسه اعضای مهاربندی و میراگر، با ابعاد و ضخامت کوچکتر حلقه فولادی می‌توان به جذب انرژی بالاتر و نیروی وارد شده بیشتری برای تسلیم میراگرها نسبت به سایر سیستم‌های موجود دست یافت. در نهایت نیز در راستای امکان‌سنجی مدل‌سازی سیستم پیشنهادی در نرم‌افزارهای المان محدودی، مدل المان محدودی سیستم پیشنهادی در نرم‌افزار آباکوس مورد مدل‌سازی و صحت‌سنجی قرار گرفت که نتایج آن با نتایج آزمایشگاهی دارای هماهنگی مناسبی می‌باشد. همچنین ضریب شکل‌پذیری مدل ساده نسبت به مدل سخت و نیمه‌سخت به ترتیب1/12 و 1/17 برابر می‌باشد. ظرفیت جذب انرژی مدل ساده نیز تا حدود 4/5 و 2/15 برابر مدل سخت و نیمه‌سخت می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Experimental and Numerical Evaluation of an Innovative Diamond-Scheme Bracing System Equipped with a Yielding Damper

نویسندگان [English]

  • ghasem pachideh 1
  • Mohammad Ali Kafi 2
  • Majid Gholhaki 3
1 Phd Candidate, civil faculty, semnan university
2 Faculty of Civil Engineering,Semnan University,Senmnan,Iran
3 Associate Professor, Department of Civil Engineering, University of Semnan, Semnan, Iran.
چکیده [English]

Application of the steel ring as a type of seismic fuse has been one of the efforts made by researchers in recent years aiming to enhance the ductility of the bracing systems which in turn, possesses various advantages and disadvantages. Accordingly, to alleviate these disadvantages, an innovative bracing system with a diamond scheme equipped with a steel ring is introduced in this paper. In this system, the braces and yielding circular damper act in parallel whose main functionality is to increase ductility, energy absorption, and mitigate drawbacks of the existing bracing systems, in which the braces and yielding circular damper act in parallel. To conduct the experimental tests, specimens with three types of rigid, semi-rigid, and pinned connections were built and subjected to cyclic loading so that their performance could be analyzed. Promisingly, the results indicated both great applicability and efficiency of the proposed system in energy absorption and ductility. Moreover, it was concluded that as the braces and damper are in parallel, the use of a steel ring with a smaller size and thickness would result in higher energy absorption and load-resisting capacity when compared to the other existing systems. Finally, to assess the potential of numerically modeling the proposed system, its finite element model was simulated by ABAQUS software and observed that there is a great agreement between the numerical and experimental results.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Innovative bracing system
  • Diamond-scheme brace
  • Circular yielding damper
  • Cyclic load
  • Energy absorption
  • Ductility

مراجع

  1. Lotfollahi, M. Mofid, Innovative method in seismic design of slab-on-girder steel bridges, Constructional Steel Research, 64(12) (2008) 1420-1435.
  2. L. Hsu, J.L. Juang, C.H. Chou, Experimental evaluation on the seismic performance of steel knee braced frame structures with energy dissipation mechanism, Steel and Composite Structures, 11(1) (1979) 77-91.
  3. N.C.K. Murthy, Application of visco-hyperelastic devices in structural response control, The degree of Master of Science; Civil Engineering Department, Blacksburg Polytechnic Institute, Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, VA, USA (2005).
  4. D. Marshall, F.A. Charney, A hybrid passive control device for steel structures, I: Development and analysis, Constructional Steel Research, 66(10) (2010a) 1278-1286.
  5. D. Marshall, F.A. Charney, A hybrid passive control device for steel structures, II: Physical testing, Constructional Steel Reseach, 66(10) (2010b) 1287-1294.
  6. Moghaddam, H. Estekanchi, On the characteristics of off-centre bracing system, Constructional Steel Research, 35(3) (1995) 361-376.
  7. Amadio, I. Clemente, L. Macorini, M. Fragiacomo, Seismic behaviour of hybrid systems made of PR composite frames coupled with dissipative bracings, Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 37(6) (2008) 861-879.
  8. D. Annan, M.A. Youssef, M.H. El Naggar, Experimental evaluation of the seismic performance of modular steel-braced frames, Engineering Structures, 31(7) (2009) 1435-1446.
  9. M. Kelly, R.I. Slinner, A.J. Heine, Mechanisms of Energy Absorption in Special Devices for Use in Earthquake Resistant Structures, Bulletin of New Zealand National Society for Earthquake Engineering, 5(3) (1972) 63-88.
  10. I. Slinner, J.M. Kelly, A.J. Heine, Hysteresis Dampers for Earthquake Resistant Structures, Earthquake Engineering and Structure Dynamic, 3(3) (1974) 287-296.
  11. K. Chan, F. Albermani, Experimental study of steel slit damper for passive energy dissipation, Engineering Structures, 30(4) (2008) 1058–1066.
  12. A. Kafi, Analytical and experimental study of effect of steel ring on ductility of concentric braces, the degree of Doctorate of Philosophy, Civil Engineering Department, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran, (2008).
  13. Rakicevic, D. Jurukovshi, Behavior factor (q-factor) for non-standard dual steel frame structures, 11th European Conference on Earthquake Engineering, (1998).
  14. Roufegarinejad, S. Sabouri, Nonlinear behavior of yielding damped bracing frames, 15th ASCE Engineering Mechanics Conference, Columbia University, New York, (2002).
  15. Motamedi, M. Hafezi, M. Yekrangnia, Analytical Study of Steel Ring Connections as Hysteretic Metallic Damper, 15 WCEE, (2012).
  16. T. PENG, C. LIN, Y.M. CAO, W. X. DUAN, Seismic Behaviors of the Composite Central Brace with Steel Ring Damper, 7th International Conference on Energy and Environmental Protection (ICEEP 2018), 1089-1092.
  17. Bazzaz, A. Kheyroddin, M.A. Kafi, Z. Andalib, Evaluation of the seismic performance of off-centre bracing system with ductile element in steel frames, Steel and Composite Structures, 12(5) (2012) 1-20.
  18. Andalib, M.A. Kafi, A. Kheyroddin, M. Bazzaz, Experimental investigation of the ductility and performance of steel rings constructed from plates, Journal of Constructional Steel Research, 103 (2014), 77–88.
  19. Bazzaz, A. Kheyroddin, M.A. Kafi, Z. Andalib, H. Esmaeili, Evaluating the Seismic Performance of Off-centre Bracing System with Circular element in Optimum Place, International Journal of Steel Structures, 14(2) (2014) 1-12.
  20. Bazzaz, Z. Andalib, M.A. Kafi, A. Kheyroddin, Evaluating the performance of OBS-C-O in steel frames under monotonic load, Earthquakes and Structures, 8(3) (2015) 697-710.
  21. Bazzaz, Z. Andalib, A. Kheyroddin, M.A. Kafi, Numerical comparison of the seismic performance of steel rings in off-centre bracing system and diagonal bracing system, Steel and Composite Structures, 19(4) (2015) 917-937.
  22. Gao, J.S. Jeon, D.E. Hodgson, R. DesRoches, An innovative seismic bracing system based on a superelastic shape memory alloy ring, Smart Materials and Structures, 25(5) (2016) 1-16.
  23. Andalib, M.A. Kafi, M. Bazzaz, S.B. Momenzadeh, Numerical evaluation of ductility and energy absorption of steel rings constructed from plates, Engineering Structures, 169 (2018) 94–106.
  24. Peng, C. Lin, Y. Cao, W. Duan, Nonlinear Finite Element Simulation on Seismic Behaviour of Steel Frame-Central Brace with Ring Damper, IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 472 (2019) 012031, doi:10.1088/1757-899X/472/1/012031.
  25. Kheyroddin, R. Sepahrad, M. Saljoughian, M.A. Kafi, Experimental evaluation of RC frames retrofitted by steel jacket, X‑brace and X‑brace having ductile ring as a structural fuse, Journal of Building Pathology and Rehabilitation, (2019) 4-11.
  26. AISC, Prequalified connections for special and intermediate steel moment frames for seismic application, Chicago, USA (2016).
  27. Applied Technology Council, Guidelines for seismic testing of components of steel structures. Report of ATC-24, Redwood City, CA, USA (1992).
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 53، شماره 11
بهمن 1400
صفحه 4557-4576

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار