بررسی عملکرد لرزه‌ای یک نوع دیوار برشی مرکزگرای جدید با قابلیت تعمیر پس از زلزله

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

چکیده

تغییر شکل­ های ماندگار بعد از وقوع زلزله باعث افزایش هزینه ­های مقاوم‌سازی و حتی اجرایی شدن طرح بهسازی می­ گردد. یکی از سیستم‌های مقاوم برای کنترل نیروهای جانبی وارده ناشی از زلزله، استفاده از دیوار برشی با قابلیت استهلاک انرژی خوب است. تغییر شکل ­های ماندگار و به ‌وجود آمدن ترک در نواحی مرزی و بحرانی دیوار پس از زلزله­ های نسبتاً شدید، منجر به کاهش عملکرد لرزه­ای دیوار می ­شود. در این تحقیق به بررسی پاسخ ­ها و رفتار چرخه ­ای دیوارهای برشی بتنی تحت پروتکل بارگذاری چرخه­ای پرداخته­ شده ­است. برای این منظور با استفاده از نرم­افزار اجزای محدود OpenSEES، به مدل‌سازی دیوار برشی بتنی مبتنی به روش SFI-ΜVLEM یا مدل‌سازی دیوار با استفاده از المان‌های قائم چندتایی بر اساس روش مایکروفایبر پرداخته شده است. مدل‌های اصلی آنالیز شده در این مطالعه شامل 2 دیوار بتنی با میلگردهای فولادی و آلیاژ حافظه‌دار شکلی SMA با ابعاد و چینش آرماتورهای متفاوت از هم و دیوار بتنی نوآورانه با المان مرزی مجزا به‌ صورت ستونک بتنی از جنس بتن سیمانی مهندسی ECC و میلگردهای  SMAمی‌شود. اعتبارسنجی مدل ­ها بر اساس مطالعات گذشته انجام شد. پس از اعتبارسنجی مدل­ های اولیه به مطالعه پارامتریک مدل­ ها به ‌منظور بررسی اثرات ابعاد نواحی مرزی، نوع و چینش آرماتورها و میزان نیروهای محوری وارد بر دیوارهای برشی در مدل­ ها اقدام شد. نتایج کسب شده از خروجی­ ها نشان می ­دهد، استفاده از مصالح SMA در نواحی مرزی دیوار به شکل قابل‌توجهی بر رفتار مرکزگرایی دیوار مؤثر است و میزان جذب انرژی دیوار برشی با استفاده از مصالح SMA کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Seismic Performance of a New Self-Centering Repairable RC Shear Wall

نویسندگان [English]

  • Jafar Hosseini
  • Farnoosh Basaligheh
  • Jalil Shafaei
Faculty of Civil Engineering, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
چکیده [English]

Permanent deformation after an earthquake increases the cost of the retrofit and even the implementation of the rehabilitation plan. A resisting system to control the lateral forces due to earthquakes is to use shear walls with good energy dissipation capability. Permanent deformation and cracking in the border and critical areas of the wall after relatively strong earthquakes leads to a decrease in the seismic performance of the wall. In this research, the responses and cyclic behavior of concrete shear walls under the cyclic loading protocol are investigated. For this purpose, using OPENSEES software platform, concrete shear wall modeling based on SFI-ΜVLEM method or wall modeling using multiple vertical elements based on the macro fiber method has been studied. The main models analyzed in this study include 2 concrete walls with steel rebars and memory alloy (SMA) with different dimensions and arrangement of reinforcements and innovative concrete wall with separate border elements in the form of concrete columns made of engineered concrete (ECC) and SMA rebars.  Validation of the models was based on previous studies. After validation of the initial models, the parametric study of the models was performed in order to investigate the effects of the dimensions of the boundary areas, the type and arrangement of the reinforcements and the amount of gravitational forces on the shear walls in the models. The results obtained from the outputs show that the use of SMA materials in the boundary areas of the wall has a significant effect on the self-centering behavior of the wall and the energy dissipation of the shear wall is reduced by using SMA materials.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Concrete shear wall
  • Shaped memory alloy
  • Residual displacement
  • Self-centering behavior
  • Cyclic loading

مراجع

[1] T. Paulay, M.N. Priestley, Seismic design of reinforced concrete and masonry buildings,  (1992).
[2] K. Pilakoutas, A. Elnashai, Cyclic behavior of reinforced concrete cantilever walls, Part I: Experimental results, ACI Structural Journal, 92(3) (1995) 271-281
[3] M. Fintel, M. Fintel, Performance of buildings with shear walls in earthquakes of the last thirty years, PCI journal, 40(3) (1995) 62-80.
[4] M.S. Saiidi, M. O'Brien, M. Sadrossadat-Zadeh, Cyclic Response of Concrete Bridge Columns Using Superelastic Nitinol and Bendable Concrete, ACI Structural Journal, 106(1) (2009).
[5] X. Lu, Y. Mao, Y. Chen, J. Liu, Y. Zhou, New structural system for earthquake resilient design, Journal of Earthquake and tsunami, 7(03) (2013) 1350013.
[6] A. Abdulridha, D. Palermo, Behaviour and modelling of hybrid SMA-steel reinforced concrete slender shear wall, Engineering Structures, 147 (2017) 77-89.
[7] L. Cortés-Puentes, M. Zaidi, D. Palermo, E. Dragomirescu, Cyclic loading testing of repaired SMA and steel reinforced concrete shear walls, Engineering Structures, 168 (2018) 128-141.
[8] A. Dazio, K. Beyer, H. Bachmann, Quasi-static cyclic tests and plastic hinge analysis of RC structural walls, Engineering Structures, 31(7) (2009) 1556-1571.
[9] K. Kolozvari, T.A. Tran, K. Orakcal, J.W. Wallace, Modeling of cyclic shear-flexure interaction in reinforced concrete structural walls. II: Experimental validation, Journal of Structural Engineering, 141(5) (2015) 04014136.
[10] X. Lu, L. Xie, H. Guan, Y. Huang, X. Lu, A shear wall element for nonlinear seismic analysis of super-tall buildings using OpenSees, Finite Elements in Analysis and Design, 98 (2015) 14-25.
[11] F. Bartlett, Canadian Standards Association standard A23. 3-04 resistance factor for concrete in compression, Canadian Journal of Civil Engineering, 34(9) (2007) 1029-1037.
[12] B. Wang, S. Zhu, Seismic behavior of self-centering reinforced concrete wall enabled by superelastic shape memory alloy bars, Bulletin of Earthquake Engineering, 16(1) (2018) 479-502.
[13] M. Tazarv, M. Saiid Saiidi, Reinforcing NiTi superelastic SMA for concrete structures, Journal of Structural Engineering, 141(8) (2015) 04014197.
[14] P. Code, Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance-Part 3: Assessment and retrofitting of buildings,  (2005).
[15] V.C. Li, On engineered cementitious composites (ECC), Journal of advanced concrete technology, 1(3) (2003) 215-230.
[16] R. Mayes, I. Friedland, Recommended Lrfd Guidelines For The Seismic Design Of Highway Bridges, in:  Third National Seismic Conference and Workshop on Bridges and Highways: Advances in Engineering and Technology for the Seismic Safety of Bridges in the New MillenniumFederal Highway Administration; Oregon, Washington State, California Departments of Transportation; Mid America Earthquake Center; Multidisciplinary Center for Earthquake Engineering Research; Pacific Earthquake Engineering Research Center; and TRB, 2002.
[17] J. McCormick, J. Tyber, R. DesRoches, K. Gall, H.J. Maier, Structural engineering with NiTi. II: mechanical behavior and scaling, Journal of Engineering Mechanics, 133(9) (2007) 1019-1029.
[18] R. DesRoches, J. McCormick, M. Delemont3, Cyclic Properties of Superelastic Shape Memory Alloy Wires and Bars, Journal of Structural Engineering, 130(1) (2004) 38-46.
[19] R. Park, Ductility evaluation from laboratory and analytical testing, in:  Proceedings of the 9th world conference on earthquake engineering, Tokyo-Kyoto, Japan, 1988, pp. 605-616.
[20] S. Varela, A bridge column with superelastic NiTi SMA and replaceable rubber hinge for earthquake damage mitigation, Smart Materials and Structures, 25(7) (2016) 075012.
[21] E.J. Lumpkin, Enhanced seismic performance of multi-story special concentrically brace frames using a balanced design procedure, University of Washington, 2009.
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 55، شماره 1
فروردین 1402
صفحه 201-224

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار