ارزیابی خسارت‌‌پذیری قاب‌های فولادی حاوی مهاربندهای کمانش‌تاب و قاب خمشی در معرض زلزله‌های متوالی بحرانی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

2 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تفرش، تفرش، ایران

چکیده

سازه‌های مستقر در مناطق فعال لرزه‌ای، اغلب در معرض لرزه‌های متوالی با حداکثر شتاب زمین قابل‌ملاحظه قرار دارند که در مدت زمان کوتاهی پس از لرزه‌ی نخست رخ می‌‌دهند. بررسی‌های انجام شده در ادبیات فنی مهندسی سازه و زلزله حاکی از آن است که توالی لرزه‌ها بسته به شدت آآ‌اااآن‌ها، تأثیرات قابل توجهی بر میزان خسارت و آسیب در سازه می‌گذارد. از این‌‌رو در مقاله حاضر به منظور ارزیابی خسارت‌‌پذیری سازه‌‌های فولادی، قاب‌های خمشی و قاب‌‌های مهاربندی کمانش‌‌تاب 3، 7 و 11 طبقه پس از طراحی براساس استاندارد 2800 ایران (ویرایش چهارم)، در محیط نرم‌افزاری OpenSEES پیاده‌سازی شده و در معرض زمین‌لرزه‌های منفرد و متوالی بحرانی تحت تحلیل دینامیکی غیرخطی قرار گرفته‌اند. براساس نتایج حاصل از تحلیل‌‌های غیرخطی، شاخص خسارت پارک-انگ در کلیه قاب‌‌های خمشی و مهاربندی کمانش‌‌تاب تحت زلزله‌‌های منفرد و متوالی بحرانی مقایسه شده و طبقات حساس به خسارت نیز شناسایی شده است. نتایج حاکی از آن است که لرزه‌های متوالی شاخص خسارت را به دلیل افزایش سطح خرابی ناشی از لرزه‌ی اول و تجمع خرابی در المان‌های قاب به دلیل زوال سختی و مقاومت، افزایش داده و از این‌رو آسیب بیشتری به جای مانده است. مقدار شاخص خسارت تحت توالی لرزه‌ای نسبت به لرزه منفرد، در قاب‌های مهاربندی به طور میانگین افزایش نسبی 166 درصدی و در قاب‌های خمشی افزایش نسبی 323 درصدی را نشان می‌دهد. همچنین قاب‌‌های حاوی مهاربند کمانش‌‌تاب در معرض زلزله‌‌های متوالی نسبت به قاب‌‌های خمشی 157 درصد کمتر خسارت دیده‌‌اند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Damage Evaluation of Steel Moment and Buckling Restrained Braces Frames under Critical Successive Earthquakes

نویسندگان [English]

  • Hanieh sadat Banijamali 1
  • Elham Rajabi 2
  • Gholamreza Ghodrati Amiri 1
1 School of Civil Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
2 Department of Civil Engineering, Tafresh University, Tafresh, Iran
چکیده [English]

In seismic active zones, structures are often exposed to successive earthquakes. Seismic sequence phenomenon refers to the occurrence of repeated earthquakes with significant PGA shortly after the first earthquake. Vulnerability of steel structures with buckling restrained brace (BRB) subjected to successive earthquakes consisting of main shock and critical aftershocks indicates that the effect of consecutive earthquakes, depending on their intensity, has significant effects on structural failure. For this purpose, 2D steel moment and buckling restrained brace frames with 3, 7 and 11-story are designed based on Iranian Standard 2800 (Fourth Edition). In the following, studied frames are implemented in OPENSEES software and analyzed under single and critical successive earthquakes after verification. Based on the results of nonlinear dynamic analysis, the Park-Ang damage index was calculated for all frames and after processing the output results in MATLAB software, the final results were reported. The results show that in all frames, successive earthquakes increased the damage index due to the accumulation of damage in the elements due to stiffness and strength degradation. It has also been observed that the ratio of increased damage in the steel moment frame caused by consecutive compared to single case was higher rather than the BRB frames. That is, considering the BRB has reduced the ratio of this failure under consecutive earthquakes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Critical Successive Earthquakes
  • park-Ang damage index
  • steel moment frame
  • buckling restrained brace frame
  • nonlinear dynamic analysis

مراجع

[1] Jafari, A. (1991). Gitashenasi Novin Geographical & Cartographic, No (5), Tehran. Iran. (In Persian).
 [2]Hassan, E., Admuthe, S., and Mahmoud, H. (2020). Response of semi-rigid steel frames to sequential earthquakes. Journal of Constructional Steel Research. 173 (2020): 106272.
[3] Ruiz-Garcia, J., Bojorquez, E., and Coron, E. (2018). Seismic behavior of steel eccentrically braced frames under soft-soil seismic sequences. Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 115 (2018): 119–128.
[4] Park, Y.J and Ang, A.H.S. (1985). Mechanistic seismic damage model for reinforced concrete. Journal of structural engineering, 1985. 111(4): 722-739
[5] Loulelis. D., Hatzigeorgiou, G., and Beskos, D. (2013). Moment resisting steel frames under repeated earhquakes. Earthquake and Structures. 2013.3(3-4): 231-248.
[6]   Burton, H., Sreekumar, S., Sharma, M., and Sun, H. (2017). Estimating aftershock collapse vulnerability using mainshock intensity, Structural response and physical damage indicators.Structural Safety. 68 (2017): 85–96
 [7]Hatzigeorgiou, G.D., and Liolios, A. A. (2010). Nonlinear behaviour of RC frames under repeated strong ground motions. Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 30(10): 1010-1025.
 [8] Omranian, E., Abdelnaby, A., Abdollahzadeh, G., Rostamian, M., and Hosseinpour, F. (2018). Fragility Curve Development for the seismic Vulnerability Assessment of Retrofitted RC Bridges under Mainshock-Aftershock seismic sequences. In structures Congress 2018: Bridges, Transportation Structures, and Nonbuilding Structures. 2018. American Society of Civil Engineers Reston, V A.
[9]   Hatzigeorgiou, G., and Beskos, D. (2009). Inelastic displacement ratios for SDOF structures subjected to repeated earthquakes. Engineering Structures. 31 (2009): 2744–2755.
[10]    Ruiz-Garcia, J., Yaghmaei-sabegh, S., and Bojorquez, E. (2018). Three-dimensional response of steel moment-resisting buildings under seismic sequences. Engineering Structures, 175 (2018): 399–414.
[11]    Abedini, H., Hoseini Vaez, S. H., and Zarrineghbal, A. (2020). Optimum design of buckling-restrained braced frames. Structures. 25 (2020): 99–112.
[12]      Mohsenian, V., Gharaei-Moghaddam, N., and Hajirasouliha, I. (2020). Reliability analysis and multi-level response modification factors for buckling restrained braced frames. Journal of Constructional Steel Research. 171 (2020): 106137.
[13]     Hoveidae, N., Radpour, S. (2020). Performance evaluation of buckling-restrained braced frames under repeated earthquakes. Bulletin of Earthquake Engineering, 19: 241–262 (2021). https://doi.org/10.1007/s10518-020-00983-0.
[14]    Amiri, G.G. and Dana, F. M. (2005). Introduction of the most suitable parameter for selection of critical earthquake. Computers & structures. 83(8-9): 613-626. 
 [15]     Ghodrati Amiri G., and Rajabi E. (2017). Damage evaluation of reinforced concrete and steel frames under critical successive scenarios. International Journal of Steel Structures, 17(4): 1495-1514, 2017/12/01 2017, doi: 10.1007/s13296-017-1218-5.
[16]     Morfuni, F., Freddi, F., Galasso, C. (2019). Seismic Performance of Dual Systems with BRBs under Mainshock-Aftershock Sequences. 13th International Conference on Applications of Statistics and Probability in Civil Engineering, ICASP13 Seoul, South Korea, May 26-30, 2019.
 [17]    Ibara, L.F., Medina, R. A., and Krawinkler, H. (2005). Hysteretic models that incorporate strength and stiffness deterioration. Earthquake engineering & structural dynamics. 34(12): 1489-1511.
[18]    ATC 67_1, (2010). Evaluation of the FEMA P-695 Methodology for Quantification of Building Seismic Performance Factors. NEHRP Consultants Joint Venture 2010.
[19] Veismoradi, S., and Darvishan, E. (2018). Probabilistic seismic assessment of mega buckling-restrained braced frames under near-fault ground motions. Earthquakes and Structures. 15(5): 487-498.
  [20]    Ghowsi, A. F. and Sahoo, D. R. (2020). Seismic response of SMA-based self-centering buckling-restrained braced frames under near-fault ground motions. Soil Dynamics and Earthquake Engineering 139: 106397.
[21]   Kazemi.M., and Behnamfar, F. (2020). Active control of structures based on an arbitrary damage index distribution .2020. AUT Journal of Civil Engineering.
[22]    Barbosa, A.R., Filipe L. A. Ribeiro, and Luis A. C. Neves. (2016). Influence of earthquake ground-motion duration on damage estimation: application to steel moment resisting frames. EARTHQUAKE ENGINEERING & STRUCTURAL DYNAMICS. 2016. https://doi.org/10.1002/eqe.2769.
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 55، شماره 4
تیر 1402
صفحه 849-872

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار