عملکرد فیوز در قاب‌های فولادی با اتصالات المان زانو تحت بارگذاری چرخه‌ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی، دانشگاه کردستان، کردستان، ایران

2 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

چکیده

   این مقاله توسعه یک سیستم فیوز شکل‌پذیر را به‌منظور کاهش تقاضای لرزه‌ای در قاب‌های فولادی با اتصالات المان زانو توصیف می‌کند. در این نوع سازه‌ها، اتصالات اغلب به تقویت برای مقاومت در برابر ظرفیت کششی مهاربند برای مطابقت داشتن با فرایند طراحی ظرفیت نیاز دارند. برای غلبه بر این مشکل جهت جلوگیری از شکست زودهنگام اتصال باید چاره‌اندیشی کرد. بدین منظور در این تحقیق مدل‌های مختلفی از فیوزهای شکل‌پذیر متشکل از یک کاهش سطح مقطع، بر روی مهاربند المان زانو در یک قاب مهاربندی‌شده قرار می‌گیرند. فیوزها به‌گونه‌ای طراحی‌شده‌اند که ظرفیت کششی مهاربندهای المان زانو را به ظرفیت اتصالات کاهش دهند. نتایج نشان می‌دهد که قاب مهاربندی‌شده با فیوز می‌تواند برای کاهش تقاضای بار لرزه‌ای به اتصالات به‌طور کافی، استفاده شود تا از تقویت اتصال که ناشی از اعمال اصول طراحی ظرفیت است جلوگیری شود. همچنین مشاهده شد که سیستم فیوز با طراحی مناسب در قاب‌های مهاربندی‌شده، پاسخ هیسترتیک پایداری را تحت بارگذاری چرخه‌ای نشان می‌دهد و شکل‌پذیری کافی را با یک کاهش معقول در مقاومت فشاری اعضای مهاربندی‌شده حفظ می‌کند. همچنین نتایج نشان داد شکست همه نمونه‌ها در فیوز اتفاق می‌افتد و درنتیجه با استفاده از فیوز امکان استفاده از ظرفیت کامل اتصال و مهاربند فراهم می‌شود. درنهایت بر اساس نتایج مطالعه بهترین مدل‌های فیوز که هم شکل‌پذیری کافی ایجاد می‌کنند و هم مقاومت فشاری را تا حد قابل قبولی حفظ می‌کنند برای کاربردهای طراحی شناسایی شدند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Fuse performance in steel frames with knee element connections under cyclic loading

نویسندگان [English]

  • Amirhossein Tanha 1
  • Hamid reza ashrafi 2
1 master of structural engineering of razi university of kermanshah
2 razi university
چکیده [English]

This paper describes the development of a ductile fuse system to reduce Seismic demand in steel frames with knee element connections. In this type of structures, connections often require reinforcement to withstand the tensile capacity of the brace to comply with the capacity design process. To overcome this problem, it is necessary to think of a solution to prevent the premature failure of the connection. For this purpose, in this research, different models of ductile fuses consisting of a reduced cross-sectional area are placed on the Knee element brace in a braced frame. The fuses are designed to reduce the tensile capacity of the knee element braces to the capacity of the joints. The results show that the braced frame with a fuse can be used to reduce the seismic load demand to the connections sufficiently, to prevent the strengthening of the connection caused by the application of capacity design principles. It was also observed that the properly designed fuse system in braced frames shows a stable hysteretic response under cyclic loading and maintains sufficient ductility with a reasonable reduction in the compressive strength of the braced members. Also, the results showed that the failure of all samples occurs in the fuse, and as a result, by using the fuse, it is possible to use the full capacity of the connection and brace. Finally, based on the results of the study, the best fuse models that create both Sufficient ductility and compressive strength to an acceptable level were identified for design applications.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ductility
  • steel frames with knee element connections
  • fuse design
  • connection capacity
  • cyclic loading

مراجع

[1] A. ANSI, AISC 341-16: Seismic provisions for structural steel buildings, American Institute of Steel Construction Inc, American Institute of Steel Construction, Chicago, IL,  (2016).
[2] S.J.V.G.D. Committee, Recommended Specifications and Quality Assurance Guidelines for Steel Moment Frame Construction for Seismic Applications, FEMA, 2000.
[3] M. Lotfollahi, M. Mofid, On the design of new ductile knee bracing, Journal of Constructional Steel Research, 62(3) (2006) 282-294.
[4] R. Sabelli, Research on improving the design and analysis of earthquake-resistant steel-braced frames, EERI Oakland, CA, USA, 2001.
[5] M.D. Engelhardt, E.P. Popov, On design of eccentrically braced frames, Earthquake spectra, 5(3) (1989) 495-511.
[6] M. TahamouliRoudsari, M. Torkaman, F. Soroush, Experimental and numerical investigation of axial load effects on the seismic behavior of steel moment-resisting frames and buckling-restrained knee-braced frames, Asian Journal of Civil Engineering, 21(3) (2020) 449-461.
[7] J.D. Aristizabal-Ochoa, Disposable knee bracing: improvement in seismic design of steel frames, Journal of Structural engineering, 112(7) (1986) 1544-1552.
[8] T. Balendra, M.T. Sam, C.Y. Liaw, Diagonal brace with ductile knee anchor for aseismic steel frame, Earthquake engineering & structural dynamics, 19(6) (1990) 847-858.
[9] T. Balendra, M. Sam, C. Liaw, Design of earthquake-resistant steel frames with knee bracing, Journal of Constructional SteelResearch,18(3)(1991)193-208.
[10] T. Balendra, M.-T. Sam, C.-Y. Liaw, S.-L. Lee, Preliminary studies into the behaviour of knee braced frames subjecttoseismicloading,Eng.Struct.13(1991)67–74.
[11] T. Balendra, M.-T. Sam, C.-Y. Liaw, S.-L. Lee, Preliminary studies into the behaviour of knee braced frames subject to seismicloading,Engineeringstructures,13(1)(1991)67-74.
[12] M.-T. Sam, T. Balendra, C.-Y. Liaw, Earthquake-resistant steel frames with energy dissipating knee elements, EngineeringStructures,17(5)(1995)334-343.
[13] T. Balendra, E. Lim, C. Liaw, Large-scale seismic testing of knee-brace-frame, Journal of structural engineering, 123(1) (1997)11-19.
[14] T. Balendra, C.H. Yu, F.L. Lee, An economical structural system for wind and earthquake loads, Engineering Structures, 23(5) (2001) 491-501.
[15] M. Mofid, P. Khosravi, Non-linear analysis of disposable knee bracing, Computers & Structures, 75(1) (2000) 65-72.
[16] Z. Huang, L. Qing-song, C. Long-zhu, Elastoplastic analysis of knee bracing frame, Journal of Zhejiang University-SCIENCE A, 6 (2005) 784-789.
[17] S. Leelataviwat, B. Suksan, J. Srechai, P. Warnitchai, Seismic design and behavior of ductile knee-braced moment frames, Journal of structural engineering, 137(5) (2011) 579-588.
[18] N. Wongpakdee, S. Leelataviwat, S.C. Goel, W.-C. Liao, Performance-based design and collapse evaluation of buckling restrained knee braced truss moment frames, Engineering Structures, 60 (2014) 23-31.
[19] J. Shin, K. Lee, S.-H. Jeong, J. Lee, Probabilistic performance assessment of gravity-designed steel frame buildings using buckling-restrained knee braces, Journal of Constructional Steel Research, 104 (2015) 250-260.
[20] H.-L. Hsu, Z.-C. Li, Seismic performance of steel frames with controlled buckling mechanisms in knee braces, Journal of Constructional Steel Research, 107 (2015) 50-60.
[21] A. Asghari, A.H. Gandomi, Ductility reduction factor and collapse mechanism evaluation of a new steel knee braced frame, Structure and Infrastructure Engineering, 12(2) (2016) 239-255.
[22] A. Asghari, S. Saharkhizan, Seismic design and performance evaluation of steel frames with knee-element connections, Journal of Constructional Steel Research, 154 (2019) 161-176.
[23] C. Csa, CSA-S16-09: design of steel structures, Canadian Standards Association, Mississauga, Ontario, Canada,  (2009).
[24] A. ANSI, AISC 341-16: Seismic provisions for structural steel buildings, American Institute of Steel Construction Inc, American Institute of Steel Construction, Chicago, IL,  (2016).
[25] C. Duncan, The 2005 AISC Specification for Structural Steel Buildings : An Introduction, 2005.
[26] N.M. Newmark, W.J. Hall, Earthquake spectra and design, Engineering monographs on earthquake criteria,  (1982).
[27] D. Kassis, Ajout de fusibles aux diagonales de contreventements pour la conception sismique de charpentes métalliques à un étage, École Polytechnique de Montréal, 2008.
[28] E. Desjardins, F. Legeron, E. Ahmed, Performances of ductile fuses in reducing seismic demand on connections of concentrically steel braced frames, in:  15th World conference on Earthquake Engineering (Sep. 2012), Lisbon, Portugal, 2012.
[29] H. Krawinkler, Loading histories for cyclic tests in support of performance assessment of structural components, in:  The 3rd international conference on advances in experimental structural engineering, San Francisco, 2009.
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 55، شماره 7
مهر 1402
صفحه 1399-1418

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار