ارزیابی لرزه‌‌ای ساختمان‌‌های فولادی بهسازی شده با میراگر الحاقی بیضی‌‌گون

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران

2 استاد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

به‌‌کارگیری کنترل غیرفعال یکی از روش‌‌های موثر در کاهش تقاضای لرزه‌‌ای سازه‌‌ها می‌‌باشد. در دهه‌‌های اخیر انواع مختلفی از میراگرهای غیرفعال از قبیل میراگرهای فلزی تسلیم شونده با هدف بهبود رفتار لرزه‌‌ای در ساخت و سازهای جدید یا بهسازی ساختمان‌‌های موجود توسعه یافته‌‌اند. هدف اصلی این تحقیق معرفی یک میراگر فلزی جدید بیضی‌‌گون جهت بهبود عملکرد لرزه‌‌ای ساختمان‌‌های فولادی موجود می‌‌باشد. با توجه به تاثیر پارامترهای هندسی میراگر بیضی‌‌گون بر رفتار لرزه‌‌ای ساختمان بهسازی شده، بررسی دقیق عددی بر روی میراگرها با نسبت‌‌های مختلف قطر به ضخامت و همچنین ابعاد و نحوه استقرار دیافراگم برشی صورت گرفته است. برای ارزیابی لرزه‌‌ای میراگر پیشنهادی در بهسازی ساختمان‌‌ها با مشخصات دینامیکی متفاوت (ساختمان‌‌های کوتاه، میان و بلند مرتبه) از سه سازه مبنای 3، 9 و 20 طبقه استفاده شده است. همچنین جهت بررسی عملکرد لرزه‌‌ای میراگر بیضی‌‌گون در پهنه‌‌های مختلف با لرزه‌‌خیزی متفاوت، در تحلیل‌‌های دینامیکی، شتاب نگاشت‌‌های حوزه دور و نزدیک به کار‌‌گرفته شده است. در این پژوهش پس از انجام صحت‌‌سنجی در نرم‌‌افزارABAQUS ، رفتار لرزه‌‌ای قاب‌‌های ساختمانی بهسازی شده با میراگر بیضی‌‌گون پیشنهادی با استفاده از تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی در نرم‌‌افزار SAP2000، ارزیابی شده است. نتایج تحلیل‌‌های عددی بیانگر عملکرد مناسب میراگر فلزی پیشنهادی در استهلاک انرژی القایی زلزله به سازه و کاهش پاسخ‌‌های لرزه‌‌ای ساختمان‌‌های بهسازی شده می‌‌باشد. همچنین متوسط حداکثر تغییرمکان نسبی بین طبقه‌‌ای تحت اثر4 شتاب نگاشت حوزه دور و نزدیک در ساختمان‌‌های مبنای 3، 9 و 20 طبقه، به ترتیب به میزان 71، 78 و 51 درصد کاهش یافته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Seismic evaluation of steel structures retrofitted with supplemental elliptical damper

نویسندگان [English]

  • SEYED AFSHIN MOHEBI 1
  • Seyed Mehdi Zahrai 2
  • Reza Raoufi 1
1 Department of Civil Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran
2 School of Civil Engineering, University of Tehran. P.O. Box 11155-4563, Tehran, Iran
چکیده [English]

In the recent past, the application of various types of passive dampers (e.g., yielding metallic dampers) has become a common practice for improving seismic performance of the under-construction buildings and rehabilitation of existing constructions. In this study, a new elliptical metallic damper was introduced to improve the seismic behavior of existing steel structures. Among other parameters, geometrical characteristics are known to affect the seismic performance of the constructions rehabilitated with the proposed elliptical damper. Accordingly, the performance of the proposed damper was investigated through accurate numerical studies on various types of dampers considering various damper dimensions, ellipse major and minor axes length-to-plate thickness ratios, and placements of elliptical shear diaphragm. To study the proposed elliptical damper in terms of its effect on the seismic behavior of rehabilitated buildings, three benchmark structures with 3, 9, and 20 stories were used. Further, far-field and near-field earthquake records were used to undertake nonlinear dynamic analyses. In this work, the proposed elliptical damper was verified by the Abaqus finite-element software, and nonlinear time-history analyses were conducted in the SAP2000 software to check for seismic performance of rehabilitated structural frames with the considered damper. Results of the nonlinear dynamic analyses indicated the appropriate performance of the proposed elliptical damper in terms of reducing the seismic responses of the rehabilitated structures and suitable behavior of the proposed elliptical damper in dissipating the imposed earthquake energy to the structures. Based on these results, upon rehabilitation with the proposed damper, the 3-, 9-, and 20-story structures exhibited smaller maximum lateral roof displacements by 66, 64, and 31%, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • yielding elliptical damper
  • rehabilitated existing steel structures
  • dynamic analysis
  • seismic performance improvement
  • lateral roof displacement

مراجع

[1] K. Suzuki, A. Watanabe, E. Saeki, Development of U-shaped steel damper for seismic isolation system, Nippon Steel Technical Report, 92 (2005) 56-61.
[2] J. Franco, X. Cahís, L. Gracia, F. López, Experimental testing of a new anti-seismic dissipator energy device based on the plasticity of metals, Engineering structures, 32(9) (2010) 2672-2682.
[3] S. Maleki, S. Bagheri, Pipe damper, Part I: Experimental and analytical study, Journal of Constructional Steel Research, 66(8-9) (2010) 1088-1095.
[4] S. Maleki, S. Bagheri, Pipe damper, Part II: Application to bridges, Journal of Constructional Steel Research, 66(8-9) (2010) 1096-1106.
[5] S.M. Zahrai, M. Jalali, Experimental and analytical investigations on seismic behavior of ductile steel knee braced frames, Steel and Composite Structures, 16(1) (2014) 1-21.
[6] A. Cheraghi, S.M. Zahrai, Innovative multi-level control with concentric pipes along brace to reduce seismic response of steel frames, Journal of Constructional Steel Research, 127 (2016) 120-135.
[7] S.M. Zahrai, A. Cheraghi, Reducing seismic vibrations of typical steel buildings using new multi-level yielding pipe damper, International Journal of Steel Structures, 17(3) (2017) 983-998.
[8] R. Aghlara, M.M. Tahir, A passive metallic damper with replaceable steel bar components for earthquake protection of structures, Engineering structures, 159 (2018) 185-197.
[9] C.L. Lee, Y.P. Wang, M.Y. Cai, Y.T. Kuan, G.H. Huang, An Experimental Verification of Seismic Structural Control: Using In‐Plane Oval Dampers, ce/papers, 3(3-4) (2019) 469-474.
[10] M. Jarrah, H. Khezrzadeh, M. Mofid, K. Jafari, Experimental and numerical evaluation of piston metallic damper (PMD), Journal of Constructional Steel Research, 154 (2019) 99-109.
[11] Z. Li, G. Shu, Z. Huang, Development and cyclic testing of an innovative shear-bending combined metallic damper, Journal of Constructional Steel Research, 158 (2019) 28-40.
[12] W. Guo, C. Ma, Y. Yu, D. Bu, C. Zeng, Performance and optimum design of replaceable steel strips in an innovative metallic damper, Engineering Structures, 205 (2020) 110118.
[13] G. Pachideh, M. Kafi, M. Gholhaki, Evaluation of cyclic performance of a novel bracing system equipped with a circular energy dissipater, in:  Structures, Elsevier, 2020, pp. 467-481.
[14] G. Pachideh, M. Gholhaki, R. Lashkari, O. Rezayfar, Behavior of BRB Equipped with a Casing Comprised of Steel and Polyamide, Institution of Civil Engineers-Structures and Buildings,  (2020).
[15] G. Pachideh, M. Gholhaki, M. Kafi, Experimental and numerical evaluation of an innovative diamond-scheme bracing system equipped with a yielding damper, Steel and Composite Structures, 36(2) (2020) 197.
[16] Computers and Structures. Inc. CSI Analysis Reference Manual for SAP2000 Ca, Structures I, Berkley, California. 2020.
[17] M. Ebadi Jamkhaneh, A.H. Ebrahimi, M. Shokri Amiri, Experimental and numerical investigation of steel moment resisting frame with U-shaped metallic yielding damper, International Journal of Steel Structures, 19(3) (2019) 806-818.
[18] Applied Technology Council. Guidelines for cyclic seismic testing of components of steel structures. ATC-24. 1992.
[19] Y. Ohtori, R. Christenson, B. Spencer, S. Dyke, Benchmark control problems for seismically excited nonlinear buildings, in:  Journal of engineering mechanics, 2004, pp. 366-385.
[20] Computers and Structures. Inc. CSI Analysis Reference Manual for SAP2000, I. Structures, Berkley, California. 2020., in.
[21] S.A. Mousavi, S.M. Zahrai, A.A. Pasand, Drift-based seismic design procedure for Buckling Restrained Braced Frames, in:  Structures, Elsevier, 2021, pp. 62-74.
[22] M. Fragiadakis, N.D. Lagaros, M. Papadrakakis, Performance-based multiobjective optimum design of steel structures considering life-cycle cost, Structural and Multidisciplinary Optimization, 32(1) (2006) 1-11.
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 55، شماره 8
آبان 1402
صفحه 1677-1700

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار