کاربرد زوج پانل برشی برای بهبود رفتار لرزه‌ای قاب‌های مهاربندی شده برون‌محور

نویسنده
دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تهران
چکیده
استفاده از میراگرهای جاری­شونده به علت قابلیت بالا در اتلاف انرژی زلزله با استقبال قابل توجهی در دهه اخیر روبرو شده­است. با توجه به پیشرفت های فاحش روش های کنترل غیرفعال برای استهلاک انرژی زلزله و نیز جلوگیری از خسارات لرزه­ای در اعضای اصلی سازه، این مقاله یک سیستم جدید اصلاحی مناسب به خصوص برای بهسازی لرزه­ای سازه­های فولادی دارای مهاربندی برون محور پیشنهاد نموده است. در این مقاله عملکرد لرزه­ای قاب های مهاربندی برون محور با افزودن زوج پانل برشی به عنوان میراگر هیسترزیس مورد بررسی قرار گرفت. نمونه­های عددی به روش تحلیل اجزاء محدود غیرخطی تحت بارگذاری چرخه ای (رفت و برگشتی) و بارافزون (پوش اور) ارزیابی شدند. نتایج حاصله، منحنی­های هیسترزیس پایدار و بدون افت چشمگیر و خروج نواحی خرابی از قسمتهای اصلی سازه و انحصار آن در پانلهای برشی را نشان دادند. در نمونه­ها ظرفیت تغییرشکل های زاویه­ای پانل های برشی بین 08/0 تا 15/0 رادیان بدست آمد. با افزودن زوج پانل برشی، حداکثر تغییرمکان قائم دو طرف پیوند افقی بین 5/0 تا 25/1 سانتیمتر بدست ­آمد که حاکی از کاهش تغییرمکان تحمیل شده به تیر پیوند افقی است. همچنین با توجه به منحنی های هیسترزیس نمونه­ها، استفاده از زوج پانل برشی باعث بهبود رفتار قابهای مهاربندی برون­محور دارای پیوند افقی با طول بلند می شود. ضریب رفتار این سیستم بطور محافظه کارانه بیش از 8 بدست آمد که می توان این روش را برای بهبود رفتار این نوع قاب ها مناسب و عملی دانست.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Study of Using Double Shear Panel to Upgrade the Seismic Behavior of Eccentrically Braced Frames

نویسنده English

S.M. Zahrai
University of Tehran
چکیده English

Abstract: Recent damaging earthquakes in Iran and around the world have induced great death and damage providing serious reminders of seismic vulnerability of existing structures. It is more crucial in Iran, where many structures have been built when seismic codes were not effective enough, especially considering the fact that construction has not been perfectly consistent with design specifications and drawings. Many of existing building, therefore, have inadequate strength when subjected to earthquake. To prevent such damage and tragic event, efficient ways are necessary for seismic upgrading of these buildings. One of useful extensively used methods is passive control. By reducing seismic demand and increasing ductility, these control ways can reduce rate of seismic damage. One of the most effective mechanisms available for dissipating seismic energy through inelastic deformations of metallic substances is use of shear panels. Use of such yielding dampers has been increased recently for their high capability in energy dissipation. Despite eccentrically braced frames, EBFs, these pieces are not embedded in floor and can be exchanged easily with little cost after earthquakes. The basic role of shear panel system is to absorb a major portion of input seismic energy, thus reducing energy dissipation demand on structural members and minimizing probable structural damage. Due to recent advances in these passive control methods specifically significant improvements in earthquake energy dissipation and prevention of damage in the main parts of the structures, this paper provides a new hysteretic damping system, especially beneficial to retrofitting steel structures having Eccentrically Braced Frames, EBFs. This research studies the seismic performance of EBFs with double shear panels. Five specimens have been evaluated using nonlinear finite element analysis under cyclic and monotonic loading. The findings present the proper performance of proposed revision for EBFs, the rise in energy dissipation and the elimination of damage to the main parts of structure (column, bracing, main beam) and its concentration in shear panels reducing displacement of horizontal link (main beam) of EBFs. The analytical results showed the shear panel shear distortion capacity of 0.08 - 0.15rad (displacement of horizontal link of 0.5 - 1.25cm). The response modification factor of this system was also obtained in the range of 8.7-9.8. Based on the results obtained in this paper, using double SPS in addition to dissipating more than 70% of imposed energy and increasing the structural ductility, can reduce lateral displacements due to decreasing seismic demand. Finally, using shear panel is highly recommended as an effective and efficient way for seismic design of new steel building structure and also for seismic retrofit of existing steel buildings.

کلیدواژه‌ها English

Seismic control
passive control
Energy Dissipation
eccentrically braced frames
double shear panel
14- مراجع
[1]  Roeder, C.W. ,and Popov, E.P (1978) "Eccentrically braced steel frames for earthquakes", J. Struct .Div ASCE, 104 (ST7) . 391 -411.
[2]  Aristizabal –Ochoa, D. (1986). "Disposable knee bracing improvement in seismic design of steel frames", J . Struct. Engng. ASCE, 112 (7)
[3]  M.G. Vetr Tamijani, MSC (1998), "Seismic Behavior, Analysis and Design of Eccentrically braced frames with vertical Shear Link", Darmstadt.
[4]  Recommended lateral force Requirements and Tentative commentary, Seismology committee, Structural Engineers Association of California, 1988.
[5] وتر، محمد قاسم؛GBouwkamp ؛ رفتار لرزه­ای، طرح و تحلیل قاب­های مهاربندی شده­ی غیر هم محور با مفاصل برشی قائم"؛ پژوهشنامه زلزله شناسی و مهندسی زلزله، سال دوم، شماره دوم، تابستان 78.
[6]  Hjelmstad, K.D., and Popov, E.P. (1983), ”Seismic behavior of active beam links in Eccentrically Braced Frames”, Report UBC Earthquake Engineering Center , Report university of California at Berkeley
[7]  Malley, J.O., and Popov, E.P. (1983), ”Design considerations for shear link in Eccentrically Braced Frames”, Report UBC Earthquake Engineering Center , Report university of California at Berkeley
[8]  Okazaki, Arce, G., Ryu, H. C.,and Engelhardt, M.D. (2005), ”Experimental study of local buckling, overstrength and fracture of links in Eccentrically Braced Frames” J. struct. Eng., 131(10), 1526-1535
[9]  Zahrai, S.M. and Moslehi Tabar. A. (2006) "Cyclic Behavior of steel Braced frames using shear panel system", Asian Journal of civil Engineering, 7(1), pp. 13-26.
[10]  Richards, P.W. and Uang, C.M., (2006), ”Testing protocol for Short link in Eccentrically Braced Frames”, ASCE, Journal of Structural Engineering, Vol. 132, No. 8.
[11]  Okazaki, T. and D. Engelhardt, M., (2007), ”Cyclic loading behavior of EBF links constructed of ASTM A992 steel”, Journal of Constructional Steel Research 63 - 751–765
[12]  AISC. (2005). Seismic Provisions for Structural Steel Buildings, American Institute of Steel in Construction, Chicago, IL.
[13] زهرائی. سید مهدی؛ "رفتار تیر پیوند قائم برشی در ساختمانهای فولادی"، انتشارات مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، تهران، ایران 1388.
.      سیدمهدی؛ ماهروزاده. یاسر، "بررسی آزمایشگاهی کاربرد تیر پیوند قائم در بهبود عملکرد لرزه­ای ساختمان­های فولادی"؛ نشریه عمران و نقشه برداری، دانشکده فنی، سال 44 شماره 3، مهر 1389؛ صفحات 379 تا 393.
[14]  Newmark, N . M. and Hall , W .J ., (1982), "Earthquake Spectra and Design, "Earthquake Engineering Research Institute, Berkeley, California.
[15]  Newmark, N . M. and Hall , W . J ; (1969), "Seismic Design criteria for Nuclear Reactor Facilities , " Proc . World Conf . Earthquake Eng., B-4 , 37 -50 , Santiago , Chile.
[16]  Miranda, E. and Bertero, V.V., (1994), "Evaluation of Strength Reduction Factors for Earthquake – Resistant Design, "Earthquake Spectra, Vo1. 10, No. 2, 357-379.