تحلیل مرتبه دوم سازه های فضایی با در نظر گرفتن اثر ارتفاع سازه

نوع مقاله : پژوهشی اصیل (کامل)

نویسنده
دانشکده عمران،گروه مهندسی زلزله،دانشگاه خوارزمی
چکیده
در سال های اخیر، سازه ها بنا به دلایل اقتصادی و زیباشناسی، روز به روز عظیم تر و لاغر تر شده اند و این موضوع منجر به رفتار غیر خطی سازه ها شده است. لذا به کارگیری روش های مختلف برای در نظر گرفتن اثرات تحلیل مرتبه دوم در بررسی رفتار سازه ها همواره مورد توجه طراحان قرار گرفته است. بنابراین در این مطالعه به منظور بررسی اثرات P-Δ ، به تحلیل رفتار غیر خطی سازه های فضایی با تعداد طبقات مختلف می پردازیم. روش های مد نظر جهت برآورد اثرات تحلیل مرتبه دوم شامل روش های ماتریس سختی، توابع پایداری و روش بار جانبی فرضی می باشد. هدف اصلی در پژوهش حاضر، بررسی اثر پارامتر ارتفاع سازه بر دقت روش های محاسبه اثرات تحلیل مرتبه دوم و مقایسه ی دقت روش های ارائه شده جهت تحلیل مرتبه دوم سازه های فضایی است.

نتایج نشان می‌دهد، صرف نظر از ارتفاع سازه، دقیق ترین روش جهت برآورد اثرات P-Δدر تحلیل مرتبه دوم انواع سازه، روش ماتریس سختی است. اگر چه تحلیل غیرخطی مرتبه اول عموماً می‌تواند ضرایب بار نهایی سازه‌ها را با دقت خوبی برآورد نماید، اما استفاده از تحلیل‌های غیرخطی مرتبه دوم در برآورد ضرایب بار نهایی سازه‌های با ارتفاع مختلف منجر به افزایش دقت این برآوردمی‌گردد. بر اساس نتایج به دست آمده مشاهده شد، تعداد طبقات سازه دقت روش های تحلیل مرتبه دوم را تحت تاثیر قرار می دهد. به نحوی که با افزایش ارتفاع سازه، شاهد افزایش اختلاف نتایج حاصل از هر سه روش تحلیل مرتبه دوم با نتایج به دست آمده از تحلیل مرتبه اول هستیم، این افزایش در راستای عرضی سازه نمود بیشتری دارد. در سازه های بیش از سه طبقه، از میان سه روش تحلیل مرتبه دوم در برآورد اثرات P-Δ ، اختلاف نتایج حاصل از روش بار جانبی فرضی با نتایج تحلیل مرتبه اول،به شدت افزایش یافته و بیش ترین همبستگی با ارتفاع سازه، در این روش مشاهده شده است. همچنین در بین روش های تحلیل مرتبه دوم در سازه های بلند مرتبه و مرتفع، بالاترین دقت مربوط به روش ماتریس سختی می باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Second order analysis of space frame considering height of the structure effects

نویسنده English

behzad haseli
Faculty of civil engineering,Khatami university
چکیده English

In recent years, structures for economic and aesthetic reasons have been growing larger and thinner and this subject leading to non - linear behavior of structures. Therefore, the application of different methods for considering the effects of second order analysis in evaluation of the behavior of structures has always been considered by the designers. in this study to investigate the P-Δ effects, analyze the nonlinear behavior of multi - storey space structures. in order to estimate the effects of second order analysis in this study, methods of Stiffness Matrix, Stability Functions and Assume lateral load method have been used. in present study, in addition to comparing the accuracy of the proposed methods, examine the effect of the parameter height on the accuracy of the second order analysis. the accuracy of the second order analysis methods is investigated by comparing the results of the existing research. In the first part of the present study, after presenting the formulation of three methods of second-order analysis of stiffness matrix, stability functions and assume lateral load method, for beam-column element of a portal frame, a two-story regular structure and finally an irregular six-story structure, that studied by previous researchers, the most accurate second-order analysis is introduced by comparing the load-deformation curves. In the second part, in order to investigate the effect of height of structure on the accuracy of second-order analysis methods, similar structures of three, five, and seven floors were analyzed in two longitudinal and transverse directions and the final load coefficients obtained from the second-order analysis with The first-order analysis of the structures is compared. The analysis of three, five and seven-story structures was performed in two assume lateral load and stiffness matrix methods in OpenSees software as well as stability function analysis using Paap software.

the accuracy of second-order analysis methods has decreased and this reduction is more pronounced in the transverse direction of the structure. As the height of the structure increases, the accuracy of the stiffness matrix methods, stability functions and the Assume lateral load method in the second-order analysis of the transverse direction are reduced by 15.5%, 10% and 7.2%, respectively. It is observed in more than three storeys, the accuracy of the Assume lateral load method in estimating the P - Δ effects is greatly reduced and the highest correlation with the height of the structure is observed in this method. also among the second - order analysis methods in tall structures, the highest accuracy is related to the method of Stiffness Matrix.

کلیدواژه‌ها English

space frame
P – Δ effect
stiffness matrix
stability function
assume lateral load
height of structure
1- Hashemi H. B., Hosseini M. & Khanlari K.2001 Second-order analysis structure under dynamic loads. bulletin seismology, Tehran, Iran, (4)4. (in Persian).
2- Al-Mashary F. & Chen W. F.1990 Elastic second-order analysis for frame design. Journal of Construction Steel Research, 15(4), 303-322.
3- Thai T. H. & Kim S. E.2009 Practical advanced analysis software fornonlinear inelastic analysis of space steel structures. Advances in Engineering Software, (40), 786-797.
4- Thai T. H. & Kim S.E.2011 Practical advanced analysis software for nonlinear inelastic dynamic analysis of steel structures. Journal Conster Steel Res, 67(3), 453-461.
5- Huu-Tai Thai H. T. & Kim S.E.2015 Second-order distributed plasticityanalysis of steel frames with semi-rigid connections. Thin-Walled Structures, (94), 120-128.
6- Chiorean C.G.2009 A computer method for nonlinear inelastic analysis of 3D semi-rigid steel frameworks. Engineering Structures, (31), 3016-3033.
7- Kim S. E. &Wai-FahChen W. F.1999 Design guide for steel frames using advanced analysis program. Engineering Structures, (21), 352–364.
8- Kim S. E. & Chen W. F.1996 ASCE, Practical Advanced for Braced Steel Frame. Journal of Structural Engineering, 122(11), 1266-1274.
9- Jiang X. M., Chen H. & Richard J. Y. 2002 Spread-of-plasticity analysis of-three dimensional steel. Journal of Constructional Steel Research, (58), 193–212.
10- Thai H. T. & Kim S.E. 2011 Nonlinear inelastic analysis of space frames. Journal of Construction Steel Research, (67)585-592.
11- Vrara H. & Bagheri G.2003 Second-Order analysis of hinge plastic by use extended beam-column theory. 7th National Conference Civil Engineering, Esfahan, Iran. (in Persian).
12- Bueno J.R. & Loriggio D.D. 2016 Analysis of second order effects: case study. Ibracon Structures and Materials Journal, 9(4), 494-509.
13- Flores F. X., Charney F. A. & Garcia D. L. 2014 Influence of the gravity framing system on the collapse performance of special steel moment frames. Journal of Constructional Steel, (101), 351-362.
14- Shehu R., Angjeliu G. & Bilgin H.2019 A Simple Approach for the Design of Ductile Earthquake-Resisting Frame Structures Counting for P-Delta Effect. Buildings, (9), 216.
15- Termblay R., Leger P. & Tu J. 2019 Inelastic seismic response of concrete shear walls considering Pdelta effects. Canadian Journal of Civil Engineering, 28(4), 640-655.
16- Chen W. F. & Lue E. M. 1991 Stability design of steel frames. New Directions in Civil Engineering, Taylor and Francis.
17- DeSouza R.2000 Force-based finite element for large displacement inelastic analysis of frames. Ph.D. dissertation. Department of Civil and Environmental Engineering, University of California at Berkeley.
18- Denavit M. D. & Hajjar J. F.2013 Description of geometric nonlinearity for beamcolumn analysis in OpenSees. Department of Civil and Environmental Engineering Reports, Northeastern University.
19- Hosseini S. M. K. & Fanai N.2016 application of opensees software in modeling and analysis of structures. Azadeh publisher,4 edition, (in Persian).
20- PAAP.1996 A computer program for advanced analysis of two-dimensional steel frame. Purdue Univercity.
21- Chen W.F. & Kim S.E.1997 LRFD steel design using advanced analysis. CRC Press, New York.