دکتر سید مهدی زهرایی
-
در سازه های فولادی بلندمرتبه با سیستم باربر جانبی قاب خمشی، تنظیم سختی سازه به منظور کنترل تغییر مکان های جانبی، همواره امری چالش برانگیز و کنترل کننده طرح است. میراگرهای جرمی متداول ترکیبی از جرم، فنر و کمک فنر هستند. این میراگر ها بر روی یک محدوده فرکانسی خاص تنظیم می شوند؛ زمانی که سازه تحت تحریک خارجی در محدوده فرکانسی مورد نظر قرار گیرد، این میراگرها با ایجاد یک نیرو در خلاف جهت حرکت سازه باعث کاهش پاسخ های سازه می شوند. مهم ترین محدودیت این میراگرها، تامین نسبت جرمی کافی به منظور کنترل بهینه سازه است. المان اینرتر، یک المان با دو پایانه است که می تواند نیرویی متناسب با اختلاف شتاب ایجادشده در دو پایانه اش تولید کند. از ویژگی های متمایز کننده این المان نسبت به سایر ابزار های کنترل سازه، می توان به امکان تغییر در ماتریس جرم سازه اشاره کرد. افزودن المان اینرتر به میراگر های جرمی متداول به صورت قابل توجهی باعث افزایش راندمان این میراگر ها شده و محدودیت این میراگرها برای تامین نسبت جرمی مناسب را به خوبی برطرف می کند. به عنوان مثال می توان گفت اضافه کردن المان اینرتر با 0/2=β به میراگرجرمی تنظیم شده با 0/03=μ، راندمان این میراگر را برای سیستم های یک درجه آزادی، 57 درصد افزایش می دهد. در این پژوهش بهینه سازی پارامتر های ترکیب المان اینرتر با میراگرهای جرمی متداول با استفاده از الگوریتم بهینه سازی ذرات و با قابلیت تعمیم به تمامی سازه ها انجام می شود.
کلید واژگان: سازه های فولادی, کنترل غیرفعال سازه ها, میراگر جرمی تنظیم شده, المان اینرتر, الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذراتtuned mass dampers are a combination of mass, spring and dampers. tuned mass dampers are set on a specific frequency range, when the structure is subjected to external force in the desired frequency range, TMD reduce the responses of the structure by creating a force against the movement direction of the structure. The most important limitation of TMD is providing a sufficient mass ratio in order to optimally control the structure. The inerter element is an element with two terminals that can produce a force proportional to the acceleration difference created in its two terminals. One of the distinguishing features of this element compared to other structural control tools is the possibility of changing the mass matrix of the structure. Nowadays, extensive research is being done in order to combine the inerter element with structural control systems. Adding an inerter element to conventional tuned mass dampers significantly increases the efficiency of TMD and removes the limitation of TMD to provide a suitable mass ratio. The placement position of the inerter element in the control system is very important. If the inerter element is placed between two inappropriate levels in the system, it will disrupt the function of absorbing dynamic vibrations and cause the responses to intensify. In this research, the optimization of the parameters of the inerter element combination with tuned mass dampers is done using the particle optimization algorithm and with the ability to generalize to all structures
Keywords: Steel Structures, Passive Control Of Structures, Tuned Mass Damper, Inerter, PSO Algorithm -
Acceptable seismic performance, ease and low cost in design and implementation are advantages of passive dampers, but fixed performance parameters corresponding to the type and amount of input energy reduce their efficiency. In this research, a new two-level passive damper in rigid connections with variable stiffness, strength, and energy absorption capacity is introduced and its seismic performance in 5, 10, and 15-story steel frames is evaluated with nonlinear dynamic analysis using SAP2000 software. The results show that, despite the different dynamic parameters in the selected seismic records, such as the frequency content and duration of ground motions, the performance of the structures under all earthquakes has improved significantly, which confirms the effectiveness of the proposed damper in rigid connections on improving the seismic performance structures. Besides, results prove the proposed damper effectiveness on decreasing the structural response such as maximum displacement and base shear. The average displacements reduced by 61%, 51% and 16% compared to those of BSEEP-4ES connections for the 5, 10 and 15-story frames, respectively. Besides, maximum base shear forces reduced by average of 29% and 15% compared to those of BSEEP-4ES connections for the 5 and 10-story frames, respectively.Keywords: Two-level control system, friction-yielding damper, Top plate, Ductility, Nonlinear analysis
-
زلزله های گذشته با تحمیل خسارت های زیاد، بیانگر ضعف عملکرد لرزه ای سازه ها به خصوص در محل اتصال تیر به ستون بوده و کاربرد قطعاتی مثل میراگرهای اصطکاکی و جاری شونده جهت استهلاک انرژی زلزله و کاهش ارتعاشات ناشی از آن، به یکی از ضرورت های مهندسی عمران تبدیل گردیده است. سیستم های کنترل غیرفعال چندسطحی یکی از مواردی است که در دهه اخیر مورد توجه محققین قرار گرفته است. ایده کلی در سیستم های مذکور، ترکیب دو سیستم کنترل غیرفعال با سختی متفاوت بوده که تحت نیروهای با شدت مختلف، موجب تغییر در مشخصات سیستم و بروز رفتارهای متفاوت تحت سطوح انرژی است. در این تحقیق در ابتدا یک سیستم کنترل دوسطحی با میراگر غیرفعال اصطکاکی-جاری شونده در ورق روسری در محل اتصال گیردار تیر به ستون، با قابلیت جذب انرژی و تغییر سختی در سطوح متفاوت زلزله، جهت کاهش ارتعاشات لرزه ای سازه ها ارایه گردیده و با انجام تحلیل های استاتیکی غیرخطی با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود ABAQUS عملکرد آن ها مورد ارزیابی قرار گرفته است. با توجه به نتایج ارزیابی، بهبود عملکرد نمونه های تحلیلی با نسبت بهینه طول به ضخامت ورق روسری بوده و افزایش پایداری و مساحت زیر منحنی های هیسترزیس و به تبع آن افزایش استهلاک انرژی از اثرات آن است. مقایسه منحنی های هیسترزیس میراگر پیشنهادی در محل اتصال گیردار، گویای رفتار شکل پذیر با عملکرد دوسطحی مناسب مطابق انتظار بوده و اتلاف انرژی در سطوح مختلف نیرویی را به خوبی فراهم آورده است، طوری که ضوابط طرح لرزه ای برای اتصال خمشی ویژه را بر اساس آیین نامه AISC تامین می کند. همچنین میراگر پیشنهادی به عنوان عضو مستهلک کننده انرژی در سطوح مختلف زلزله، باعث جذب انرژی شده و با تحمل لغزش و تسلیم، قادر به کنترل لرزه ای سازه خواهد بود.
کلید واژگان: کنترل دوسطحی, میراگر اصطکاکی-جاری شونده, ورق روسری, شکل پذیری, تحلیل استاتیکی غیرخطیIn previous earthquakes, many steel frames suffered damage to their ordinary rigid moment beam-to-column connections. As a result, the use of multi-level control systems in structures has gained attention from engineers in recent years. The main idea in this system is to combine two separate control systems with different stiffness and strength, thus creating dual seismic behaviors. In this study, a two-level friction-yielding damper passive control system is presented for beam-to-column connections, and its cyclic behavior is evaluated using nonlinear static analysis with the finite element method using ABAQUS software. The evaluation results demonstrate that the performance of the samples improves with an optimal ratio of length to thickness. This improvement is reflected in increased stability and area of the hysteresis curves, ultimately leading to higher energy absorption. Additionally, the hysteresis curves indicate a ductile behavior for the proposed damper in the moment connection. Moreover, the obtained hysteresis curves show that the system reliably dissipates energy at different earthquake levels, satisfying the seismic criteria for special moment resistant connections based on the AISC code. The proposed damper serves as an energy dissipating device, effectively dissipating energy at different levels of earthquakes by facilitating slip and yielding, thereby controlling the seismic response of the structure.
Keywords: Two-level control system, friction- yielding damper, Top plates, ductility, nonlinear static analysis -
به کارگیری کنترل غیرفعال یکی از روش های موثر در کاهش تقاضای لرزه ای سازه ها می باشد. در دهه های اخیر انواع مختلفی از میراگرهای غیرفعال از قبیل میراگرهای فلزی تسلیم شونده با هدف بهبود رفتار لرزه ای در ساخت و سازهای جدید یا بهسازی ساختمان های موجود توسعه یافته اند. هدف اصلی این تحقیق معرفی یک میراگر فلزی جدید بیضی گون جهت بهبود عملکرد لرزه ای ساختمان های فولادی موجود می باشد. با توجه به تاثیر پارامترهای هندسی میراگر بیضی گون بر رفتار لرزه ای ساختمان بهسازی شده، بررسی دقیق عددی بر روی میراگرها با نسبت های مختلف قطر به ضخامت و همچنین ابعاد و نحوه استقرار دیافراگم برشی صورت گرفته است. برای ارزیابی لرزه ای میراگر پیشنهادی در بهسازی ساختمان ها با مشخصات دینامیکی متفاوت (ساختمان های کوتاه، میان و بلند مرتبه) از سه سازه مبنای 3، 9 و 20 طبقه استفاده شده است. همچنین جهت بررسی عملکرد لرزه ای میراگر بیضی گون در پهنه های مختلف با لرزه خیزی متفاوت، در تحلیل های دینامیکی، شتاب نگاشت های حوزه دور و نزدیک به کار گرفته شده است. در این پژوهش پس از انجام صحت سنجی در نرم افزارABAQUS ، رفتار لرزه ای قاب های ساختمانی بهسازی شده با میراگر بیضی گون پیشنهادی با استفاده از تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی در نرم افزار SAP2000، ارزیابی شده است. نتایج تحلیل های عددی بیانگر عملکرد مناسب میراگر فلزی پیشنهادی در استهلاک انرژی القایی زلزله به سازه و کاهش پاسخ های لرزه ای ساختمان های بهسازی شده می باشد. همچنین متوسط حداکثر تغییرمکان نسبی بین طبقه ای تحت اثر4 شتاب نگاشت حوزه دور و نزدیک در ساختمان های مبنای 3، 9 و 20 طبقه، به ترتیب به میزان 71، 78 و 51 درصد کاهش یافته است.کلید واژگان: میراگرهای فلزی, ساختمان های فولادی, میراگر بیضی گون, بهسازی لرزه ای, تغییرمکان نسبی بین طبقاتIn 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.Keywords: yielding elliptical damper, rehabilitated existing steel structures, Dynamic analysis, seismic performance improvement, lateral roof displacement
-
بتن غلتکی در سازه های حجیم کاربرد دارد، که به علت حجم زیاد، بتن ریزی در چند مرحله و با ایجاد وقفه ی زمانی انجام می شود. این موضوع باعث بروز درز می شود، که کاهش مقاومت فشاری و افزایش نفوذپذیری را به دنبال دارد. اهداف پژوهش حاضر، ارزیابی تاثیر جایگزینی بخشی از سیمان با زیولیت در کاهش آثار مخرب تشکیل درز است. بنابراین زیولیت با درصدهای مختلف جایگزین سیمان شد و در هر درصد نیز، نمونه ها با انواع درز ساخته شدند. سپس آزمایش های مقاومت فشاری، نفوذ سریع یون کلراید (R C P T)، عمق نفوذ آب، جذب آب، سرعت پالس اولتراسونیک و مقاومت الکتریکی بر روی نمونه ها انجام شده است. نتایج بیان گر نقش بسزای زیولیت در کاهش آثار مخرب درزهای گرم و سرد در خصوصیات دوامی و همچنین بهبود اثر منفی درز گرم در مقاومت فشاری بوده است.
کلید واژگان: زئولیت, بتن غلتکی, درزهای ساخت (سرد و گرم), خصوصیاتدوامی, خصوصیات مکانیکیRoller compacted concrete is a dry, hard concrete with zero slump, typically used in mass concrete structures where casting is done in stages with time intervals between each stage. However, the formation of joints in these concretes increases the penetration of destructive ions, leading to eventual failure and instability of mass concrete structures. This study aims to evaluate the impact of replacing part of cement with zeolite in reducing the destructive effects of joint formation in roller compacted concrete structural members.Samples were made with hot, warm, and cold joints, with zeolite replacing cement at percentages of 0, 15%, 30%, and 40%. Results showed that at 15% replacement percentage, samples had the highest compressive strength, so roller compacted concrete samples were made with 15% zeolite to test for Rapid Chloride Permeability Test (RCPT), water penetration depth, water absorption, ultrasonic pulse velocity (UPV), and electrical resistivity. The tests showed that replacing 15% of the cement weight with zeolite improves compressive strength in warm joint areas and reduces destructive effects of warm and cold joints on durability properties. The electrical resistivity test revealed that replacing 15% of cement with zeolite significantly reduces the permeability of specimens. Zeolite also reduces the permeability of roller compacted concrete specimens based on the results of water penetration depth, RCPT, and electrical resistivity tests, but increases water absorption and decreases UPV.
Keywords: Zeolite, Roller-Compacted Concrete (RCC), Construction Joints (Cold, Warm Joints), Durability Properties, mechanical properties -
در این مطالعه، هدف پیشنهاد یک کنترل کننده PID مرتبه کسری تطبیقی است که پارامترهای آن به صورت آنلاین توسط پنج شبکه عصبی پرسپترون چندلایه با استفاده از فیلتر کالمن توسعه یافته تنظیم می شود. یک شبکه عصبی MLP که از طریق الگوریتم پس انتشار خطا آموزش داده شده است برای شناسایی سیستم سازه ای و تخمین پلنت در نظر گرفته می شود. ژاکوبین مدل تخمین زده شده به صورت آنلاین برای اعمال به کنترل کننده استفاده می گردد. از آنجایی که جبرانساز شبکه های عصبی فازی نوع 2 که توسط EKF و استراتژی یادگیری خطای بازخورد تنظیم شده است، پایداری و استحکام این کنترل کننده در برابر خطای تخمین، اختلالات لرزه ای و برخی توابع غیرخطی ناشناخته افزایش می یابد. به منظور اعتبارسنجی، عملکرد کنترل کننده پیشنهادی بر روی سازه مبنا غیرخطی 3 طبقه مجهز به میراگر نیمه فعال تحت زلزله های حوزه دور و نزدیک بررسی می شود. به منظور بررسی و اثربخشی کنترل کننده پیشنهادی مجهز به جبران کننده در کاهش پاسخ های لرزه ای، شاخص های ارزیابی مورد بحث و با کارهای قبلی مقایسه گردیدند. نتایج بیانگر آن است که کنترل کننده FOPID تطبیقی پیشنهادی عملکرد بهتری را نسبت به سایر کنترلرها داشته و بطوری که شاخص J2 در زلزله هاچینو با شدت 1.5، تا مقدار 35 درصد نسبت به دیگر کنترل کننده ها بهبود را تجربه کرده است و این میزان در زلزله نورثریج به بیش از 40 درصد نیز می رسد. دیگر شاخص ها (J3 تا J6) نیز با استفاده از کنترل کننده پیشنهادی، بهبود قابل ملاحظه ای را تجربه کرده اند.
کلید واژگان: کنترل سازه, PID مرتبه کسری تطبیقی, شبکه عصبی- فازی نوع 2 بازه ای, شبکه عصبی MLP, فیلتر کالمن توسعه یافتهThe goal of the present research is to propose a novel adaptive fractional order PID (AFOPID) controller whose parameters are tuned online by five exclusive multilayer perceptron (MLP) neural networks using the extended Kalman filter (EKF). An MLP neural network that is trained using the Back Propagation (BP) error algorithm is considered to identify the structural system and estimate the plant. The Jacobian of the model estimated online is utilized to apply to the controller. Considering the adaptive interval type-2 fuzzy neural networks (IT2FNN) and this issue that the compensator is tunned by EKF and feedback error learning strategy (FEL), the stability and robustness of this controller are increased against the estimation error, seismic disturbances, and some unknown nonlinear functions. In order to validate, the performance of the proposed controller is investigated on a 3-story nonlinear benchmark building equipped with semi-active dampers under far and near field earthquakes. In order to evaluate the effectiveness of the proposed controller equipped with a compensator in reducing seismic responses, the evaluation indices were discussed and compared with previous studies. The numerical results represent the substantial efficiency of the proposed adaptive controller (AFOPID) over the previous controllers such that J2 in the Hachinohe and Northridge earthquakes enhanced by up to 35% and more than 40%, respectively. In general, all indices ( J3 to J6 ) have experienced a considerable enhancement using the proposed method.
Keywords: Structural Control, Adaptive fractional order PID, Interval type-2 fuzzy neural network, MLP Neural network, Extended Kalman filter (EKF) -
استفاده از سیستم های کنترل غیر فعال باعث کاهش نیاز لرزه ای و جلوگیری از آسیب به اجزای اصلی سازه می شود. میراگرهای تسلیم شونده یکی از متداول ترین ابزارهای مستهلک کننده انرژی ورودی زلزله به سازه می باشند. هدف اصلی این پژوهش معرفی یک میراگر تسلیم شونده جدید شبه بیضی، جهت بهبود عملکرد لرزه ای ساختمان های فولادی موجود است. با توجه به تاثیر پارامترهای هندسی میراگر شبه بیضی بر مقادیر سختی و مقاومت آن، در این پژوهش مطالعه دقیق عددی بر روی نسبت های مختلف قطر به ضخامت و نیز دیگر ابعاد این میراگر صورت گرفته است. جهت ارزیابی تاثیر میراگر پیشنهادی در عملکرد لرزه ای ساختمان های فولادی موجود از سه سازه محک 3، 9 و 20 طبقه که توسط این نوع میراگر بهسازی شده، استفاده گردیده است. همچنین تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی با استفاده از شتاب نگاشت های حوزه دور و نزدیک، جهت ارزیابی نتایج تحلیل ها در حالت های لرزه ای مختلف انجام شده است. نتایج تحلیل های عددی بیانگر عملکرد مناسب میراگر تسلیم شونده شبه بیضی پیشنهادی در استهلاک انرژی ورودی زلزله به سازه و کاهش پاسخ های لرزه ای ساختمان های محک بهسازی شده توسط این میراگر می باشد. بدین صورت که به طور میانگین، حداکثر نسبت دریفت بین طبقات در ساختمان های محک 3، 9 و20 طبقه به ترتیب 66، 69 و 67 درصد کاهش یافته است.
کلید واژگان: میراگر تسلیم شونده, میراگر شبه بیضی, بهسازی لرزه ای, ساختمان های فولادی, تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطیUse of passive control systems causes reduction in seismic demand and prevents damage to the main components of the structure. Yielding dampers are among the common tools used for dissipation of earthquake energy entering the structure. The main goal of the present research is introduction of a novel pseudo elliptical yielding damper for improvement of the seismic performance of the existing steel structures. Considering the impact of geometric parameters of the pseudo elliptical damper on its stiffness and strength, a precise numerical study was performed on the ratio of diameter to thickness and other dimensions of the damper in this research. For evaluating the impact of proposed damper on the seismic performance of existing steel buildings, use was made of three benchmark structures with 3, 9 and 12 stories which were retrofitted by this type of dampers. Also, the nonlinear time history analysis has been performed using the near field and far filed accelerometers to evaluate the analyses results at different seismic states. The results of numerical analyses indicated the good performance of propose pseudo elliptical yielding damper in terms of dissipating the earthquake energy entering the structure and reduction in the seismic responses of retrofitted benchmark buildings by this type of dampers. It was found that on average, the maximum inter-story drift in the 3, 9 and 20 story benchmark buildings were reduced by 66, 69 and 67%, respectively.
Keywords: Yielding damper, pseudo elliptical damper, seismic improvement, steel buildings, nonlinear time-history analysis -
برای کاهش پاسخ سازه در برابر زلزله، قطعات با قابلیت اتلاف انرژی می توانند بر روی اتصالات فولادی جاگذاری گردند که این اتصالات با یک فنر دورانی برای تامین سختی و میرایی در سازه مدل سازی می شوند. در این پژوهش با انجام تحلیل لرزه ای و عملیات بهینه سازی تحت چند رکورد زلزله سعی بر برآورد تخمینی برای بهترین محل قرارگیری اتصالات مذکور در سازه می باشد. در گذشته مطالعاتی بر روی این اتصالات در مقیاس سازه انجام شده است، به طوریکه در تمامی اتصالات سازه دو فنر مزبور قرار گرفته اند، اما این مقاله ترکیبی از این نوع اتصالات و اتصالات صلب در دو سازه 9 و 20 طبقه از سازه های مرجع SAC را بررسی می کند. در نهایت، عملکرد سازه با ترکیب اتصالات مجهز به میراگر و اتصالات صلب و همینطور سازه با توزیع یکنواخت اتصالات مجهز به میراگر مقایسه و بررسی گردید و مشاهده شد که عملکرد سازه با اتصالات ترکیبی با وجود مجهز بودن تعداد کمتری از این اتصالات به میراگر، بسیار بهتر از سازه با توزیع یکنواخت این نوع اتصالات می باشد. از سوی دیگر، رفتار خطی و غیرخطی سازه و اتصالات، مدل سازی شده و تحت بررسی قرار گرفت. همچنین در حالت بهینه به طور متوسط تحت سه زلزله، در سازه 9 و 20 طبقه به ترتیب 62 و 68% از اتصالات در حالت خطی و 58 و 61% در حالت غیرخطی، مجهز به میراگر شدند.
کلید واژگان: اتصالات نیمه صلب, اتصالات صلب, میراگر ویسکوالاستیک, توزیع بهینه, الگوریتم ازدحام ذراتTo reduce the seismic response of steel frames, energy dissipation devices can be placed at connections. These connections can be modeled as a rotational spring and damper in parallel. In this paper, an attempt is made to estimate the best distribution of the connections, by time-history analysis and optimization operation. Although in the previous studies, these connections were distributed uniformly, in this research the combination of these connections in rigid frames is proposed. Two 9 and 20-story frames with sections and dimensions based on SAC benchmark structures are studied. Seismic performance of optimized structures with connections equipped with dampers and rigid connections is evaluated and compared with that of the moment frame with uniformly placed such connections. It is observed that performance of hybrid structures, despite having less dampers in connections, is much better than the structure with uniform distribution of this type of connections. On the other hand, linear and nonlinear behavior of elements and connections in structure is developed. Also, in optimal condition, 62 and 68% of the connections in linear and 58 and 61% in nonlinear behavior have been equipped with dampers respectively for 9 and 20-story structures.
Keywords: Semi-rigid connections, Rigid connections, Viscoelastic dampers, Optimum distribution, Particle swarm algorithm -
Several types of steel-framed structures now require seismic retrofitting as a result of changes in their usage or modifications in seismic codes. During the last two decades, viscous dampers have been widely used for seismic rehabilitation of buildings because of their ease of application and significant reductions in structural response. The main objective of this research is to present a new comprehensive design process for seismic rehabilitation with non-linear viscous dampers and to introduce the concept of Optimal Retrofit Level (ORL) to control steel buildings. In this article, the inter-story drift as an important parameter of structural response is employed to estimate the failure cost and determine the limit state. Three-, nine- and twenty-story benchmark buildings are used to evaluate the proposed methodology. These buildings have considerably different dynamic properties. The earthquake records corresponding to three levels of seismic hazard are also applied for time-history analysis in order to investigate the trustworthiness of results obtained for zones with different seismicity. The numerical results indicate that the suggested method is able to drop lifecycle costs and creat an equilibrium between rehabilitation costs and failure costs after seismic rehabilitation.Keywords: Lifecycle cost, Optimal retrofit level, Seismic Retrofit, Steel Buildings, Viscous dampers
-
بتن غلتکی کم سیمان یکی از انواع بتن های خاص است که به جهت کاهش حرارت ناشی از واکنش هیدراتاسیون، مقدار سیمان در نسبت مخلوط آن کم است. این موضوع باعث افزایش نفوذپذیری بتن غلتکی نسبت به بتن معمولی می شود. افزایش نفوذپذیری نیز ورود یون های مخرب به بدنه بتنی سازه های حجیم و در نهایت عدم پایداری این سازه ها را به دنبال دارد. مواد مکمل سیمان مانند زیولیت می توانند نفوذپذیری را کاهش دهند، از این رو در تحقیق حاضر، تاثیر جایگزینی بخشی از سیمان با زیولیت بر خصوصیات دوام و مکانیکی بتن غلتکی بررسی شده است. ابتدا آنالیز شیمیایی و واکنش پوزولانی زیولیت بررسی شدند. سپس به منظور ارزیابی تاثیر زیولیت بر خواص بتن، نمونه های بتن غلتکی در چهار نسبت مخلوط با درصدهای جایگزینی 0%، 15%، 30% و 40% سیمان با زیولیت ساخته شدند و تحت آزمایش های مقاومت فشاری، عمق نفوذ آب، جذب آب، نفوذ تسریع شده یون کلراید (RCPT)، مقاومت الکتریکی، سرعت پالس اولتراسونیک (UPV) قرار گرفتند. کارایی مخلوط های بتن غلتکی نیز از طریق آزمایش میز وی بی تعیین شد. نتایج نشان دادند که بر طبق آزمایش های RCPT، عمق نفوذ آب و مقاومت الکتریکی، جایگزینی 15% وزن سیمان با زیولیت باعث کاهش نفوذپذیری و بهبود چشمگیر خصوصیات دوامی می شود. همچنین افزایش درصد زیولیت، مقاومت فشاری نمونه ها را کاهش می دهد.
کلید واژگان: زئولیت, بتن غلتکی, خصوصیات دوامی, خصوصیات مکانیکی, کاراییLow-cement roller compacted concrete is one of the special types of concrete that has a low amount of cement in its mixture proportion in order to reduce the heat caused by the hydration reaction. This increases the permeability of roller compacted concrete compared to conventional concrete. The increase in permeability also leads to the entry of destructive ions into concrete of mass structures and ultimately the instability of these structures. Cement supplementary materials such as zeolite can reduce permeability, so in this research, the effect of replacing a part of cement with zeolite on durability and mechanical properties of roller compacted concrete has been investigated. First, chemical analysis and pozzolanic activity of zeolite were investigated. Then, in order to evaluate the effect of zeolite on the properties of concrete, samples of roller compacted concrete were made in four mixture proportions with replacement percentages of 0%, 15%, 30% and 40% of cement with zeolite and subjected to compressive strength, water penetration depth, water absorption, Rapid Chloride Permeability Test (RCPT), electrical resistivity, Ultrasonic Pulse Velocity (UPV). The workability of the roller compacted concrete mixtures was also determined by the V.B. table test. The results showed that according to RCPT, water penetration depth and electrical resistivity tests, replacing 15% of cement weight with zeolite reduces permeability and significantly improves durability properties of roller compacted concrete. Also, increasing the percentage of zeolite reduces the compressive strength of the specimens.
Keywords: zeolite, Roller-Compacted Concrete (RCC), durability properties, Mechanical Properties, workability -
جداسازی پایه یک فناوری موثر برای کاهش آسیب های لرزه ای به اجزای سازه ای و غیر سازه ای و همچنین محتویات ساختمان است که به ساختمان ها اجازه می دهد حتی در طول یک زلزله نادر و با شدت زیاد عملکرد خود را حفظ کنند. در این مقاله از روش جدید تعادل انرژی برای طراحی جداساز لاستیکی هسته سربی (LRB) استفاده شده است. از مزیت های آن می توان، عدم نیاز به سعی و خطا در روند طراحی، امکان طراحی نوع لاستیکی و لغزشی جداساز لرزه ای، امکان استفاده از میراگر ویسکوز و یا تسلیمی و یا ترکیب آن دو در محل نصب جداساز را ذکر نمود. برای بررسی دقت این روش، سه سازه فولادی 5، 10 و 15 طبقه با مهاربندی همگرای معمولی با کاربری درمانگاه، به روش تحلیل غیرخطی تاریخچه زمانی تحت 8 رکورد زمین لرزه ی حوزه دور و نزدیک تحلیل شده اند که نتایج بدست آمده از تحلیل تاریخچه زمانی، انطباق خوبی با نتایج تخمینی روش تعادل انرژی دارند. درصد خطای مربوط به جا به جایی جداساز نسبت به مقدار فرض شده در ابتدای طراحی برای سازه 5، 10 و 15 طبقه به ترتیب 4/3، 57/2 و 12/2درصد است. همچنین درصد خطای مربوط به برش حداکثر جداساز نسبت به مقدار بدست آمده از منحنی عملکردی برای سازه 5، 10 و 15 طبقه به ترتیب 08/11، 61/12 و 98/13درصد می باشد.
کلید واژگان: جداسازی پایه, روش تعادل انرژی, سازه سه بعدی فولادی, زمین لرزه ی حوزه دور و نزدیک, تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطیBase isolation is an effective technology for reducing seismic damage to structural and non-structural components as well as building contents, allowing buildings to maintain their function during and after a rare, high-intensity earthquake. This makes it an ideal seismic response correction system for importance buildings. The main advantage of isolated structures is that seismic responses can be easily and effectively reduced by prolonging the period and increasing damping. Therefore, the natural period of the structure isolated from the base is longer. In this paper, a new energy balance method is used to design a lead rubber bearing (LRB) isolator. Energy balance method is an analysis method to evaluate seismic resistance based on the balance of seismic energy input to buildings due to ground motion and energy absorbed by the building. In other words, the energy balance method is a response prediction method to approximate the seismic response of buildings isolated from the foundation. This method is effective for determining the relationship between ground motion, seismic isolation period and the effect of reducing the reaction of dampers. In this method, the specifications of the isolation system, including stiffness, yield shear force and viscous damping ratio, are adjusted in such a way that the maximum shear and maximum displacement in the isolation system do not exceed a certain value determined by the designer. This allows the designer to limit the maximum displacement at the isolation level to a certain amount when there is a constraint on the supply of separation distance around the building and the isolated level. Also, by limiting the maximum shear of the isolators, it is possible to use the base isolation system for retrofitting the existing structures that have a certain lateral capacity.
This design method was first proposed and used in Japan. This method has been recently proposed in the Iranian regulations (which is being drafted) and has not been used much in this country so far. Its advantages include no need for trial and error in the design process, the possibility of designing a rubber and frictional type of seismic isolator, the possibility of using a viscous or hysteretic damper, or a combination of both at the isolator installation site. To evaluate the accuracy of this method, three 5, 10 and 15-story steel structures with an ordinary concentric braced frames in both directions for clinic usage have been modeled and under eight near and far-field earthquakes in the by the nonlinear time-history analysis method have been analyzed. The results obtained from the time-history analysis are in good agreement with the estimated results of the energy balance method. The error percentage related to the displacement of isolator compared to the value assumed at the beginning of the design for 5, 10 and 15-story structures is 3.4%, 2.57% and 2.12%, respectively. Also, the percentages of error related to the maximum shear of isolator compared to the value obtained from the performance curve for 5, 10 and 15-story structures are 11.08%, 12.61% and 13.98%, respectively.Keywords: Base isolation, Energy balance method, 3-D steel structure, nonlinear time history analysis, near, far-field earthquake -
کنترل انفعالی سازه سیستمی است که بدون نیاز به منبع انرژی خارجی و به صورت ثابت به میرا کردن انرژی ورودی ناشی از اعمال بارهای جانبی می پردازد. بهبود عملکرد سازه های مجهز به میراگر را می توان در افزایش انرژی مستهلک شده و کاهش جابجایی سازه دانست. برای این منظور می توان از سیستم مهاربند پرده ای مجهز به میراگر Toggle Brace Damper (TBD) با رعایت طراحی اصولی کمک گرفت. هدف از این مقاله، مقایسه نتایج به دست آمده از نرم افزار آباکوس و SAP2000 برای دو سازه مجهز شده به میراگر تسلیمی با سیستم مهاربندی پرده ای و مهاربندی قطری Diagonal Brace Damper (DBD) است. در این تحقیق از تحلیل تاریخچه زمانی با اعمال سه زلزله السنترو، کوبه و طبس استفاده شده است. میراگر مورد استفاده در تمامی مدل ها یکسان و از نوع میراگر لوله ای تسلیم شونده انتخاب شده است. نتایج به دست آمده از نرم افزار آباکوس نشان می دهد که ظرفیت باربری سیستم TBD نسبت به سیستم DBD تقریبا 3 برابر شده است. دلیل این افزایش، هندسه سیستم TBD است که در تعیین ظرفیت باربری سازه بسیار تاثیر دارد. نتایج SAP2000 نشان می دهد که جابه جایی بام در سیستم TBD نسبت به سیستم مهاربند قطری با میراگر به طور میانگین در قاب های دو و پنج طبقه به ترتیب 77 و 42 درصد کاهش پیدا کرده است. در سیستم TBD نسبت به سیستم DBD برای قاب دو طبقه، جابجایی نسبی طبقات اول و دوم به طور متوسط برای هر سه زلزله به ترتیب 82 و 78 درصد کاهش یافته است و برای قاب پنج طبقه نیز جابجایی نسبی در طبقات اول تا پنجم به ترتیب 53، 46، 41، 35 و 30 درصد کاهش یافته است. نتایج نشان می دهد ضریب بزرگ نمایی (نسبت جابجایی محوری میراگر به جابجایی افقی طبقه، برای بیان ظرفیت شکل پذیری) در طبقه اول قاب دو طبقه سیستم TBD و DBD به ترتیب برابر است با 83/1 و 74/0 و برای طبقه دوم قاب پنج طبقه سیستم TBD و DBD به ترتیب برابر 46/1 و 73/0 است.
کلید واژگان: کنترل انفعالی, سیستم مهاربند پرده ای با میراگر (TBD), سیستم مهاربند قطری با میراگر (DBD), میراگر لوله ای, استهلاک انرژیPassive control of the structure is a system that dissipates the input energy caused by lateral loads without the need for an external energy source. Improvement of seismic performance of the structures equipped with a damper, lies in increasing the energy dissipation and decreasing the vibration of the structure. For this purpose, Toggle Brace Damper system can be used to follow design guidelines. This paper aims to compare the results obtained from SAP2000 software for two structures equipped with Toggle Brace Damper (TBD) and Diagonal Brace Damper (DBD). In this research, time-history analysis is used by applying the El Centro, Kobe and Tabas earthquake records. The dampers used in all models are the same pipe dampers selected from the hysteretic type. The results suggest that the roof displacement of the TBD system in the 2 and 5-story frames decrease in average 77 and 42 percent respectively compared to that of DBD system. The drifts of the floors in the TBD system for 2-story frame are 82 and 78 percent in the 1st and 2nd floors respectively and for the 5-story frame are 53, 46, 41, 35 and 30 percent in the 1st to 5th floors respectively, lower compared to those of DBD system. Magnification factor (ratio of axial damper displacement to floor displacement as ductility capacity) of the 1st story in the TBD and DBD systems for 2-story frame are 1.83 and 0.74 percent respectively and in the 2nd story of TBD and DBD systems for 5-story frame are 1.46 and 0.73 percent respectively.
Keywords: Passive control, Toggle brace damper (TBD), Diagonal brace damper (DBD), Pipe damper, Energy dissipation device -
انتخاب توابع عضویت مناسب برای سیستم های کنترل فازی، همواره موضوع مورد بحث بین محققان بوده است و عموما با سعی و خطا و بر اساس تجربه طراح سیستم کنترلی، تعیین می شود. در این تحقیق، عملکرد سیستم های فازی نوع-1 و نوع-2 با توابع عضویت مختلف در کنترل نیمه فعال فازی سازه های سه و نه طبقه تحت زلزله های السنترو، کرن کانتی، نورثریج و کوبه در بیشینه شتاب های مختلف بحث و بررسی می شوند. در این مطالعه دو سیستم فازی با درنظرگرفتن نوع تابع عضویت و همچنین تعداد توابع عضویت تعریف شده برای هر ورودی مورد استفاده قرار گرفته اند. توابع عضویت بررسی شده با هدف مقایسه ای بصورت متقارن و در بازه های یکسان تعریف شده اند. نتایج مربوط به سیستم های کنترل مورداستفاده برای الگوریتم های فازی نوع-1 و نوع-2 با درنظرگرفتن توابع عضویت مثلثی، گوسی و ذوزنقه ای در مقایسه با حالت کنترل نشده مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. نتایج به دست آمده از معیارهای ارزیابی تعریف شده نشان می دهد که بطور کلی سیستم های فازی نوع 2 عملکرد بهتری در مقایسه با سیستم های فازی نوع 1 دارند که علت آن درنظرگرفتن عدم قطعیت ها و استفاده از توابع عضویت بصورت بازه ای می باشد. سیستم های کنترل فازی با تابع عضویت مثلثی بهترین عملکرد را نسبت به توابع عضویت دیگر داشته اند و تابع عضویت گوسی نیز عملکرد کنترلی نزدیک به تابع مثلثی را از خود نشان داده است. همچنین وقتی از تعداد بیشتر توابع عضویت برای تعیین درجه عضویت مقادیر زبانی فازی استفاده می شود، حساسیت سیستم فازی به نوع تابع عضویت مورد استفاده کمتر می شود.کلید واژگان: تابع عضویت, کنترل نیمه فعال, میراگر سیال مغناطیسی, سیستم کنترل فازی نوع 1 و نوع 2, سازه های مجاورThe selection of appropriate membership functions for fuzzy control systems has always been a topic of discussion among researchers and has been generally determined by trial and error based on the experience of the control system designer. In this study, the control performance of type-1 and type-2 fuzzy systems with different membership functions in semi-active fuzzy control of three- and nine-story structures under seismic excitation of the El centro, Kern County, Northridge, and Kobe earthquakes at different maximum accelerations Will be discussed. In this study, two fuzzy systems have been used considering the type of membership function as well as the number of defined membership functions for each input. The examined membership functions are defined symmetrically and at the same intervals for comparison. The results of the control systems used for the type-1 and type-2 fuzzy algorithms are examined and compared to the uncontrolled mode by considering the triangular, Gaussian, and trapezoidal membership functions. The results obtained from the defined evaluation criteria show that in general, type-2 fuzzy systems perform better than type-1 fuzzy systems, due to the consideration of uncertainties and the use of membership functions intermittently. is Fuzzy control systems with triangular membership functions have the best performance compared to other membership functions and the Gaussian membership function has shown close control function close to triangular function. Also, when more membership functions are used to determine the degree of membership of fuzzy language values, the fuzzy system becomes less sensitive to the type of membership function used.Keywords: Membership Functions, Semi-Active Control, MR damper, Type-1, Type-2 Fuzzy Control Systems, Adjacent Buildings
-
خرابی های ناشی از برخورد سازه های مجاور در زلزله های بزرگ گذشته ، اهمیت سیستم های کنترل سازه را برای کاهش خطر لرزه ای ناشی از برخورد سازه ها نشان داده است. اتصال ساختمان های مجاور با دستگاه های اتلاف انرژی، یک رویکرد عملی و موثر برای جلوگیری از برخورد و همچنین کاهش پاسخ های لرزه ای سازه ها است و این موضوع در سال های اخیر، یک زمینه تحقیقاتی مدنظر بوده است. در این مطالعه، جهت شناخت عملکرد میراگر سیال مغناطیسی با استفاده از سیستم کنترل فازی، سازه های معیار سه و نه طبقه تحت تحریک لرزه ای دو زلزله حوزه نزدیک و دو زلزله حوزه دور با بیشینه شتاب های 0.1g تا 1g مورد بررسی قرار می گیرند. میراگر سیال مغناطیسی در تراز طبقه سوم دو سازه متصل شده است و ظرفیت تولید نیروی کنترلی معادل 1000 کیلونیوتن را دارد. سیستم فازی بر اساس جابجایی طبقه سوم دو سازه با هدف کاهش خطر برخورد سازه ها و همچنین کاهش پاسخ های لرزه ای طراحی شده است. بصورت کلی سیستم کنترلی طراحی شده تحت زلزله های حوزه دور در مقایسه با زلزله های حوزه نزدیک، عملکرد مناسب تری در کاهش پاسخ های دو سازه از خود نشان داده است و از دیدگاه کاهش احتمال برخورد سازه ها، سیستم فازی مورد استفاده تحت زلزله های حوزه دور نسبت به حوزه نزدیک، 71/9درصد عملکرد بهتری از خود نشان داده است.
کلید واژگان: کنترل ارتعاشات, کنترل نیمه فعال, میراگر سیال مغناطیسی, سیستم کنترل فازی, سازه های مجاورDamages caused by the impact of adjacent structures in past major earthquakes have shown the importance of structural control systems to reduce the seismic risk of the impact of structures. Connecting energy dissipation devices to adjacent buildings is a practical and effective approach to prevent collisions as well as reduce the seismic responses of structures, and this issue has been an active research field in recent years. One of the semi-active control methods is the use of MR dampers. These dampers use a magnetic fluid that produces large damping forces in a piston-cylinder system that can be controlled instantly by changing the applied voltage to the damper. The Bouc-wen model has been used to take advantage of the unique properties of MR damper as well as to consider its inherent nonlinear behavior. In this study, to evaluate the performance of MR dampers using a fuzzy control system, three- and nine-story standard structures under seismic excitation of two near-field earthquakes including Kobe (1995) and Northridge (1994) and two far-field earthquakes including El centro (1940) and Kern county (1952) with maximum accelerations of 0.1g to 1g are investigated.The MR damper is connected to the third floor level of the two structures and can produce a controlled force equivalent to 1000 kN. The fuzzy system is designed based on the displacement of the third floor of two structures to reduce the risk of collision of structures as well as reduce seismic responses. the benchmark buildings have been modeled in OpenSees and the fuzzy control system was implemented in MATLAB software. The displacement responses of the third floor of structures are considered as the input value of the fuzzy system and the required voltage of MR damper is considered as the output value of the fuzzy system. In addition, triangular membership functions have been used to determine the degree of membership of input values. In general, the control system designed under far-field earthquakes has shown better performance in reducing the responses of two structures compared to near-field earthquakes. According to the results obtained from the dynamical analysis, the fuzzy system used under far-field earthquakes compared to near-field earthquakes and based on evaluation criteria of J1 (maximum roof displacement), J2 (maximum roof acceleration), J3 (maximum Base shear) and J4 (maximum relative displacement of floors) in three-story building 17.35, 4.94, 3.58, 12.17% and in nine-story building 7.93, 7.05, 0.67, 9.13% showed better performance, respectively. Also, according to the evaluation criterion of J5, which is related to the minimum required gap between two buildings, the fuzzy system used under far-field earthquakes has shown 9.71% better performance than near-field earthquakes.
Keywords: Vibration Control, Semi-active Control, MR Damper, Fuzzy Control Systems, Adjacent Buildings -
امروزه کنترل غیرفعال با معرفی روش های تجهیز سازه ها به میراگر تنظیم شده ی جرمی ، منجر به افزایش ظرفیت سازه و اتلاف انرژی ناشی از تحریک شده است. در این مقاله از روش تحلیل دینامیکی فزاینده برای ارزیابی لرزه ای ساختمان های فولادی با ارتفاع متغیر 4، 8 و 12 طبقه استفاده شده است. منحنی های IDA و مشخصات آماری این منحنی ها (16% اول، 84% اول، میانه، میانگین) با گام های ثابت 0.1g برای این سازه ها در دو حالت کنترل نشده و در حالت کنترل غیرفعال (با TMD دارای درصد های جرمی 5/0% و 1% در بام) ارایه شده اند. در واقع رویکرد آماری برای ارایه ی پارامتر های فرکانس و میرایی میراگر، باعث تمایز این مقاله در زمینه ی کنترل غیر فعال با استفاده از میراگر جرمی تکی شده است. همچنین برای در نظر گرفتن بدترین حالت احتمالی برای سازه ها و کاهش عدم قطعیت در پاسخ سازه تحت زلزله های مختلف، در بررسی منحنی های شکنندگی از تعداد 22 رکورد زلزله های قوی FEMA-P695 استفاده شده است و برای پوشش عدم قطعیت در میراگر و سازه ناشی از تغییرات فرکانس و با توجه به مدل سازی غیرخطی سازه، براساس تحقیقات قبلی، خطای 10% در تنظیم فرکانس میراگر ها در نظر گرفته شده است. در ادامه، صحت سنجی رفتار خطی و غیرخطی مدل به کار رفته در این مقاله، به ترتیب با مقایسه ی نتایج مدل سازی در دو نرم افزار OpenSEES و SAP2000 و مدل سازی سازه ی 40 طبقه مجهز به TMD، تحت اثر زلزله ی Kobe با بیشینه شتاب 0.83g، بررسی شده است.نتایج نشان می دهند برای درصد جرمی معادل 1% برایTMD در بام سازه ها و با در نظر گرفتن 16% اول همه زلزله ها، بیشترین درصد بهبود جابه جایی نسبی بام مربوط به سازه ی 12 طبقه و برابر با 54/2% خواهد بود. همچنین می توان برای کاهش تلاش محاسباتی، میانه ی زلزله ها را در نظر گرفت و به درصد بهبود برابر با 61/1% رسید که در مقایسه با روش اول اعداد قابل قبولی را ارایه می دهد. علاوه بر این، درصد کاهش متوسط جابه جایی در بام در سازه های 4، 8، و 12 طبقه و در حالت های کنترل نشده، کنترل شده با TMD با درصد های جرمی 5/0% و 1% گزارش شده و بیشترین درصد کاهش متوسط پاسخ بام، مربوط به سازه ی 12 طبقه مجهز به TMD با درصد جرمی 1%، برابر 47/3% است.
کلید واژگان: کنترل غیرفعال, تحلیل دینامیکی فزاینده, سازه های فولادی, میراگر تنظیم شده جرمیUsing a Tuned Mass Damper (TMD) in a structure, is a reasonable solution for absorbing its movements caused by external forces. However, when designing a TMD on the grounds of passive control, it is a challenging task as this device can be tuned once and for a specified range of frequency. Employing more than one TMD is another option; although this will lead to higher cost and might increase the base shear of the structure. In this paper, to provide a wide range of frequency and mode shapes in the analysis, nine types of steel structures are designed, having the story number of 4, 8, and 12, respectively, and then subjected to 22 acceleration records of FEMA-P695; These records, are a suitable choice for generating statistical results as they provide a wide range of magnitudes. Three of these structures are uncontrolled, and the remaining are equipped with a TMD on their roof, being of 0.5% and 1% mass ratio and considering the first mode frequency for the TMD design. The design of the TMDs is carried out via Den Hartog's formula.Using incremental dynamic analysis (IDA), fragility curves are created with constant 0.1g steps for PGA intensity measure. In addition, for considering the uncertainties in the performance of the TMD and the structure due to the changes in frequency, a 10% error is applied for the first mode frequency in the nonlinear design of the structures. The maximum drift ratio is used as a damage measure due to its simplicity and comprehensive coverage. Multiple earthquake recordings and their statistical characteristics, such as mean, median, 16%, and 84% of the recorded amplitudes and their more robust components, are utilized to examine the IDA curves to eliminate any ambiguity about structure response. This paper presents its novelty by applying a statistical method for choosing the mass ratio of TMD, considering the possible real-world quantities for this parameter and a wide range of frequencies for the excitations; therefore, limiting the TMD stroke. Subsequently, verifying the linear and non-linear behavior of the model used in this paper is carried out by modeling a 40-story steel structure equipped with a TMD situated on its roof and tuned based on its first mode under the Kobe Earthquake. Furthermore, the displacement response of the 4, 8, and 12-story structures, being equipped with a single TMD of 0.5% and 1% mass ratio, respectively, are compared to their uncontrolled state by exposing them to the Landers earthquake.Results show that using TMD reduces the maximum drift ratio of the structures. Considering the first 16% of the acceleration records, as expected, a 12-story steel structure equipped with a TMD of 1% mass ratio on the roof, presents the best results of maximum drift improvement ratio of 2.54%. Moreover, for reducing computational effort, another alternative is applying a limited number of earthquakes to the structure. By using the median for the duration and PGAs of all FEMA-P695 data to estimate this earthquake record, the maximum drift improvement ratio is then 1.61% for the twelve-story structure resulting in decent numbers compared to the first method. Moreover, all types of the 4, 8, and 12-story structures (uncontrolled, controlled with a TMD of 0.5% mass ratio, and controlled with a TMD of 1% mass ratio) were subjected to the Kobe earthquake, and their average roof displacements were compared. Among these three types of structures, the 12-story structure was recorded to have the highest rate of maximum roof displacement compared to its uncontrolled state, being 3.47%.
Keywords: Passive Control, Tuned Mass Damper (TMD), Incremental Dynamic Analysis (IDA), Steel Structures -
جمع آوری اطلاعات آماری از ساختمان های موجود به ویژه شهر تهران و طبقه بندی آنها کمک شایانی در مدیریت بحران جهت کاهش خسارات لرزه ای می نماید. حذف میان قاب در طبقه همکف به دلیل مزایای کاربردی، به طور گسترده دیده می شود. مطالعات صورت گرفته روی این ساختمان ها، عملکرد ضعیف آنها به علت تشکیل طبقه نرم را نشان می دهد. در این پژوهش ابتدا اطلاعات آماری از ساختمان های نوساز در مناطق 9 و 11 شهر تهران که بر اساس ضوابط لرزه ای طراحی شده جمع آوری و بر اساس علل تشکیل طبقه نرم طبقه بندی گردید. بر این اساس با فرض اجرای صحیح، تنها عامل ممکن در ایجاد طبقه نرم در این سازه ها حذف میان قاب در طبقه همکف می باشد. جهت بررسی این عامل یک ساختمان شش طبقه بتنی نمونه، در حالت سه بعدی در OpenSees مدل سازی شده که در حالت های مختلف چینش میان قاب در طبقه همکف و اعمال زلزله در زوایای مختلف، رفتار سازه ارزیابی گردید. نتایج تحلیل های دینامیکی غیرخطی نشان داد به دلیل آنکه این سازه ها بر اساس ضوابط لرزه ای طراحی شده ، حذف میان قاب در طبقه همکف باعث تشکیل طبقه نرم نشد و با توزیع یکنواخت خسارت در همه طبقات، عملکرد سازه بهبود یافت. همچنین حالت های مختلف چینش میان قاب در طبقه همکف، رفتار سازه را تغییر داده و اهمیت مدل سازی میان قاب و اعمال زلزله در زوایای مختلف را جهت تعیین رفتار واقعی سازه در هنگام زلزله نشان داد.کلید واژگان: مطالعات آماری, طبقه نرم, میان قاب, OpenSees, تحلیل های غیرخطی سه بعدیStatistical collection of existing buildings, especially in Tehran, and their classification can be a great help in identifying crisis management in order to reduce earthquake damage. Modern architecture is widely used due to its economical and practical benefits. In this architecture, the infills on the ground floor are generally removed. In Iran, most infills are constructed in such a way that they are connected to the corner of the frame by bricks, mortar, and other elements. For this reason, they are considered structural elements and will affect the lateral stiffness and lateral strength of the structure. Many studies have been conducted on buildings with this style of architecture designed based on gravity loads, which show their poor performance due to the formation of the soft story. In this study, first, statistical information is collected from recently built buildings in regions No. 9 and 11 of Tehran that are designed and constructed based on seismic criteria and are classified based on the reasons for the formation of the soft stories. Most of the buildings in these regions are RC moment-frame structures and have 6-8 stories and 2-3 bays in each direction. The first story in these buildings is used as parking. Therefore, assuming the correct constructions, the factor of removing the infills on the ground floor can cause the formation of a soft story in these structures.Next, a six-story concrete building with similar architecture in accordance with the results of statistical studies, is modeled in a three-dimensional mode in the OpenSees to evaluate the seismic behavior of the structure in different scenarios of infills arrangement on the ground floor and earthquake at different angles. To better cover all angles and reduce analysis costs, through the LHS sampling method, the selected angle for analysis is determined. Due to the lack of laboratory studies in three-dimensional mode and the importance of the axial-flexural interaction in the column in this research, structural modeling in this study was considered through the fiber model. The model of two compression struts placed diagonally in the panel is used to model the infills, and the numerical modeling is verified with experimental research.In this research, the probable formation of the soft story is evaluated based on three criteria: the ratio of the lateral linear stiffness of the stories, mode shapes, and distribution of the nonlinear lateral drift of the stories. The linear analysis results show that because these infills have high initial linear stiffness, the mode shape and lateral linear stiffness of these buildings are like soft-story buildings. However, the results of the nonlinear dynamic analysis show that since these structures are designed based on seismic criteria and the height of the ground floor is smaller than others, the infills have low ductility. Therefore, the removal of infills in this story does not necessarily lead to a soft story and instead can improve the performance of the structure by uniformly distributing damage across all floors. On the other hand, in the case that infills are evenly distributed in all floors, the behavior of the structure is similar to the moment frame and the damage is concentrated in the middle stories. This type of infill distribution increases the lateral stiffness and reduces the capacity of the structure. Therefore, it has even poor performance in comparison with building without infills in the first story. Also, different scenarios of infill arrangements on the ground floor change the behavior of the structure. Applying earthquakes at different angles indicates the building will experience varied behavior at each angle so that for some angles the building even collapses while for others not. Therefore, according to the numerical results, this modeling and analysis method will help show the actual behavior of the structure during an earthquake to prepare capacity curves for design.Keywords: Statistical Studies, Soft Story, Infill, OpenSees, Three-Dimensional Nonlinear Analysis
-
تیرورق هایی که در پل ها مورد استفاده قرار گرفته است معمولا دارای جانی عمیق و نسبتا لاغرمی باشند،نتیجتا،کمانش جان یکی از فاکتور های مهم در طراحی اینگونه تیرورق ها می باشد.زمانیکه حالت حدی کمانش جان بر طراحی حاکم شود،از سخت کننده های طولی و عرضی به منظور افزایش مقاومت مقطع استفاده می شود.محل قرار گیری سخت کننده ها در تیرورق های صاف تحت مطالعات گسترده ای قرار گرفته است،که منجر به ارایه موثرترین محل قرار گیری برای سخت کننده های طولی و عرضی شده است.مطالعات درزمینه تیرورق های خمیده در پلان به گستردگی آنچه که در رابطه با تیرورق های صاف صورت گرفته ،نمی باشد.بویژه در حالتیکه سخت کننده های طولی در مقطع نامتقارن مد نظر است.این پژوهش به بررسی محل بهینه سخت کننده طولی در تیرورق های خمیده در پلان با مقطعی نامتقارن(بال فشاری بزرگتر از بال کششی)،تحت دهانه ای با تکیه گاه های ساده باتنش تسلیم50 ksi (345 Mpa)می پردازد.از مطالعات پارامتریک برای انتخاب محدوده های لاغری مقطع و شعاع انحناء تیرورق استفاده شد.تیرورق تحت بارگذاری با خمش زیاد و برش کم قرار گرفت.در انتها نیز توصیه هایی ارایه شد که به اختصار شامل موارد ذیل می شود:قرار گیری سخت کننده طولی در فواصل D/4,D/5,D/6از بال فشاری می تواند کمانش خمشی جان را کنترل کند.این رخداد بیانگر لزوم مد نظر قرار دادن اثر ابعاد بال فشاری در بیان محل بهینه سخت کننده طولی در تیرورق های تحت خمش می باشد.در میان محل های فوق الذکر، قرارگیری سخت کننده طولی در فاصله D/4از بال فشاری، بهترین پاسخ برشی را در تیرورق دارد به همین منظور در این تحقیق محل بهینه سخت کننده طولی در فاصله D/4از بال فشاری می باشد.
کلید واژگان: کمانش موضعی جان, تیرورق های Iشکل خمیده در پلان, خمش خالص, سخت کننده طولیThe plate girders used in bridges usually have a deep and relatively thin web, therefore, the buckling of the web is one of the important factors in the design of such girders. While the limit state of web buckling dominant design, Longitudinal and transverse stiffeners are used to increase cross-sectional strength. The location of stiffeners in flat girders has been extensively studied, which has led to the most effective placement for longitudinal and transverse stiffeners. In the case of curved beams in the plan is not as extensive as in the case of flat girders, especially in the case of longitudinal stiffeners in the asymmetric section. Summarized herein is a study that explored single span, horizontally curved, plate girders having a yield stress of 50 ksi (345 MPa) to investigate their flexural behavior as a function of the position of a single longitudinal stiffener at various locations along the depth of the web. The studies were conducted using ABAQUS with the girder cross-sections under high vertical bending moment and low shear. As a result of these studies, recommendations are made for positioning longitudinal stiffeners on horizontally curved:-Placement of longitudinal stiffener at distances D/4, D/5, D/6 from the compression flange can control the flexural buckling of the web. -Among the above-mentioned locations, the location of the longitudinal stiffener at a distance of D/4 from the compression flange has the best shear response in the beam. Therefore, in this study, the optimal location of the longitudinal stiffener at a distance of D/4 from the compression flange.
Keywords: local buckling of web, horizontally curved plate girders, pure bending, longitudinal stiffener -
در چند دهه اخیر تحقیقات متعددی به کنترل نیمه فعال ارتعاش و پایش سلامت سازه های عمرانی در معرض زلزله به صورت جداگانه پرداخته اند؛ درحالی که هر دو آنها شامل سخت افزار مشابه هستند. بنابراین وقتی که یک سازه نیازمند هر دو سیستم کنترل ارتعاش و پایش سلامت سازه باشد، یکپارچه کردن دو سیستم با استفاده از تجهیزات مشترک مقرون به صرفه خواهد بود. استفاده از میراگرهای ویسکوز در کنترل ساختمان ها به دلیل عملکرد مناسب لرزه ای، عدم افزایش محسوس جرم سازه و کمترین تداخل با وضعیت موجود ساختمان، به صورت چشمگیر رو به افزایش می باشد. به همین دلیل هدف اصلی این تحقیق ارایه یک روند جدید و یکپارچه برای پایش سلامت و کنترل نیمه فعال سازه با استفاده از میراگرهای ویسکوز با میرایی متغیر می باشد. در این تحقیق ابتدا مفهوم سیستم یکپارچه با استفاده از میراگر ویسکوز نیمه فعال بیان می شود و پس از آن طرحی برای به هنگام سازی ماتریس های مشخصه ساختمان و شناسایی پارامترهای سازه ای آن ارایه می گردد. در پایان، بر اساس به هنگام سازی ماتریس های سیستم، کارایی کنترل میراگراهای ویسکوز نیمه فعال با استفاده از الگوریتم کنترل بهینه خطی درجه دو برای ساختمانی که در معرض تحریک زلزله قرار گرفته است بررسی می شود. نتایج عددی نشان داد با استفاده از روش پیشنهادی پارامترهای سازه ای می توانند به طور دقیق شناسایی شوند و در عین حال، ارتعاش بطور قابل توجهی در ساختمان کاهش می یابد.
کلید واژگان: پایش سلامت سازه, کنترل نیمه فعال, تشخیص خرابی, شناسایی سیستم, میراگرهای ویسکوزUsing control devices to enhance system identification and damage detection in a structure requiring both vibration control and structural health monitoring is an interesting yet practical topic. In recent decades several independent research studies have been conducted on the semi-active vibration control and health monitoring of the civil structures subjected to earthquakes, whereas both require similar software. Therefore, where there is a need for both vibration control and health monitoring systems in a building structure, integrating both systems using common equipment would be economical. Application of the viscous dampers for control of buildings, due to their proper seismic performance, lack of significant increase in the structural mass, and least interference with the present situation of the building is rapidly increasing. For this reason, the main goal of this research is to present a new integrated procedure for simultaneous health monitoring and semi-active control of the building structure using the viscous dampers with variable damping coefficients. Next, a scheme is presented for updating the building characteristic matrices and identifying the structural parameters. Finally, according to the updated system matrices, the efficiency of semi-active viscous dampers is investigated. For this purpose, a linear quadratic regulator optimal control algorithm is used for a building subjected to seismic excitations. The results show that the structural parameters are accurately identified; and, at the same time, the building structural vibration is significantly reduced.
Keywords: Structural health monitoring, Semi-Active Control, damage detection, System identification, viscous dampers -
قاب های مهاربندی متداول در مقایسه با قاب های خمشی دارای سختی جانبی بالایی بوده اما شکل پذیری پایینی دارند. قاب های خمشی دارای شکل پذیری بالایی بوده اما به علت سختی جانبی کم به هنگام زلزله تغییرمکان های بزرگی از خود نشان می دهند که مطلوب نیست. در این تحقیق قصد بر این است که با استفاده از استقرار قطعات کمانی شکل بریده شده از ورق فولادی در گوشه قابهای ساده و تسلیم آنها، با ایجاد یک سیستم باربر جانبی مناسب عملکرد لرزهای این قاب های فولادی بهبود یابد. این قطعات به علت وجود خروج از مرکزیت موجود، به صورت اندرکنشی از نیروی محوری و لنگر خمشی تسلیم شده و مشابه یک میراگر جاری شونده، انرژی ورودی را مستهلک میکنند. در این مطالعه، ابتدا منحنی هیسترزیس قطعات کمانی شکل با فولاد ST37، با استفاده از نرم افزار اجزای محدود آباکوس به دست آمد و سپس این عضو کمانی با تطابق منحنی هیسترزیس به دست آمده، در نرم افزار SAP مدل سازی گردید. در ادامه قاب های 3، 6 و 9 طبقه خمشی تنها و قاب مفصلی به همراه قطعات کمانی، مدل سازی شده و تحت تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی رکورد زلزلههای مختلف قرار گرفتند. بر اساس نتایج به دست آمده، حداکثر جابه جایی بام و جابه جایی نسبی طبقات، در حالت قاب ساده به همراه قطعات قوسی نسبت به حالت قاب خمشی تنها، به طور میانگین، به ترتیب 22 و 8 درصد کاهش یافت. همچنین در قاب های ساده به همراه قطعات کمانی، به طور میانگین 46 درصد انرژی ورودی توسط قطعات کمانی مستهلک شده که حاکی از عملکرد نسبی خوب این سیستم می باشد.
کلید واژگان: سیستم باربر جانبی, قطعات کمانی, قاب خمشی, تحلیل تاریخچه زمانی, اتلاف انرژیTypical braced frames, in comparison with rigid frames, have higher stiffness but they have low ductility. On the other hand, rigid frames have high ductility but due to their low lateral stiffness, they maintain large displacements throughout earthquake, which is not favorable. Furthermore, in rigid frames, the beam to column connection is a critical area that often experiences damage during earthquake. In this research, the objective is to create a lateral load-carrying system and improve the seismic performance of steel frames using placement of arch segments cut of steel plates at the corner of simple steel frames and their yielding. Due to the eccentricity, these components are subjected to an interaction of axial and flexural forces and like yeielding dampers absorb the major part of the input energy. In this study, first, hysteresis curve of arch segments made by ST37 steel was achieved using finite element software, ABAQUS. Then this damper was modeled in SAP software to create the same hysteresis curve. Then, 3, 6 and 9-story bare rigid frames and simple frames with arch segments were modeled and subjected to time-history analysis of 12 different earthquakes. Based on achieved results, maximum roof displacement and maximum story drifts of frames, in simple frames with arch segments compared to bare rigid frames in average reduced 22 and 8%, respectively. Also in simple frames with arch segments in average 46% of input energy was absorbed by arch segments that indicates relatively good performance of this system.
Keywords: Lateral load-carrying system, arch segments, rigid frame, time-history analysis, energy dissipation -
The moment frame system is used as a lateral load resisting system against seismic loads. So far, a large body of research has been conducted on steel connections and various types of connections including Reduced Beam Section (RBS) and Drilled Flange Connection (DFC). Using RBS results in the formation of inelastic deformation in a part of the beam far from the column flange. They have studied the seismic performance of the recently developed DFC as a simple and efficient alternative to mostly used conventional RBS. In this research, the beam flange is drilled in different patterns in terms of the hole diameter. After simulating the models in Abaqus, the moment-rotation curves are extracted and analyzed numerically. Having obtained the results of the current research regarding the moment connection where beam flanges are drilled, it is evident that drilling holes in the beam flange with a clock pattern can better satisfy the flexibility expectations. Moreover, this pattern has the higher capability for plastic hinge transfer from the column face compared to the direct pattern. Additionally, this pattern can reduce the bending stress in the penetration weld of the direct beam to column connection. Thus, the clock pattern of beam flange holes performs better than the straight one.
Keywords: Steel Moment Frame, Box Sections, Shear Capacity, Clock Pattern, Drilled Flange -
در این پژوهش به منظور بررسی و مقایسه عملکرد میراگر جرمی منفرد واقع در محل بیشینه جابجایی مودی (بام سازه) و میراگرهای جرمی چندگانه توزیع شده در ارتفاع سازه بر اساس تحلیل مودال ، از یک سازه 40 طبقه در دو حالت خطی و غیرخطی بهره گرفته شده است. مدلسازی سازه به همراه هفت شتاب نگاشت زلزله های اعمالی با بیشینه شتاب معادل g0/1 در نرم افزار OpenSees انجام شده است. نتایج تحلیلهای صورت گرفته نشان می دهد که کنترل سازه در حالت خطی توسط میراگرهای جرمی چندگانه تنظیم شده بر اساس مودهای اول-دوم رفتار مناسب تری نسبت به سایر حالت ها دارد و متوسط کاهش بیشینه جابه جایی بام سازه با استفاده از این نوع از میراگر ها 5/14 درصد می باشد که حدود 2 برابر بیشتر از کاهش ناشی از حالت های استفاده از میراگر های منفرد تنظیم شده، بر اساس مود اول و میراگر جرمی چندگانه ی تنظیم شده بر اساس مود اول یا دوم، می باشد. این در حالی است که با توجه به فرض تنظیم مقادیر طراحی میراگرها متناظر با رفتار ارتجاعی آنها، در مدل غیرخطی سازه عملکرد میراگرهای جرمی منفرد و چندگانه ضمن کنترل پاسخ های سازه، اندکی کاهش می یابد. خطای 10 درصدی به منظور پوشش عدم قطعیت های موجود در میراگرهای جرمی و سازه ناشی از تغییرات فرکانس، در تنظیم فرکانس طراحی میراگرها در نظر گرفته شده است که در این حالت نیز رفتار میراگرهای جرمی چندگانه مناسب تر بوده است.
کلید واژگان: میراگر جرمی تنظیم شده منفرد (STMD), میراگر جرمی تنظیم شده چندگانه (MTMD), کنترل غیرفعال, تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی, آنالیز مودالIn this study, to investigate and compare the performance of the single mass damper in the maximum modal displacement (roof) and multiple mass dampers vertically distributed in the height of the structure, based on the modal analysis, two linear and nonlinear models of a 40-story structure were selected. The structure has been modeled in OpenSees software using seven acceleration time histories. The analysis results for applied earthquakes under the maximum acceleration of 1.0g show that the control of the linear structure by multiple tuned mass dampers (MTMDs) tuned to the first and second modes have more appropriate behavior than others, and the average reduction of the maximum displacement of the Roof applying this type of dampers is 14.5%, which is about 2 times more than reduction of the STMD tuned to the first mode and the MTMDs tuned to the first or second modes, systems. However, due to the assumption of tuning the design parameters of the dampers corresponding to their elastic behavior, the performance of single and multiple mass dampers slightly decreases in a nonlinear model of the structure while structural responses are still controlled. Also, for the 10% error caused by misadjusting of the dampers, the behavior of MTMDs is more appropriate.
Keywords: single tuned mass dampers (STMD), Multiple tuned mass dampers (MTMD), Passive control, dynamic time history analysis, modal analysis -
میراگرهای معمول و رایج مایع تنظیم شونده، به سبب عدم امکان تغییر مشخصات در خلال عملکرد صرفا باید با فرکانس اصلی سازه در مد اول تنظیم گردند. برای غلبه بر این عیب اساسی در این تحقیق از یک سیستم جدید، VBTLD ، میراگر مایع تنظیم شونده با پره های قابل دوران، استفاده شده است؛ که شامل مخزن میراگر به همراه هشت پره قابل تنظیم در داخل آن می باشد؛ که تحت اثر زلزله کوبه برای شتاب های مختلف مورد آزمایش قرار گرفته است. به منظور بررسی تغییرمکان بام سازه مرجع پنج طبقه، از میراگر مایع تنظیم شونده و میراگر جرمی هم وزن معادل میراگر مایع، از نتایج آزمایشگاهی و مدل سازی عددی سازه پنج طبقه مرجع در نرم افزار OpenSEES بهره گرفته شده است. هدف از این بررسی مقایسه میراگر مایع پره دار با میراگر جرمی هم وزن خود در حالت بهینه می باشد. میراگر مایع تنظیم شونده با پره های قابل دوران می تواند به جای تنظیم در یک فرکانس خاص، در یک بازه فرکانسی بین 73/1 تا 00/3 برابر یک فرکانس خاص تنظیم شود. نتایج استخراج شده از تحریک لرزه ای سازه مجهز به میراگر پره دار نشان می دهد که استفاده از میراگر با عمق آب 42 میلی متر پاسخ سازه را در برابر زلزله کوبه برای شدت های 2، 4، 6 و8 درصد شتاب اولیه این زلزله در مناسب ترین زاویه قرارگیری پره ها به ترتیب 1/23، 22، 6/14 و 5/10 درصد نسبت به میراگر جرمی بهینه کاهش داده است؛ این مقادیر بهبود برای میراگر با عمق آب 63 میلی متر به ترتیب 2/8، 5/9، 7/6 و 8/6 درصد می باشد.
کلید واژگان: رفتار لرزه ای, میراگر مایع تنظیم شونده, پره های قابل دوران˓, میراگر جرمی تنظیم شونده, تحریک زلزلهIn this study, to improve the efficiency of TLD, a Variably Baffled Tuned Liquid Damper (VBTLD) was used. The baffles are so that they divide the tank into three equal parts when they are fully closed. Furthermore, when they are open or partially closed, they can serve as some obstacles and improve the energy dissipation parameters. When this damper meets an excitation with a specific frequency, the baffles can be tuned to make the frequency of sloshing equal to that frequency. VBTLD used in this paper could be set for frequency range from 1.73 to 3 times of a specific frequency. Compared to a simple TLD, VBTLD can be tuned to a range of frequencies and improve the performance of structure against external excitation. At first, the benchmark building was modeled in OpenSees, then the performance of the device was verified by previous test results. To examine performance of VBTLD, Tuned Mass Damper (TMD) with optimal parameters was used in this study. Results show that when the baffles are at the best angle, VBTLD with water depths of 42 mm has maximum response reduction for the numerical model subjected to the Kobe earthquake at intensities of 2, 4, 6 and 8% of the Initial maximum acceleration of the earthquake (PGA=0.87g). The improvement of structural behavior compared to the optimal mass damper at maximum acceleration are respectively 23.1, 22, 14.6 and 10.5% while for damper with water depths of 63 mm, they are respectively 8.2, 9.5, 6. 7 and 6.8%.
Keywords: Seismic behavior, Tuned Liquid Dampers (TLD), rotatable baffles, Tuned Mass Damper (TMD), Earthquake excitation -
از منحنی های شکنندگی برای نمایش احتمال ایجاد خسارت به ساختمان ها در هنگام وقوع زلزله با شدت های مختلف استفاده می شود. هدف اصلی این مطالعه ارایه یک پروسه طراحی جدید برای بررسی اثربخشی استفاده از میراگرهای ویسکوز در بهسازی لرزه ای سازه های فولادی با استفاده از تحلیل شکنندگی لرزه ای می باشد. علاوه بر این برای تعیین میزان اثربخشی بهسازی لرزه ساختمان های فولادی با میراگرهای ویسکوز یک فرمول ساده و کاربردی ارایه می گردد. تغییرمکان نسبی بین طبقات به عنوان یک پارامتر موثر در ارزیابی ایمنی ساختمان ها پس از وقوع زلزله در این مطالعه به عنوان شاخص خرابی مورد استفاده قرار می گیرد. برای مقایسه احتمال شکست ساختمان های با و بدون میراگر، از سه ساختمان شاخص سه، نه و بیست طبقه استفاده می شود. همچنین در تحلیل دینامیکی غیر خطی از رکوردهای زلزله که متناظر با سه سطح خطر زلزله می باشند استفاده می گردد. مقایسه منحنی های شکنندگی ساختمان فولادی کنترل شده با ساختمان های بدون میراگر نشان دهنده کاهش چشمگیر در احتمال شکست سازه پس از بهسازی با میراگرهای ویسکوز می باشد. نتایج تحلیل های عددی نشان داد میزان اثر بخشی بهسازی در ساختمان های شاخص 3، 9 و 20 طبقه به ترتیب 45، 48 و 41 درصد می باشد و اگرچه بهسازی لرزه ای در تمامی ساختمان های شاخص منجر به بهبود عملکرد لرزه ای شده است، اما میزان کاهش در پاسخ سازه میان مرتبه بیشتر از سایر ساختمان ها می باشد.
کلید واژگان: میراگرهای ویسکوز, ساختمانهای فولادی, منحنی های شکنندگی, بهسازی لررزه ای, جابجایی نسبی بین طبقاتThe fragility curves are used to indicate the probability of damage to buildings during the earthquakes with different intensities. The main objective of this study is to present a new design procedure for exploring the effectiveness of using viscous dampers in the seismic rehabilitation of steel structures using the seismic fragility analysis. In addition, a straightforward formula is presented to determine the effectiveness of seismic rehabilitation of steel structures with viscous dampers. The inter-story drift as one of the effective parameters for assessing the safety of buildings after an earthquake is used in this study as a damage index. To compare the damage probability of buildings with and without damper, three 3, 9 and 20-story benchmark buildings are used. Furthermore, the earthquake records corresponding to three levels of seismic hazard are used for the nonlinear dynamic analysis. Comparison of the fragility curves between the steel structures controlled and the buildings without the damper shows a significant decrease in the damage probability after the rehabilitation with the viscous dampers. The results of numerical analysis showed that although seismic rehabilitation in all benchmark buildings led to the improved seismic performance, the decrease in the response of the 9-story structure is higher compared to the other buildings.
Keywords: Viscous dampers, steel buildings, fragility curves, seismic rehabilitation, inter-story drift ratio -
یکی از شیوه های معمول کنترل غیرفعال سازه ها تحت اثر زمین لرزه بهره گیری از سیستم میراگرهای جرمی تنظیم شونده است. میراگرهای جرمی تنظیم شونده غالبا با اثرگذاری روی یک مود، که معمولا مود اول سازه است، سبب کاهش دامنه پاسخ ها می گردند. ساختار این میراگرها متشکل از سه پارامتر اصلی یعنی جرم، میرایی و سختی می باشند. از آنجا که پارامترهای میراگرهای جرمی تنظیم شونده در زمان ارتعاش ثابت می باشند، تنظیم صحیح و بهینه آن ها بسیار حایز اهمیت است. مطالعات اخیر انجام گرفته با تمرکز بر روی کاربرد میراگرهای جرمی تنظیم شونده برای سازه های ساختمانی می باشد که به طور عمده به تغییرمکان های جانبی در سازه ها توجه شده؛ لیکن در این تحقیق کاربرد این میراگرها و اثربخشی آن ها بر روی کابل های انتقال قدرت در هر دو جهت عرضی و قایم به طور همزمان مدنظر است. به منظور بررسی رفتار دکل به روش عددی، سازه دکل تلسکوپی فلزی در نرم افزار اجزاء محدود اپنسیس مدل سازی شده است و برای کاهش حجم محاسبات به منظور یافتن مقادیر بهینه پارامترهای میراگرهای جرمی تنظیم شونده، از روش جستجوی عددی با هدف کمینه کردن تغییرمکان افقی وسط دهانه کابل استفاده شده است. نسبت جرمی بهینه میراگرهای تنظیم شونده به منظور کنترل ارتعاشات دکل به همراه کابل های انتقال قدرت برابر 5/0 درصد جرم سازه دکل انتخاب شده است. بر اساس تحلیل های عددی انجام گرفته برای این نسبت جرمی، میزان کاهش بیشینه تغییرمکان افقی وسط دهانه کابل بین دکل ها توسط میراگرهای جرمی تنظیم شونده برای زلزله های اعمال شده در بیشینه شتاب های کمتر از g5/0 تا حد 50 درصد کاهش یافته است.
کلید واژگان: میراگر جرمی تنظیم شونده, بهینه یابی, ارتعاش کابل, دکل انتقال قدرت, نیروی زلزلهTuned Mass Dampers, TMDs, often reduce the displacement response of structures by influencing their first mode of vibration. The structure of these dampers consists of three main parameters: mass, damping, and stiffness. Since the parameters of TMDs are constant during the vibrations, optimal tuning of these parameters is very important. Finding the optimal values of the key parameters for a TMD in nonlinear structures using numerical methods involves numerous nonlinear dynamic analyses; therefore, the computations would be time-consuming. Recent studies, carried out on the application of TMDs in building structures, have mainly focused on reducing the lateral displacements of building structures. However in this research, the application of TMDs and their effectiveness are investigated for cables of the power transmission tower in both lateral and vertical directions simultaneously. In order to numerically study the behavior of the power transmission tower, the structure of the telescopic steel tower is modeled in the OpenSEES software and to reduce the volume of computation, a numerical search method is used to find the optimal values for the parameters of the TMDs to minimize the lateral displacement in the middle of the cable span. The mass ratio of the TMDs is equal to 0.5% of the total mass of the structure. Using this mass ratio, numerical analyses of the system indicate that the maximum reduction of lateral displacement at the middle of the cable mitigated due to implementing TMDs is about 50% under the applied earthquakes with 0.5g maximum acceleration.
Keywords: Tuned Mass Damper, optimization, cable vibration, Transmission tower, earthquake force -
حرکات ارتعاشی دستگاه های مکانیکی می تواند اثرات نامطلوبی در عملکرد آن ها و سازه هایی که این دستگاه ها روی آن قرار دارند، داشته باشد. با افزایش سرعت زاویه ای این دستگاه ها و نزدیک شدن آن به فرکانس طبیعی سازه، می تواند باعث بروز پدیده هایی همچون تشدید، شبه تشدید، ضربان و شبه ضربان شود. در تحقیق حاضر برای کاهش پاسخ چنین پدیده های احتمالی، از میراگرهای جرمی به صورت غیرفعال و نیمه فعال استفاده شده است. پارامتر میرایی میراگر جرمی نیمه فعال از طریق دو استراتژی مختلف سیستم استنتاج فازی و الگوریتم ground-hook، بر اساس پاسخ سازه تخمین زده می شود. نتایج این بررسی نشان می دهد که استفاده از میراگر جرمی نیمه فعال، می تواند عملکرد سیستم غیرفعال را در کاهش جابجایی سیستم، 32% تا 47% تحت پدیده های مختلف، بهبود دهد. استفاده از سیستم استنتاج فازی در تعیین نسبت میرایی میراگر جرمی می تواند %5/1 تا %2/6 نسبت به الگوریتم ground-hook پاسخ جابجایی سیستم را کاهش دهد. تحلیل های انجام شده برای محدوده ای از فرکانس های بهینه، نشان می دهد که سیستم فازی حساست کمتری نسبت به عدم تنظیم بهینه فرکانس میراگر جرمی دارد.
کلید واژگان: میراگر جرمی نیمه فعال, الگوریتم کنترلی فازی و Ground-hook, ماشین های دوار, تشدید و شبه تشدید, ضربان و شبه ضربانDynamic vibrations of mechanical equipment affect the magnificent performance of themselves, and the other structures installed on them. The gradual increasing of their angular velocity leads to some rare occurrence such as Resonance, Pseudo Resonance, Beating, Pseudo Beating phenomenon and so on, when it has gone on angular velocity of mentioned structures. Therefore, dynamic responses of these structures should be declined. In this study, active and semi-active control approaches have been used to going down the responses of a single degree of freedom structure subjected to the above-mentioned probabilistic phenomenon. In addition, some existence optimum functions have been applied to determining the TMD’s frequency and damping parameters. These parameters of semi-active TMD are predicted utilizing two different strategies, the Fuzzy Logic system and Ground-Hook algorithm. The logic of making alteration to damping ratio is based on regaining the equilibrium of structure as it vibrates. Copping with different phenomenon, results of this investigation indicate the advantages of semi-active tuned mass damper usage to drop dramatically the system displacement by 32 to 47 percent. Moreover, using of fuzzy logic systems in order to set damping parameters of TMD, results in 1.5 to 6.2 percent more downward trend in comparison to Ground-Hook algorithm. The done analysis for a wide range of optimal frequencies illustrate that fuzzy logic system is lowly sensitive to determination of TMD’s optimal frequency.
Keywords: semi-active tuned mass damper, fuzzy logic, Ground-Hook algorithm, rotary machines, Resonance, Pseudo Resonance, Beating, Pseudo Beating
- این فهرست شامل مطالبی از ایشان است که در سایت مگیران نمایه شده و توسط نویسنده تایید شدهاست.
- مگیران تنها مقالات مجلات ایرانی عضو خود را نمایه میکند. بدیهی است مقالات منتشر شده نگارنده/پژوهشگر در مجلات خارجی، همایشها و مجلاتی که با مگیران همکاری ندارند در این فهرست نیامدهاست.
- اسامی نویسندگان همکار در صورت عضویت در مگیران و تایید مقالات نمایش داده می شود.