تحلیل تاریخچه زمانی
در نشریات گروه عمران-
اندرکنش بین سازه، پی و خاک زیرین آن (بستر انعطاف پذیر) رفتار سازه را نسبت به حالت بستر صلب تغییر می دهد. روش مستقیم در تحلیل مسئله اندرکنش خاک- سازه به دلیل امکان مدل سازی رفتار غیرخطی سازه و خاک و رفتار واقعی سازه بخصوص در رویکرد طراحی براساس عملکرد از اهمیت بالایی برخوردار است. مدل سازی اجزای محدود مسئله اندرکنش خاک- سازه به روش مستقیم چالش هایی مانند مدل سازی صحیح محیط نیم بینهایت خاک با در نظرگرفتن اثرات اینرسی، میرایی تشعشعی، انتشار موج و اعمال مناسب و صحیح شتاب نگاشت زلزله به مدل در مرزهای بریده شده ناحیه دور همزمان با مرز جاذب انرژی را با خود به همراه دارد. در این مقاله، روش مستقیم با دقت بالا و در عین حال کاربردی برای رفع چالش های مذکور جهت اعمال در نرم افزارهای اجزای محدود معرفی می شود. این روش، براساس ترکیب روش کاهش دامنه با مرزهای جاذب لایزمر می باشد که پس از اعمال در نرم افزار اجزای محدود آباکوس راستی آزمایی می گردد. اختلاف پاسخ های حاصل از تحلیل به روش اندرکنشی پیشنهادی در این مقاله، با نتایج روش های اندرکنشی مرسوم وینکلر نشان داد که تحلیل اندرکنشی پیشنهادی از دقت بیشتری برخوردار است. در ادامه، برای نشان دادن قابلیت های این روش در حل مسائل متداول مهندسی، رفتار لرزه ای سه نوع سازه بتنی کوتاه، میان و بلندمرتبه تحت زلزله های مختلف تحلیل و پارامترهای محتوای فرکانسی زلزله، نوع خاک، حوزه زلزله به تفصیل بررسی گردید. نتایج تحلیل نشان داد که پارامترهایی نظیر محتوای فرکانسی، نوع خاک و حوزه زلزله بر میزان و روند پاسخ های تحلیل تاثیرگذار است. برای مثال، در این تحقیق به صورت کلی، پاسخ های سازه کوتاه مرتبه و زلزله های حوزه نزدیک بیشتر از سایر حالت ها به دست آمد.کلید واژگان: اندرکنش خاک و سازه، میرایی تشعشعی، انتشار موج لرزه ای، روش کاهش دامنه، تحلیل تاریخچه زمانیThe behavior of a structure changes when it interacts with underlying soil, which acts as a flexible base, as compared to a rigid base condition. Given the importance of performance-based design, the direct method for soil-structure interaction (SSI) problem is essential for accurate characterization of the non-linear behavior of the soil and the structure. Using direct method in FE modeling of SSI problem poses several challenges. These include accurately representing the semi-infinite soil domain, accounting the inertia effects, radiation damping, and wave propagation, and properly applying earthquake ground motions at the boundaries, which coincide with the energy-absorbing boundaries. This article presents a precise and practical approach to tackle these difficulties, which is well-suited for implementation in FE software such as ABAQUS. This approach utilizes the combination of the domain reduction method (DRM) and Lysmer energy-absorbing boundaries. The accuracy of the model is assessed by some validations and compared by traditional Winckler's approaches; results showed the superior accuracy of the proposed approach. In addition, this method is used to demonstrate its efficiency in solving typical engineering issues. Furthermore, to demonstrate the capabilities of this method in solving engineering problems, seismic analyses of three types of concrete structures (low, mid, and high-rise) under various seismic scenarios are investigated. Seismic frequency content, soil type, and other parameters are examined. The analysis results demonstrate the substantial impact of mentioned characteristics on the structural reaction. In particular, the research findings suggest that low-rise structures show greater responses in comparison to other structures in this study.Keywords: Soil-Structure Interaction, Radiation Damping, Seismic Wave Propagation, Domain Reduction Method, Time History Analysis
-
جامع ترین روش های تجزیه وتحلیل، روش های غیرخطی هستند که نیاز به محاسبات زیادی دارند. در این تحقیق، از روش زمان دوام استفاده شده که یک روش دینامیکی جدید که در آن نیاز به محاسبات کاهش یافته است. در روش زمان دوام، سازه ها تحت عملکردهای شتاب دهنده ویژه طراحی شده قرار می گیرند و پاسخ آن ها در سطوح مختلف عملکرد توسط هر یک از تجزیه وتحلیل های تاریخ پاسخ واحد برآورد می شود، بنابراین، به طور قابل توجهی تقاضای محاسباتی موردنیاز را کاهش می دهد. طراحی میراگرهای اصطکاکی دورانی در سازه های مورد بررسی بر اساس شاخص عملکرد لرزه ای و با تحلیل تاریخچه زمانی به روش زمان دوام انجام گرفته و نیروی لغزش این میراگرها به صورت یکنواخت در سازه توزیع شده است. نتایج این پژوهش برای دو سازه 3 و 9 طبقه نشان داد که برش پایه باتوجه به اینکه در ابتدا سازه قاب خمشی بوده و زمان هدف متفاوتی داشته و در ادامه به آن مهاربند اضافه شده همان طور که انتظار می رفت مقادیر برش پایه بین 60 تا 100 درصد افزایش پیدا کرد. باتوجه به اضافه کردن میراگر به سیستم با درنظرگرفتن افزایش نسبی انرژی ورودی همان طور که انتظار می رفت مقادیر انرژی مستهلک شده بین 10 تا 97 درصد می باشد. دررابطه با بررسی جابه جایی نسبی بین طبقات کاهش مقادیر در طبقات زیاد بوده که باتوجه به نتایج از 5 تا بیش از 50 درصد گزارش شده است.کلید واژگان: روش زمان دوام، میراگر اصطکاکی - دورانی، شاخص عملکرد، تحلیل تاریخچه زمانی، زمان هدفThe most comprehensive analysis methods are non-linear methods that require a lot of calculations. In this research, the endurance time method is used, that is a new dynamic method in which the need for calculations is reduced. In the endurance time method, the structures are subjected to specially designed acceleration functions and their response at different performance levels is estimated by each of the unit response history analyses, thus, significantly reducing the required computational demand. The design of rotational friction dampers in the studied structures was done based on the seismic performance index by endurance time method, and the sliding force of these dampers was uniformly distributed in the structure. The results of this research for two structures of 3 and 9 floors showed that the shear of the base is between 60 and 100%, as expected, considering that the structure was a moment frame at the beginning and had a different target time, and then braces were added to it. Increased. Due to the addition of the damper to the system, taking into account the relative increase in input energy, as expected, the amount of depreciated energy is between 10 and 97%. In relation to the study of drift, the reduction of the values in the floors was high, which was reported from 5 to more than 50% according to the resultsKeywords: Endurance Time Method, Frictional-Rotational Dampers, Performance Index, Time History Analysis, Target Time
-
یک روش تحلیل عددی کارآمد تحت عنوان روش نیوتن-کاتس-هرمیت-چهار نقطه ای (NCH-4P) برای تحلیل تاریخچه زمانی سیستم های سازه ای یک و چند درجه آزادی، تحت اثر زلزله ارائه شده است. در این روش، فرمول انتگرال گیری عددی نیوتن-کاتس چهار نقطه ای به طور موثری با فرمول های درون یابی هرمیت ترکیب شده اند تا الگوریتمی جدید برای حل معادله ارتعاش تشکیل دهند. در روش جدید هم سیستم های خطی و هم سیستم های غیرخطی پوشش داده می شوند؛ علاوه برآن، تحلیل سیستم ها تحت انواع بارگذاری ها اعم از نیرو های خارجی و تحریک زلزله امکان پذیر است. روش جدید برای اولین بار جهت تحلیل سیستم های سازه ای میرا و نامیرای خطی و غیرخطی یک درجه آزادی و چند درجه آزادی توسعه داده شده است. فرمول بندی روش جدید ارائه شده در مقایسه با روش شبه تحلیلی نیومارک-بتا و روش نیمه تحلیلی انتگرال دوهامل از دقت، سرعت و هم گرایی قابل توجهی برخوردار بوده و درعین حال از سادگی بالایی نیز برخوردار است. در این فرمول بندی، معادله دیفرانسیل حرکت به گونه ای اصلاح می شود که شکل مناسبی برای انتگرال گیری عددی داشته باشد. در این روش برخلاف روش نیومارک-بتا غیرخطی، نیاز به اجرای یک روند مستقل مانند تکرار نیوتن، برای لحاظ اثرات غیرخطی نبوده؛ بلکه یک سری محاسبات ساده تکراری منجر به هم گرایی پاسخ در رفتار غیرخطی خواهد شد. نتایج عددی کارایی روش جدید را در تخمین پاسخ سیستم های تحت رکورد معروف ال-سنترو نشان می دهد.
کلید واژگان: تحلیل تاریخچه زمانی، پاسخ لرزه ای، تحلیل غیرخطی سازه ها، سیستم های چند درجه آزادی، انتگرال نیوتن-کاتس، فرمول درون یابی هرمیت، روش نیوتن-کاتس-هرمیت-چهار نقطه ایThis paper presents an efficient numerical analysis method called the Newton-Cotes-Hermite-Four-Point (NCH-4P) method for the time history analysis of structural systems with one and multiple degrees of freedom under earthquake effect. The method combines the numerical integration formula of the Newton-Cotes four-point method with the Hermite interpolation formulas to form a new algorithm for solving the vibration equation. The method can handle both linear and nonlinear systems, as well as different types of loading, such as external forces and earthquake excitation. The method is developed for the first time for the analysis of linear and nonlinear damped and undamped structural systems with one and multiple degrees of freedom. The method shows remarkable performance superiority in terms of accuracy, speed, convergence and simplicity compared to the pseudo-analytical Newmark-beta method and the semi-analytical Duhamel integral method. The method modifies the differential equation of motion to have a suitable form for numerical integration. Unlike the nonlinear Newmark-beta method, the method does not require an independent process such as Newton’s iteration to account for nonlinear effects; instead, a series of simple repeated calculations leads to the convergence of the response in nonlinear behavior. The numerical results demonstrate the efficiency of the method in estimating the response of systems under the famous EL-Centro record.
Keywords: Time-History Analysis, Seismic Response, Non-Linear Analysis, Multi-Degree-Of-Freedom (MDOF), Newton-Cotes Quadrature, Hermite Interpolation, Newton-Cotes-Hermite-4Point Method -
هدف از مرکزگرا کردن سیستم دیوار برشی فولادی، حفظ تیر و ستون ها در محدوده الاستیک است. در پژوهش حاضر، ساختمان های پنج، 10 و 20 طبقه با دیوار برشی فولادی به روش مهاربند معادل نواری در نرم افزار E T A B S طراحی شدند. سپس، هفت شتاب نگاشت دور از گسل انتخاب و مقیاس بندی شده و در نرم افزار B A Q U S مدل سازی شدند. مدل پنج طبقه با مدل بدون مرکزگرا مقایسه شد. نتایج تحلیل پوش اور نشان داد که در مدل پنج طبقه دیوار برشی فولادی مرکزگرا، تیر و ستون ها در محدوده الاستیک باقی مانده اند و در مدل بدون مرکزگرا استهلاک انرژی بیشتری دارند. همچنین، نتایج نشان داد که دریفت و حداکثر جابه جایی و نسبت بیشترین مقدار شتاب بام به شتاب رکوردهای انتخابی در دیوار برشی فولادی مرکزگرا نسبت به بدون مرکزگرا افزایش یافته است.
کلید واژگان: تحلیل تاریخچه زمانی، دیوار برشی فولادی مرکزگرا، روش مهاربند معادل نواری، شتاب نگاشتDespite the knowledge of steel shear walls for many years, not much attention was paid to it. Steel shear walls without stiffeners and with stiffeners have been used in America in recent years. This system is 50% cheaper compared to the bending frame. After the events of September 11, a number of scientists were thinking of creating resistant and impervious structures against explosive and seismic loads economically by combining this system and the concrete shear wall system. Steel shear walls are easier to implement. Also, the accuracy of the work is at the level of normal executions, and by observing it, the reliability coefficient is many times higher than that other types of systems. The execution speed of steel shear walls is high, and because of this, the execution costs are reduced. Also, the efficiency of the shear wall system is more and more suitable than all the advantages of centralized bracing systems such as X and V shape and off-center steel bracing systems. The resistance against the overturning anchor caused by the lateral loads and the horizontal load of the floor is the most important task of the steel shear wall. The constituent members of the steel shear wall system include a steel plate wall, two boundary columns, and a floor horizontal beam. Also, the horizontal beams of the floor are used as transverse stiffeners in the sheet beam. The goal of centralizing the steel shear wall system is that the beams and columns remain in the elastic range. In this article, five-, ten-, and twenty-story buildings with steel shear walls were designed using the strip equivalent brace method in ETABS, and then seven acceleration maps far from the fault were selected, scaled, and modeled in ABAQUS software. The five-class model was compared with the non-centralized model. According to the results of the push-over analysis of the five-story steel shear wall model, the beams and columns remained in the elastic range in the self-centering model, and according to the hysteresis obtained from the push-over analysis of the steel shear wall, they have more energy consumption. The results showed that the drift, maximum drift, maximum displacement, and the ratio of the maximum acceleration value of the roof to the acceleration of the selected records in the self-centering steel shear wall have increased compared to the non-self-centering ones.
Keywords: Self-Centering Steel Shear Wall, Acceleration Record, Band Equivalent Brace Method, Time History Analysis -
نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز، سال پنجاه و چهارم شماره 1 (پیاپی 114، بهار 1403)، صص 22 -35
یک روش عددی سریع و کارآمد تحت عنوان روش نیوتن- کاتس- تتای چهار نقطه ای (Newton-Cotes-4P-θ Method)، برای تحلیل تاریخچه زمانی سیستم های سازه ای یک درجه آزادی (SDOF) تحت اثر زلزله ارائه شده است. این روش از فرمول عددی نیوتن- کاتس- تتای چهار نقطه ای برای حل معادله حرکت استفاده کرده و سیستم های خطی و غیرخطی را نیز پوشش می دهد. در این روش هرگونه بارگذاری از نوع نیرو های خارجی وابسته به زمان و یا تحریک لرزه ای، قابل اعمال به سیستم دینامیکی بوده و تحلیل آن امکان پذیر است. مزیت مهم فرمول بندی جدید سهولت اجرا، سادگی محاسبات و دقت بالای آن در مقایسه با سایر روش های مشابه خود مانند انتگرال دوهامل و روش های نیومارک- بتا (Newmark-) و ویلسون- تتا (Wilson-) می باشد. متعاقبا سطح دقت روش ارائه شده در حد روش های شبه تحلیلی انتگرال دوهامل بوده و سرعت پردازش آن نیز، مشابه روش های انتگرال گیری گام به گام نیومارک- بتا و ویلسون- تتا می باشد. قابل ذکر است که فرمول بندی جدید ارائه شده برخلاف روش نیومارک- بتا غیرخطی، نیاز به اجرای یک روند مستقل مانند تکرار نیوتن، برای لحاظ اثرات غیرخطی ندارد؛ بلکه تکرار یک سری محاسبات ساده منجربه همگرایی رفتار غیرخطی خواهد شد. علاوه برآن، روش حاضر در هنگام تحلیل سیستم های دارای دوره تناوب کمتر از 0.15 ثانیه و نسبت میرایی کمتر از 0.02، عملکرد بهتری دارد و دارای پایداری موثر، سرعت همگرایی بالا و دقت کافی جهت تحلیل سیستم های دینامیکی بوده و به سادگی قابلیت اجرا دارد. نتایج عددی، موثربودن روش جدید را در مقایسه با انتگرال دوهامل و روش های نیومارک- بتا و ویلسون- تتا نشان می دهد.
کلید واژگان: پاسخ لرزه ای، تحلیل غیرخطی، سیستم یک درجه آزادی، تحلیل تاریخچه زمانی، روش نیوتن- کاتس- تتای چهار نقطه ایJournal of Civil and Environmental Engineering University of Tabriz, Volume:54 Issue: 1, 2024, PP 22 -35A fast and efficient numerical scheme is presented for time-history analysis of single-degree-of-freedom (SDOF) structural systems undergoing seismic excitation (Chopra, 2003). The new method is called Newton-Cotes-4P-θ Method. It uses the most known 4-point Newton-Cotes quadrature in its body to solve the vibration equation. Nonlinear analysis is covered as well as linear analysis. Any arbitrary external loadings of type force or seismic signals are welcome. The significant advantages of the new formulation are its great simplicity, running speed, and appropriate precision level compared with its counterparts such as Duhamel integral and Newmark-β methods. The accuracy level of the Newton-Cotes-4P-θ is close to the semi-analytical method of Duhamel integration and its speed is similar to the Newmark-β algorithm. Notably, against the nonlinear Newmark-β method, the new method does not require a standalone procedure to handle nonlinear analysis; instead, it simply triggers iteration of the same computation used in its first processing round. Moreover, the Newmark-β method loses its performance dealing with stiff and near-conservative () systems; however, the Newton-Cotes-4P-θ method does not loos its accuracy and keeps its well-performed analysis in this case. Numerical results reveal the superiority of the Newton-Cotes- 4P-θ method against its counterparts such as the Duhamel integral, Newmark-β, and Wilson-θ methods (Babaei et al., 2021; Babaei et al., 2022; Babaei et al., 2023).
Keywords: Structural Dynamics, Seismic Response, Nonlinear Analysis, Time-History Analysis, Newton-Cotes-4P-Θ Method -
از جمله عدم قطعیت های موجود در ارزیابی لرزه ای سازه ها به روش تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی، موضوعاتی نظیر نحوه انتخاب و اعمال زوج مولفه افقی شتابنگاشت لرزه ای به سازه می باشد. با توجه به اینکه جهت استقرار سنسورهای دستگاه شتابنگار در خصوصیات لرزه ای داده های شتابنگاری ثبت شده مانند بیشینه شتاب زمین، طیف پاسخ و انرژی تاثیر قابل توجهی دارد لذا نحوه دوران شتابنگاشت لرزه ای برای دستیابی به سناریوهای بحرانی تر پاسخ سازه ها بر حسب درجه اهمیت آنها محل بحث است. در این تحقیق، بر اساس داده-های ثبت شده در شبکه شتابنگاری ایران برای پنج زمین لرزه بارز در سه پهنه لرزه زمین ساخت زاگرس، ایران مرکزی و البرز، سه روش دوران پیشنهادی در تحقیقات قبلی شامل روش محورهای اصلی، روش جهت حداکثری و روش محورهای موازی و عمود بر گسل ارزیابی شده و تاثیر آنها در پاسخ لرزه ای دو تیپ ساختمانی قاب خمشی فولادی منظم کوتاه مرتبه (4طبقه) و میان مرتبه (8 طبقه) با استفاده از روش تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی بررسی شده است. نتایج نشان داد که توجه به عدم قطعیت ناشی از زاویه استقرار سنسورهای دستگاه های ثبت شتابنگاشت در ایستگاه های شتابنگار لرزه ای تاثیر قابل ملاحظه ای بر پاسخ لرزه ای سازه های کوتاه مرتبه و میان مرتبه موردبررسی داشته است، به نحوی که افزایش بین 10 تا 120 درصدی بیشینه تغییرمکان نسبی طبقات و بیشینه برش پایه سازه در زلزله های مختلف بنابر نوع زلزله، دوری و نزدیکی ایستگاه، نوع روش دوران و ارتفاع سازه مشاهده شده است لکن انتخاب روش دوران برای رسیدن به بحرانی ترین سناریوی ممکن پیچیده بوده و بسته به دوری و نزدیکی سازه به گسل متفاوت می باشد. برای کاهش محاسبات شناسایی سناریوی بحرانی برای روش دوران شتابنگاشت های لرزه ای در روش تحلیل تاریخچه زمانی، اولویت دادن به روش دورانی که با اعمال آن، پارامترهای لرزه ای بیشینه شتاب و چگالی انرژی ویژه شتابنگاشت لرزه ای حداکثر شود به عنوان پیشنهاد مطرح گردید.کلید واژگان: ارزیابی لرزه ای، دوران مولفه افقی شتابنگاشت لرزه ای، راستای گسل، طیف پاسخ، تحلیل تاریخچه زمانیOne of the uncertainties in the seismic evaluation of structures is how to select random seismic records and how to consider the orientation effects of horizontal components of ground motions in the time history analysis. The rotation of the recorded components can increase the seismic characteristics such as peak ground acceleration, response spectrum shape, or earthquake energy. Therefore, the effects of this issue on the most critical scenarios of seismic response of important structures are questionable. This study has evaluated three rotation methods proposed by previous studies, i.e., principal axes, maximum direction, and fault-normal and fault-parallel orientation, based on the data available in the Iranian Strong Motion Network. Then, the effects of these methods are assessed on the seismic response of two building types, low-rise and medium-rise regular steel moment frames, using the nonlinear time history analyses. According to the results, if the structure principal axes are along with the most critical orientation of the accelerometer installation, the magnification of the seismic response can be expected, especially in near-fault structures. So that for the studied structures, , two structural response parameters including the maximum base shear and maximum inter-story drift ratio are increased between 10 and 120 percent under different rotated ground motions, depending on the earthquake type and the applied method of record rotation and also depending on the building height and its distance to the fault. According to the results, the selection of the most critical rotation method was a complicated and time-consuming process. Based on this research results, it is proposed to give priority to the rotation method which maximizes the value of peak ground acceleration and specific energy density of the seismic record to reduce the calculations of identifying the critical scenario for the rotation method of seismic ground motions in the time history analysis methodKeywords: Seismic Evaluation, Rotation Of Horizontal Components Of Ground Motions, Fault Orientation, Response Spectrum, Time History Analysis
-
اثر زاویه اعمال شتاب نگاشت ها به سازه ها بر روی خسارت وارده به سازه و نیاز لرزه ای در زلزله های دور از گسل از چند دهه پیش مورد توجه محققین بوده است. اما این موضوع در زلزله های حوزه نزدیک اخیرا بیشتر مورد توجه محققین و آیین نامه های طراحی قرار گرفته است. این موضوع به علت حرکت های پالسی شکل زمین ناشی از پدیده جهت پذیری پیش رونده در زلزله های نزدیک گسل می باشد، که تاثیر زاویه اعمال شتاب نگاشت ها را بر روی نیاز لرزه ای بیشتر می کند. با توجه به اهمیت این موضوع در سالیان گذشته تحقیقات متعددی جهت تکمیل ضوابط طراحی در نواحی نزدیک گسل انجام شده است. به عنوان مثال آیین نامه بارگذاری آمریکا برای طراحی با استفاده از تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی، توصیه می کند که نگاشت های نزدیک گسل انتخابی ابتدا در جهت موازی و عمود بر گسل به محور های اصلی سازه اعمال شوند. هدف از این تحقیق بررسی کارایی روش پیشنهادی جهت طراحی سازه ها در نزدیک گسل می باشد. بدین منظور با مدل سازی غیرخطی سازه ای با سیستم مهاربندی واگرا و اعمال شتاب نگاشت های نزدیک گسل به سازه با زوایای برخورد متفاوت، پاسخ های نیاز لرزه ای مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج این تحقیق نشان می دهد که نه تنها جهت پاسخ بیشینه، با تغییر شتاب نگاشت و نوع پارامتر نیاز لرزه ای تغییر پیدا می کند، بلکه این جهت در طبقات مختلف مدل مورد نظر نیز متغیر است. اما پاسخ سازه به جهت عمود بر گسل تخمین قابل قبولی از بیشینه پاسخ ارائه می دهد که برای اهداف طراحی مناسب است. به طوریکه تقریبا در 70% مواقع، نسبت پاسخ جهت عمود بر گسل به پاسخ بیشینه، بیش از 75/0 می باشد.
کلید واژگان: حوزه ی نزدیک گسل، زاویه اعمال شتاب نگاشت، سیستم مهاربندی واگرا، تحلیل تاریخچه زمانی، پارامتر های نیاز مهندسیThe effect of the angle of incidence on the structural damage and the seismic demand in far-fault earthquakes has been taken into consideration by many researchers for several decades. However, this issue has recently received more attention from researchers and design codes for near-fault earthquakes. This issue is due to the pulse-type motion caused by forward directivity phenomena in near-fault earthquakes which increases the influence of the angle of incidence on the seismic demand. Due to the importance of the issue, several researches have been conducted in the past years to improve the design criteria for near-fault regions. For example, for Nonlinear Time History Analysis (NTHA), ASCE/SEI 7-16 design code recommended that the selected near-fault ground motions should be first rotated in the fault-normal/fault-parallel directions and then applied to the main axes of the structure. This paper aims to investigate the accuracy and efficiency of the proposed method for design of structures in near-fault regions. For this purpose, using nonlinear macro modeling of an Eccentrically Braced Frame (EBF) and applying near-fault ground motions with different angle of incidence, the seismic demands of structures were evaluated. The analysis results show that not only the direction of maximum response changes with the change of near-fault ground motions and the types of seismic demand parameters, but also it varies in different stories of a building. Nevertheless, the fault-normal response usually provides an acceptable estimate of the maximum response, which is suitable for design purposes. So that in almost 70% of the cases, the ratio of the fault-normal response to the maximum response is more than 0.75.
Keywords: Near-Fault Ground-Motion, Angle Of Incidence, Eccentric Braced Frame, Response History Analysis, Engineering Demand Parameters -
دیافراگم ها علاوه بر تحمل بارهای ثقلی و انتقال این بارها به المان های قایم سازه ای، وظیفه جمع آوری نیروهای جانبی و توزیع آن بین سامانه های مقاوم جانبی را بر عهده دارند. طراحان سازه در برخی موارد به دلیل وجود ملاحظات معماری در طراحی قاب های ساختمانی فولادی مهاربندی شده، ناچار به جابجا نمودن مهاربندها در پلان سازه هستند که در دسته سازه های با نامنظمی خارج از صفحه طبقه بندی می شوند. در چنین سازه هایی، دیافراگم افقی واقع در مرز ناپیوستگی باید نیروهای برشی ناشی از زلزله را انتقال دهد؛ بنابراین بررسی رفتار این دیافراگم ها برای تحلیل و طراحی سازه دارای اهمیت است. هدف از این پژوهش، بررسی رفتار لرزه ای، ظرفیت جابجایی نسبی، ضریب اضافه مقاومت و میزان آسیب پذیری قاب های مهاربندی همگرای ناپیوسته در برابر زلزله است. بدین منظور سازه های سه و شش طبقه با مهاربندهای همگرا در دو حالت با و بدون جابجایی خارج از صفحه مهاربندها با درنظرگرفتن رفتار غیر ارتجاعی دیافراگم تحت تحلیل پوش اور و تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیر خطی با استفاده از نرم افزار آباکوس قرار گرفتند. بررسی نتایج نشان داد که دیافراگم بتنی موجود در ناحیه ناپیوستگی با ضخامت پنج سانتی متر در ناحیه انتقال ناپیوستگی مهاربندها، با زاویه 45 درجه دچار آسیب شده و توانایی انتقال نیروی برشی که ناشی از بار جانبی مهاربندها می باشد را ندارد. این در حالی است که در ضخامت های 10 و 20 سانتی متر، دیافراگم در ناحیه مذکور دچار آسیب نمی شود. با توجه به مطالب بیان شده به نظر می رسد که با حداقل ضخامت تعیین شده در مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، دیافراگم بتنی در برابر نیروهای برشی انتقال یافته، آسیب پذیر است. همچنین نیاز جابجایی نسبی میان طبقه ای سازه های مورد بررسی، بیش از مقادیر محاسبه شده طبق روابط آیین نامه است.
کلید واژگان: دیافراگم، ساختمان های نامنظم، ناپیوستگی مهاربندها، تحلیل تاریخچه زمانی، رفتار لرزه ایDiaphragms, beyond supporting gravity loads and transferring them to vertical structural elements, play a crucial role in collecting lateral forces and distributing them among lateral resistant systems. In some cases, due to architectural considerations in the design of braced steel building frames, structural designers are compelled to shift the braces in the structure's plan, classifying them under structures with out-of-plane offset irregularity. In such structures, the horizontal diaphragm between the shifted braces must effectively transfer the shear forces induced by earthquakes. Therefore, investigating the behavior of these diaphragms is imperative for the analysis and design of these structures. The objective of this research is to investigate the seismic behavior, drift demands, over-strength factor, and the degree of vulnerability of discontinuous concentrically braced frames (CBFs) when subjected to earthquakes. To achieve this goal, two three-dimensional CBFs of 3 and 6 stories, both with and without out-of-plane offset irregularity, incorporating inelastic diaphragm behavior, were taken into account through pushover and nonlinear time-history dynamic analyses using ABAQUS. The examination of the results indicated that the concrete diaphragm existing in the discontinuity region, with a thickness of five centimeters, has been damaged at a 45-degree angle. It lacks the ability to transfer the shear force resulting from the lateral load of the braces. This is in contrast to thicknesses of 10 and 20 centimeters, where the diaphragm in the mentioned area remains undamaged. Given the information provided, it seems that, with the minimum thickness specified in Iranian National Building Code (part 9), was vulnerable to the transferred shear forces. Additionally, it was found that the inter-story drift demands of the frames exceed the estimations proposed by the building code.
Keywords: Diaphragm, Irregular Buildings, Discontinuity in Braces, Time-history Dynamic Analysis, Seismic Behavior -
امروزه با توجه به افزایش تعداد زمین لرزه ها و همچنین رشد جمعیت و پیشرفت صنعت ساختمان سازی در مناطق شهری و روستایی، طراحی ساختمان ها در مقابل نیروهای وارده به ویژه نیروی زلزله مورد توجه مهندسین قرار گرفته است. بنابراین برای تامین ایمنی جانی و مالی باید ساختما ها عملکرد مناسبی در برابر بارهای وارده داشته باشند. با توجه به پژوهش های انجام شده تاکنون اثر مقیاس سازی بر رکوردهای دور یا نزدیک در ساختمان ها انجام شده یا اینکه تنها دریفت (تغییرمکان نسبی) ساختمان ها مورد بررسی قرار گرفته است. اما در این پژوهش، ضریب مقیاس رکوردهای حوزه دور و نزدیک همزمان برای چهار آیین نامه 2800 ویرایش چهارم، ASCE07، IBC و UBC در برنامه SAP2000 بررسی شده است. از سه ساختمان (4، 7 و10 طبقه) برای تحلیل ساختمان ها به عنوان نماینده ساختمان های (کوتاه مرتبه، میان مرتبه و بلندمرتبه) استفاده شده است. پس از تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی ساختمان ها نسبت دریفت و نحوه تشکیل مفاصل پلاستیک در ساختمان ها نیز نشان داده شده است. نتایج تحلیل نشان می دهد برای ساختمان های بالای هفت طبقه استفاده هریک از آیین نامه های طراحی در برابر بارهای جانبی بلامانع است، چراکه نتایج به دست آمده از آیین نامه ها بسیار نزدیک می باشد. به طوری که 9 تا 23 درصد کاهش تفاوت در مقادیر به دست آمده از آیین نامه ها را نشان می دهد.
کلید واژگان: تحلیل تاریخچه زمانی، استاندارد 2800، آیین نامه IBC، آیین نامه UBC، نسبت تغییرمکان نسبی طبقاتToday by increasing of earthquakes and population growth and development of building industry in city or country areas, building designing against applied loads especially earthquake load have regarded by engineers. Also for supplying of life and financial safety, buildings should have appropriate performance against applied loads. In this research work, influence of scaling of near-fault and far-fault records have been treated in 4 codes 2800 Iran, 4th edition, ASCE07, IBC 2006 and UBC 97 Simultaneously. In this study 3 buildings have been used in 4,7 and 10 stories as indicators of low-rise and mid-rise buildings. The results show that in low-rise and mid-rise buildings Iranian earthquake code scaling has stricter rules to other regulations. By increasing of stories in tall -building (10 story) every four regulations has their own performance and could be maximum according to the kind and characteristic of earthquake (PGA, Mw). In fact, regulation of 2800 Iran, 4th edition, requires separated scaling rules for low-rise and mid-rise buildings. Drift ratio in ASCE07-10 has decreased %94 to 2800 Iran. Also this value for IBC2006 %93 and for UBC %89 has decreased.
Keywords: Scaling, Nonlinear time history analysis, Drift ratio, near-fault, far-fault earthquake -
پیچیدگی محاسباتی روش های طراحی لرزه ای عملکردی باعث می شود اغلب مهندسین استفاده از روش های ساده تر نیرویی را در اولویت قرار دهند. وجود یک ارتباط کاربردی بین روش های نیرویی و عملکردی می تواند رافع این چالش باشد. روش ترکیبی از نقاط قوت روش طراحی بر مبنای عملکرد و سهولت محاسباتی روش های طراحی نیرویی برخوردار است. در این مقاله، قاب هایی با تعداد 3، 6، 9، 12، 15 و 20 طبقه با تعداد 3 دهانه به عرض 5متر در نظر گرفته شده است. طول تیرپیوند به عنوان یکی دیگر از پارامترهای موثر بر پاسخ، به میزان 1، 75/1 و 50/2 متر تعریف شده است. مدل های مورد بررسی پس از طراحی به روش کاهش بار و افزایش مقاومت، برای 3 سطح عملکردی استفاده بی وقفه، ایمنی جانی و آستانه فروریزش و نیز اولین رخداد مفصل خمیری، توسعه داده شده اند. مدل های نهایی تحت 20 رکورد نزدیک گسل دارای خصوصیات پالس گونه پیشرونده بکمک تحلیل تاریخچه زمانی تحلیل شده اند. در نهایت با بهره گیری از الگوریتم ژنتیک، رابطه های تجربی متناظر برای تعیین ضرایب رفتار، شکل پذیری تیر پیوند و شکل پذیری کلی ارایه شده است. بعلاوه یک فلوچارت جهت طراحی لرزه ای قاب های واگرا به کمک روابط تجربی استحصال شده، ارایه شده است. نهایتا جزییات روش طراحی معرفی شده، با حل یک مثال کاربردی ارایه شده است. نتایج حاصل از طراحی لرزه ای ترکیبی سازه های خارج از محدوده بانک داده ی تعریف شده، در مقایسه با روش های نیرویی، نشان از دقت این روش در تخمین نیازهای لرزه ای قاب های مهاربندی واگرا دارد.
کلید واژگان: روش طراحی لرزه ای ترکیبی، تحلیل تاریخچه زمانی، نیاز لرزه ای، زلزله نزدیک گسل، الگوریتم ژنتیکThe computational complexity of performance based seismic design methods makes most engineers prioritize the use of simpler force-based methods. Having a practical relationship between force and performance methods can solve this challenge. The hybrid force/displacement method has the advantages of the design method based on the performance and computational ease of force design methods. In this research, frames with 3, 6, 9, 12, 15 and 20 story with 3 bays with a width of 5 meters have been considered. The length of the link beam is defined as another parameter affecting the response, 1, 1.75 and 2.50 meters. The studied models have been developed by designing the method of load and resistance factor design method, for 3 performance levels of immediate occupancy, life safety and collapse prevention, as well as the first occurrence of the plastic joint. The final models are analyzed under 20 pulse-type near-fault records using time history analysis. Finally, using the genetic algorithm, the corresponding experimental relationships are presented to determine the behavior factor, local and global ductility. The proposed relationships are influenced by geometric characteristics such as the number of stories, the stiffness ratio of the columns, the slenderness of the braces, the length of the beam and the ductility levels. The results of the hybrid force/displacement seismic design of structures outside the range of the defined database, in comparison with the force methods, show the accuracy of this method in estimating the seismic needs of divergent bracing frames.
Keywords: Hybrid Force, Displacement Design, time history analysis, Seismic Demand, Pulse-type near-fault earthquake, Genetic Algorithm -
نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز، سال پنجاه و دوم شماره 4 (پیاپی 109، زمستان 1401)، صص 101 -110در مناطق سردسیر، احتمال تشکیل یخ در اثر بارندگی و برودت هوا، روی کابل ها و دکل های انتقال نیرو وجود دارد. یخ بستن روی کابل ها و دکل ها یک بارگذاری استاتیکی است، که با انجام تحلیل استاتیکی مقدار تغییرشکل های اضافی ایجادشده در خط انتقال نیرو تعیین می شود. این بارگذاری و تغییر شکل در طراحی سازه در نظر گرفته شده و لذا از این بابت خط انتقال نیرو ایمن می باشد. در اثر عواملی نظیر افزایش دما، وزش باد و... احتمال ریزش ناگهانی یخ از روی کابل های خط انتقال نیرو وجود دارد، که باعث به هم خوردن تعادل نیروی کششی طولی در دهانه های طرفین دکل انتقال نیرو می شود. علاوه بر این، ارتعاشی که در اثر ریزش یخ، در خط انتقال رخ می دهد، بار دینامیکی شدیدی را به خط انتقال وارد می کند. درصورتی که این ارتعاش، با ارتعاش ناشی از وزش باد همراه شود، پایداری خط انتقال بیشتر تهدید می شود. در این مقاله، بررسی پایداری خط انتقال نیرو، تحت اثر ریزش ناگهانی یخ از روی کابل های خط انتقال نیرو و وزش باد موردتوجه قرار می گیرد. میزان قطر یخ روی کابل ها و سرعت باد براساس آیین نامه بارگذاری انتخاب شده است. تحلیل پایداری خط انتقال نیرو نشان می دهد، که در اثر یخ با ضخامت در نظر گرفته شده در طراحی سازه و ریزش آن در یک دهانه همراه با وزش باد، خط انتقال نیرو پایدار نخواهد بود. ناپایداری به صورت تسلیم در اعضا بالایی دکل انتقال نیرو شروع می شود و سپس به اعضا در ارتفاع میانی دکل منتقل شده و درنهایت به قسمت نسبتا بزرگی از دکل انتقال نیرو گسترش می یابد.کلید واژگان: دکل انتقال نیرو، تحلیل اجزا محدود، تحلیل تاریخچه زمانی، بار باد، ریزش یخJournal of Civil and Environmental Engineering University of Tabriz, Volume:52 Issue: 4, 2023, PP 101 -110In the present study, the effect of ice-shedding simultaneously at the transmission line's span and the wind was investigated using numerical modeling, and its results are presented. The transmission line has five transmission towers and six power transmission spans related to the 400 kV transmission line of the Khoy-Urmia power plant. The transmission tower's weaknesses have been identified using this study's results, which can be considered in strengthening existing towers and the design of new transmission lines.Keywords: transmission line, Finite Element Analysis, ice-shedding, wind load, Stability analysis
-
از دیر باز برای کاهش خسارت های ناشی از زلزله راه کار های متفاوتی بیان شده است، از جمله افزایش شکل پذیری و کاهش جرم سازه. روش های نوین بر اساس جدا کردن سازه از پی بوده تا نیروی برش پایه ی سازه کاهش یابد .به عبارت دیگر جداسازی لرزه ای یک روش نوین برای طراحی ساختمان ها در برابر زلزله است که مبنای آن کاهش نیروهای وارد به سازه دراثر زمین لرزه، به جای افزایش ظرفیت سازه برای تحمل بارهای جانبی می باشد. در این مقاله قرار دادن جداساز لاستیکی با هسته سربی در رفتار سازه های بتن آرمه تحت اثر زلزله های حوزه دور مورد بررسی قرار گرفته شده است. از این رو برای جداساز های لاستیکی با هسته سربی در دو نمونه سازه های بتنی3 و 5 طبقه، دو میرایی 10 و 15 درصد در نظر گرفته شده است. سازه های دارای جداساز و سازه های پایه ثابت در نرم افزارOpensees مدل گردیده و تحت اثر زلزله های دور، تحلیل تاریخچه زمانی روی آن ها انجام گرفته شده است. در نهایت نتایج تحلیل های تاریخچه زمانی برای طراحی به روش نیرویی و جابجایی مستقیم، قرار داده شده که شامل، ماکزیمم دریفت طبقات، ماکزیمم برش پایه و پریود سازه ها می باشد. نتایج بدست آمده از تحلیل های تاریخچه زمانی، نشان داده با افزایش زمان تناوب، برش پایه ها و ماکزیمم دریفت در ساختمان های های دارای جداساز طراحی شده به روش جابجایی مستقیم بیشتر از ساختمان های طراحی شده به روش نیرویی هستند. ساختمان های های دارای جداساز طراحی شده به روش جابحایی مستقیم دارای مقاطع با ظرفیت کمتری نسبت به ساختمان های طراحی شده به روش نیرویی هستند.کلید واژگان: جداساز لرزه ای، جداساز لاستیکی سربی، طراحی بر اساس جابجایی مستقیم، طراحی بر اساس نیرو، تحلیل تاریخچه زمانیFrom long time ago, various solutions have been proposed to reduce earthquake damages, including increasing ductility and reducing structural mass. New methods are based on separating the structure from the foundation, to reduce the shear force of the base of the structure. In other words, seismic isolation is a new method for designing buildings against earthquakes, which is based on reducing the forces entering the structure due to earthquakes, instead of increasing the capacity of the structure to withstand lateral loads. This paper is a focused on the study of the effect of the placement of rubber separators with lead cores in the behavior of reinforced concrete structures under the influence of remote earthquakes. Therefore, for rubber separators with lead core in two samples of concrete structures of 3 and 5 floors, a double damping of 10 and 15% has been considered. Separating structures and fixed base structures were modeled in “Opensees” software. Afterwards, under the influence of distant earthquakes, a time history analysis was performed on them. Finally, the results of time history analysis for designs by force and direct displacement method are exposed, which include, maximum drift of floors, maximum shear of base and period of structures. Results obtained from the analysis of time history show that with the increase of the rotation time, the shear of the bases and the maximum drift in the buildings with isolators designed by direct displacement method are more than the buildings designed by force method. Buildings with separators designed by direct displacement method have sections with less capacity than buildings designed by force method.Keywords: Base Isolation, _ Lead Rubber Base Isolation, Design Based on Direct Displacement, Design Based on Force, _ Time History Analysis, Time History Analysis
-
مهاربندهای کمانش تاب یکی از سیستم های نوین مقاوم لرزه ای می باشند. سطح مقطع هسته و طول مهاربند کمانش تاب از مهم ترین مشخصه ی این مهاربندها می باشد که در هزینه تولید آن تاثیر مستقیم دارد. با کاهش سطح مقطع مهاربندهای کمانش تاب، تقاضای ناشی از ظرفیت مهاربندها کاهش یافته و ابعاد تیرها و ستون ها نیز کاهش می یابد. هدف از این تحقیق، بهینه سازی وزن سازه، وزن مهاربندهای کمانش تاب با حفظ یکنواختی جابجایی های نسبی سازه در طبقات به وسیله تغییر سطح مقطع هسته و طول مهاربندهای کمانش تاب در ارتفاع سازه می باشد. بهینه سازی بر اساس نتایج حاصل از تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی قاب ها انجام می گیرد. تحلیل تاریخچه زمانی قاب های مورد مطالعه تحت هفت رکورد زلزله در نرم افزار OpenSEES انجام شده است. به این منظور تابع هدف و قیود موردنظر در الگوریتم های SPEA_II، PESA_II، MOEA_D، MOPSO و NSGA_II تعریف شده است و نتایج بهینه سازی نشان داده است که برای هر سه تابع هدف وزن سازه، وزن مهاربند کمانش تاب و یکنواختی جابجایی نسبی مقادیر بهینه سازی با درصدهای بالایی عملکرد سازه را بهینه کردند، به طوری که در مورد وزن مهاربند کمانش تاب ضمن حفظ توزیع یکنواخت جابجایی نسبی، در برخی موارد در سازه های 6 طبقه مورد بررسی تا حدود 50 درصد امکان کاهش وزن مهاربند وجود دارد.
کلید واژگان: بهینه سازی چند هدفه، مهاربندهای کمانش تاب، طراحی بهینه، تحلیل تاریخچه زمانی، تغییر مکان جانبی نسبیBuckling-Restrained Braces (BRBs) are one of the new seismic resistant systems. The cross-sectional area and length of the BRB brace is one of the most important characteristics of these braces that directly affects the cost of BRB frames. Since beams, columns, and connections are designed for the maximum forces developed in BRB, the decrease in cross-sectional area of the BRBs decreases the steel consumption in the whole structure.The main purpose of this study is to optimize the weight of the structure, BRBs weight while uniforming the drift profile by changing the cross-sectional area and the length of the BRBs using genetic algorithms and other multi-objective optimization algorithms. Optimization is based on the results of nonlinear time history analysis under seven earthquake records using OpenSEES software. For this purpose, the objective function and constraints were defined in the genetic algorithm NSGA_II, MOPSO, MOEA_D, PESA_II, SPEA_II, and the initial population produced was entered as the initial cross-sectional area and length of the braces in the OpenSEES software. The optimization results show that for all three objective functions, the optimization values with high percentages of structural performance were optimized in such a way that the weight of BRB can be decreased up to about 50%.
Keywords: Multi-objective optimization, Buckling-restrained brace, Optimum design, Time history analysis, Inter-story drift -
طراحی لرزه ای سازه ها باید به نحوی صورت گیرد که هزینه های تعمیر سازه پس از وقوع زلزله به حداقل برسند. سیستم های مرکزگرا هم چون دیوار بتنی پس کشیده این هدف را تامین می کنند. در این پژوهش برای مقایسه رفتار لرزه ای سیستم پیشنهادی دیوار بتنی پس کشیده دارای میراگر اصطکاکی با سیستم دیوار بتنی پس کشیده دارای میلگردهای مستهلک کننده و دیوار برشی بتنی معمولی، سه سیستم مذکور در ساختمان های سه، شش و ده طبقه با استفاده از نرم افزار OpenSees تحت اثر بارگذاری چرخه ای و تحلیل تاریخچه زمانی قرار می گیرند. ضریب جذب انرژی در مجموع چرخه های بارگذاری اعمالی در دیوار بتنی پس کشیده دارای میراگر اصطکاکی برای سازه های سه، شش و ده طبقه به ترتیب 37/1، 40/1 و 02/2 برابر دیوار بتنی پس کشیده دارای میلگردهای مستهلک کننده و 15/1، 05/1 و 72/1 برابر دیوار برشی بتنی معمولی است. تحت اثر هفت رکورد زلزله اعمالی میانگین جابه جایی جانبی نسبی حداکثر طبقات پایین در سیستم دیوار برشی بتنی معمولی کمتر از دو سیستم دیگر و میانگین جابه جایی جانبی نسبی حداکثر در طبقات بالا در سیستم دیوار بتنی پس کشیده دارای میراگر اصطکاکی کمتر از سایر سیستم ها است.کلید واژگان: دیوار بتنی پس کشیده مرکزگرا، میراگر اصطکاکی، میلگردهای مستهلک کننده، بارگذاری چرخه ای، تحلیل تاریخچه زمانیThe seismic design of buildings ought to be done to decrease the expenses of building repairing after an earthquake. Self-centering systems such as the post-tensioned concrete wall can provide this purpose. In this study, to evaluate the seismic behavior of the post-tensioned concrete wall with friction-based damper (FBD), the proposed system, the post-tensioned concrete wall with energy dissipator (ED) bars, and the concrete shear wall are subjected to the cyclic and nonlinear response history analyses at three, six, and ten-story buildings using OpenSees software. Based on the cyclic analysis, the total energy dissipation coefficients for the post-tensioned concrete wall with FBD in three, six, and ten-story buildings are respectively 1.37, 1.40, and 2.02 times of that obtained for the post-tensioned concrete wall with energy dissipator bars system, and are respectively 1.15, 1.05, and 1.72 times of that achieved for the concrete shear wall system. According to the results of the applied seven earthquake records, the average of the maximum drift in the concrete shear wall system is less than the other systems in the lower floors, and the average of the maximum drift in the upper floors in the post-tensioned concrete wall with FBD is less than the other systems.Keywords: Self-Centering post-tensioned concrete wall, Friction-based damper, Energy dissipators bars, Cyclic Loading, Nonlinear response history analysis
-
تشکیل پدیده ستون کوتاه در سازه های بتن آرمه سبب شده است که مهندسین طراح رفتار این گونه سازه ها را مورد بررسی قرار دهند. از جمله شرایطی که منجر به تشکیل ستون کوتاه می گردد قرار گیری سازه در یک موقعیت شیب دار است. در این مقاله دو سازه 8 و 16 طبقه یک بار بر روی سطح هموار و بار دیگر بر روی یک موقعیت شیبدار مدلسازی و مقاطع آن ها با استفاده از تحلیل استاتیکی معادل طراحی شدند. سپس با استفاده از تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی به مقایسه رفتار این سازه ها در ناحیه پلاستیک پرداخته شد. مدلسازی سازه ها در نرم افزار Sap2000v20 صورت گرفت و جهت مقیاس سازی شتاب نگاشت های مورد استفاده در تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی از نرم افزار SeismoSignal.v2018 استفاده شد. با بررسی نتایج ملاحظه گردید که تشکیل پدیده ستون کوتاه در سازه های بتن آرمه دارای سیستم قاب خمشی ویژه، تاثیر منفی بر پاسخ لرزه ای سازه ها دارد؛ به طوری که باعث افزایش جابجایی طبقات، افزایش دریفت سازه و همچنین ایجاد مکانیسم (یا تشکیل مفاصل پلاستیک) می شود. به عنوان مثال، بر اساس نتایج بدست از سازه 8 و 16 طبقه با و بدون ستون کوتاه، مشاهده گردید که میانگین دریفت سازه 8 و 16 طبقه دارای ستون کوتاه به ترتیب به میزان 19% و 1/7% در جهت X بیش تر از سازه بدون ستون کوتاه است و همچنین در جهت Y میانگین دریفت سازه 8 و 16 طبقه دارای ستون کوتاه به ترتیب به میزان 7% و 8/12% بیش تر از سازه بدون ستون کوتاه است.کلید واژگان: ستون کوتاه، تحلیل استاتیکی معادل، تحلیل تاریخچه زمانی، پاسخ لرزه ای، مفصل پلاستیکThe formation of the short column phenomenon in reinforced concrete structures has caused design engineers to study the behaviour of such structures. One of the conditions that lead to the formation of a short column is the placement of the structure in a steep position. In this paper, two 8- and 16-story structures were modelled once on a flat surface and again on a sloping site, and their sections were designed using equivalent static analysis. Then, using nonlinear time history analysis, the behaviour of these structures in the plastic region was compared. Structures were modelled in Sap2000v20 software and SeismoSignal.v2018 software was used to scale the accelerometers used in nonlinear time history analysis. Examining the results, it was observed that the formation of short column phenomenon in reinforced concrete structures with special bending frame system has a negative effect on the seismic response of structures; It increases the displacement of the floors, increases the drift of the structure and also creates a mechanism (or the formation of plastic joints). For example, based on the results obtained from 8 and 16 storey structures with and without short columns, it was observed that the average drift of 8 and 16 storey structures with short columns was 19% and 7.1% in the X direction more than the structure, respectively. It has no short columns and also in the Y direction, the average drift of 8 and 16 storey structures with short columns is 7% and 12.8% more than the structure without short columns, respectively.Keywords: Short column, Equivalent static analysis, Nonlinear time history analysis, Structural seismic response, Plastic hinge
-
وقوع اجتناب ناپذیر زلزله ها و تحمیل خسارت های فراوان جانی و مالی، به ویژه زلزله های ویرانگری که در سال های اخیر در نقاط مختلف دنیا اتفاق افتاده، تاکیدی بر لزوم یافتن راه حلی مناسب و مطمین جهت مقاوم سازی سازه ها در برابر این پدیده طبیعی بوده است. استفاده از میراگرها به عنوان یکی از روش های کنترل غیر فعال سازه ها با توجه به رفتار مطمین، مقاومت مطلوب و نگهداری کم هزینه مورد توجه بسیاری از مهندسین در سالهای اخیر قرار گرفته است. علی رغم کاربرد نسبتا وسیع در ساختمانها استفاده از میراگردر پلها هنوز متداول نشده است. هدف از این تحقیق بررسی تاثیر استفاده از میراگر اصطکاکی دورانی به عنوان یک سیستم اتلاف انرژی در پل های بتنی به عنوان راهکاری مناسب برای بهسازی لرزه ای پل های موجود در برابر زلزله می باشد. در این مطالعه مدل سازی بر روی چهار نمونه پل، با ابعاد دهانه 20 متری و 30 متری و دارای سه دهانه و پنج دهانه در هر دو حالت بدون میراگر و با میراگر صورت پذیرفته است. سپس با استفاده از تحلیل تاریخچه زمانی میزان برش پایه و تغییر مکان حداکثر به عنوان پارامترهای اصلی که تاثیر بسزایی در خرابی پل ها دارند، محاسبه شده اند. بر اساس نتایج، تغییرات نیروی برشی در پای ستون ها با افزایش طول دهانه از 20 متر به 30 متر حدود 10 تا 17 درصد کاهش می یابد. همچنین تغییر مکان عرشه پل با افزایش طول دهانه از 20 متر به 30 متر حدود 4 تا 15 درصد کاهش می یابد. علاوه بر آن با افزایش تعداد دهانه هی پل از 3 به 5 دهانه، افزایش حداکثر 11% در پارامترهای فوق ایجاد می شود.کلید واژگان: عملکرد لرزه ای پل، میراگر اصطکاکی دورانی، تحلیل تاریخچه زمانیThe inevitable occurrence of earthquakes and the infliction of great human and financial losses, especially devastating earthquakes that have occurred in recent years in different parts of the world, has emphasized the need to find a suitable and reliable solution to strengthen structures against this natural phenomenon. The use of dampers as one of the methods of passive control of structures due to reliable behavior, optimal strength and low maintenance has been considered by many engineers in recent years. Despite its relatively widespread use in buildings, the use of dampers in bridges is not common yet. The purpose of this study is to investigate the effect of using rotary friction dampers as an energy dissipation system in concrete bridges as a suitable solution to improve the seismicity of existing bridges against earthquakes. In this study, modeling has been performed on four bridge samples, with span dimensions of 20 meters and 30 meters and with three and five spans. Using time history analysis, the amount of base shear and maximum displacement have been calculated as the main parameters that have a significant impact on the failure of the stairs. According to the results, the shear force changes decrease by about 10 to 17% with increasing the span length from 20 m to 30 m. Moreover, the displacement of the bridge deck decreases about 4 to 15% by increasing the span length from 20 meters to 30 meters. In addition, by increasing the number of bridge spans from 3 to 5, a maximum increase of 11% is created in the above parameters.Keywords: Bridge Seismic Performance, Rotational friction damper, time history analysis
-
قابلیت بهره بردای از پل در حین و پس از زلزله با توجه به نقش کلیدی این سازه ها بسیار حایز اهمیت است. بررسی اثرات زلزله های حوزه نزدیک به گسل درک بهتری از رفتار سازه پل را می دهد. از طرفی با توجه به نوع سازه می توان پل ها را به پل های معمولی، کابلی و متحرک تقسیم کرد. پل تاشو نوعی از پل متحرک است که قابلیت باز و بسته شدن را دارد. در این پژوهش عملکرد لرزه ای پل متحرک تاشو هورن آلمان مورد بررسی قرار می گیرد. پل مذکور دارای دهانه ای به طول 40 متر و سه دهانه با قابلیت باز و بسته شدن هست. مدل هندسی پل در نرم افزار اجزا محدود آباکوس که قابلیت تحلیل غیر خطی را دارد تهیه شده است. در نهایت جهت انجام تحلیل تاریخچه زمانی مطابق با ضوابط نشریه 463، 5 شتاب نگاشت قوی حوزه نزدیک، بم، ناقان، رودبار و منجیل، سرپل ذهاب و ورزقان که در کشور ایران رخ داده است، انتخاب شده است. بیشینه مقدار عددی پاسخ شتاب، جابه جایی قایم، برش پایه و دریفت برجک در زلزله ورزقان، با توجه به اینکه دوره تناوب غالب این زلزله به دوره تناوب پل نزدیک است، بیشتر بوده، که منجر به آثار تخریبی بیشتر این زلزله در سازه پل نسبت به سایر زلزله ها گردیده است. دریفت قابل توجه برجک مورب در راستای عمود بر عرشه از نتایج شایان اهمیت بوده که باعث تغییر شکل پسماند 2/0 و 35 سانتی متری در ناحیه اتصالی برجک ها به عرشه و به ترتیب در راستای طول دهانه پل و عمود بر عرشه پل شده است.
کلید واژگان: تحلیل تاریخچه زمانی، پل تاشو، تحلیل لرزه ای، زلزله های حوزه نزدیک، طیف پاسخBridges are structures with great importance, and any interruption could cause financial damage and even life-endangering people's life. Based on the type of structure, bridges can be divided into conventional, cable, and movable bridges. Space limitations in urban areas and the establishment of the cities around the rivers attracted designers and engineers to these types of bridges. Considering the importance of the foldable bridges, seismic behavior of the bridge under subjection to near-fault ground motions has been investigated in this paper. Inheriting impulse effects in near-field contents is the main difference with far-field records. The total length of the bridge is 40 meters and consists of three movable spans, which are 3.65, 2.7 and 3.65 meters long. To study the seismic behavior of the bridge, at first modal analysis has been performed in ABAQUS built model and then under subjection to near-fault ground motions, which has been matched according to issue No.463 seismic time history analysis performed. The acceleration response, base shear, and vertical deflection of the bridge induced by perpendicular horizontal excitations were calculated and extracted. The destructive effect of the Varzeghan earthquake is more than other earthquakes, and the numerical value of acceleration response, vertical displacement, base shear, and tower drift is considerably higher than other earthquakes. The connection zone of the tower to the deck is vulnerable to seismic loads, and plastic hinges have been formed.
Keywords: time history analysis, Movable Folding Bridge, Near Field Ground Motion, Response Spectrum, Seismic Analysis -
تاثیر روش های مختلف تعیین سختی طبقات بر عملکرد لرزه ای ساختمان های فولادی کنترل شده با میراگر ویسکوز
سیستم های کنترل غیرفعال به دلیل عدم نیاز به منبع انرژی خارجی، هزینه کم، نصب آسان و طراحی ساده همواره در سازه های عمرانی به کار برده شده اند. میراگر ویسکوز لزج یکی از توسعه یافته ترین ابزار کنترل غیرفعال است که از طریق تبدیل انرژی مکانیکی به حرارت، انرژی ورودی به سازه را مستهلک می کند. در روش های متداول طراحی میراگر ویسکوز، میرایی مورد نیازی که لازم است توسط میراگرهای ویسکوز در سازه تامین شود به سختی سازه بستگی دارد. در این مقاله به منظور توزیع میرایی ویسکوز در ارتفاع ساختمان، روش توزیع متناسب با دریفت بین طبقه ای بر اساس تغییر شکل های مد اول (IDPD) به کار برده شده است و جهت محاسبه میرایی کل میراگرها از پنج روش مختلف تعیین سختی طبقات استفاده شده است. در نهایت از میان این پنج روش، روشی که در آن پاسخ های ساختمان کنترل شده با میراگر ویسکوز انطباق بیشتری با هدف طراحی داشته باشند روش مطلوب خواهد بود. همچنین به منظور ارزیابی هزینه طراحی جهت انتخاب روش مناسب، مقایسه ای از نظر میرایی کل مورد نیاز (به عنوان معیار هزینه) برای رسیدن به هدف طراحی مورد نظر انجام شده است. سازه های مورد بررسی، ساختمان های 3، 9 و 20 طبقه معیار پروژه سک می باشند. به منظور تحلیل تاریخچه زمانی ساختمان ها از چهار رکورد معیار حوزه نزدیک با اثر پرتابی و چهار رکورد معیار حوزه دور استفاده شده است. نتایج نشان دهنده ی تاثیر متفاوت روش های مختلف محاسبه ی سختی طبقات در انطباق با هدف طراحی می باشد و به همین دلیل لازم است برای دستیابی به هدف طراحی مورد نظر از بین روش های تعیین سختی مختلف روش سختی مناسب انتخاب گردد.
کلید واژگان: میراگر ویسکوز لزج، روش توزیع IDPD، هزینه طراحی، ساختمان های سک، تحلیل تاریخچه زمانیPassive control systems have always been used in civil structures due to the lack of external energy source, low cost, easy installation and simple design. The fluid viscous damper is one of the most advanced passive control devices that dissipates the energy input to the structure by converting mechanical energy into heat. In conventional viscous damping design methods, the required damping required to be provided by viscous dampers in the structure depends on the stiffness of the structure. In this paper, in order to distribute the viscous damping at the height of the building, the distribution method is used in proportion to the inter-story drift proportional distribution determined on the basis of the first mode deformations and five different methods for determining the stiffness of the stories are used to calculate the total damping. Finally, of the five methods, the one in which the responses of the controlled building to the viscous damper are more in line with the design goal would be the preferred method. Also, in order to evaluate the design cost to choose the appropriate method, a comparison has been made based on the total damping required (as a cost criterion) to achieve the desired design goal. The studied structures are 3, 9 and 20 story benchmark buildings of SAC project. In order to analyze the time history of buildings, four benchmark near field records with the effect of Fling Step and four benchmark field far records have been used. The results show the different effects of different methods of calculating the stiffness of floors in accordance with the design goal and therefore it is necessary to choose the appropriate stiffness method from different methods to determine the desired design goal.
Keywords: Fluid viscous dampers, IDPD distribution method, design cost, SAC buildings, time history analysis -
این مقاله به بررسی تاثیر میراگرهای فلزی جاری شونده U-شکل در مقاوم سازی ساختمان های بتنی متداول خمشی متوسط نامنظم در ارتفاع می پردازد. پس از طراحی قاب های ضعیف کاهش نیاز لرزه ای سازه های مقاوم سازی شده مطابق با ضوابط تحلیل غیرخطی سازه های بتنی با مدلسازی در نرم افزار PERFORM 3D بررسی شده است. با انجام تحلیل های تاریخچه زمانی دو بعدی، تحت رکوردهای دور از گسل، تغییر مکان طبقه آخر، دریفت طبقات، برش پایه، و سطح عملکرد قاب ها، ارزیابی گردید. مطابق نتایج بدست آمده، مقدار دریفت و تغییرمکان طبقات در قاب مقاوم سازی شده با میراگر تا حدود 30 درصد کاهش می یابد. همچنین سطح عملکرد نیز با استفاده از میراگر به نحو چشمگیری بهبود می یابد. کاربرد میراگر تاثیر چندانی بر کاهش مقدار برش پایه نداشته و در برخی موارد تا حدود 10 درصد، برش پایه در قاب مقاوم سازی شده با میراگر در مقایسه با قاب بدون میراگر افزایش می یابد.
کلید واژگان: ساختمان بتنی، نامنظمی در ارتفاع، میراگر فلزی جاری شونده، تحلیل غیرخطی، تحلیل تاریخچه زمانیHaving a long history of seismicity and experienced destructive and deadliest earthquakes make Iran one of the vulnerable countries against earthquakes. Based on the seismic hazard zoning map presented in the Iranian seismic code (2800 provisions), more than 90% of Iranian cities are located in areas with high or very high seismic hazard zones. On the other hand expansion of urbanization in recent decades almost comprises reinforced concrete (RC) buildings. Many of these RC structures constructed in accordance with codes that did not mandate adequate detailing and reinforcement for seismic protection, may have already suffered damage since their erection, due to insufficient maintenance, earthquake activity, or other natural hazards. Therefore providing appropriate solutions for the rehabilitation of such structures has always been considered essential. Metallic energy dissipators have been grown experimentally and theoretically almost for steel structures. U-shaped metallic-yielding damper as one of the most well-known metallic energy dissipators has also developed as a lateral-load resisting system for strengthening existing steel frames. Experimental and theoretical results showed that U-shaped metallic dampers can operate with large displacements in the inelastic range and dissipate energy through the plastic deformation of the steel. The purpose of this study is to take potential advantages of this system to strengthen deficient RC structures. To the best of the authors’ knowledge, this issue has rarely been considered, most of which are limited to small experimental studies. Therefore, it can be useful to study this issue numerically at the real size structural level. In this regard, three RC intermediate moment frames in 4, 6, and 8 stories and irregular in elevation are considered. Irregularity is considered by a setback in elevation of the frames as a special type of irregularity with considerable effect on seismic performance. Frames were first designed deficiently by SAP2000 software according to the provisions of the Iranian national building code and Iranian seismic code for the intermediate reinforced concrete moment-resisting frames. Then the frames strengthen by adding U-shaped metallic-yielding dampers together with inverted V-braces. The nonlinear dynamic time-history analysis is performed on all frames subjected to three far source input motions utilizing PERFORM 3D software. Nonlinear specifications of beams and columns are considered by assigning plastic hinges to them in addition to defining nonlinearity for the dampers. The results of roof displacement, base shear, inter-story drifts, and performance of frames at the life safety structural performance level are monitored for both cases with and without dampers. The use of U-shaped metallic dampers has always reduced significantly the maximum lateral displacement of the buildings. On average, under the three records of Imperial Valley, Manjil, and Tabas, the reduction is obtained as 32, 33, and 22 for 4, 6, and 8 story frames, respectively. Such a significant reduction is also visible in the inter-story drifts. . No major effect on the maximum base shear force is observed and even in some cases, it is increased up to 10%. Failure of frames reduced by transferring nonlinearity of elements to the dampers and seismic performance assessment indicates that dampers strengthen frames to almost satisfy the requirements of the life safety level.
Keywords: Reinforced concrete structure, irregularity in elevation, U-shaped metallic-yielding damper, nonlinear analysis, time history analysis -
در این مقاله رفتار و عملکرد لرزه ای سازه های بلند با سیستم سازه ای لوله در لوله به عنوان یکی از سیستم های باربر جانبی با هسته بتنی دارای بازشو در دیافراگم مورد مطالعه قرار می گیرد. به منظور بررسی تاثیر سیستم لوله در لوله با هسته مرکزی بر رفتار لرزه ای سازه بلند، مدل سازه ای در دو حالت با لوله داخلی و بدون در نظر گرفتن لوله داخلی مورد ارزیابی قرار می گیرد. جهت بررسی رفتار لرزه ای مدل سازه ای از سه روش تحلیل استاتیکی معادل، تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیرخطی و تحلیل استاتیکی غیرخطی (پوش اور) استفاده می شود. همچنین از یک مدل سازه ای 25 طبقه با سیستم لوله در لوله با هسته بتنی استفاده می شود به طوری که این مدل سازه ای در طبقات آخر دارای بازشو در دیافراگم می باشد. نتایج بدست آمده از مطالعات صورت گرفته نشان می دهد که استفاده از هسته بتنی به عنوان لوله مرکزی موجب کاهش محسوسی در جابجایی جانبی و دریفت طبقات می شود. همچنین نتایج بدست آمده از تحلیل استاتیکی غیرخطی (پوش اور) نشان می دهد که با استفاده از هسته بتنی مرکزی، ظرفیت نهایی سازه و شکل پذیری سازه افزایش چشم گیری پیدا می کند. نتایج بدست آمده از تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیرخطی نشان می دهند که برای این سیستم سازه ای روش استاتیکی غیرخطی از دقت خوبی در محاسبه حداکثر تغییرمکان سازه برخوردار می باشد.
کلید واژگان: سازه های بلند، سیستم لوله در لوله، تحلیل تاریخچه زمانی، تحلیل پوش اور، پاسخ های لرزه ای سازهIn this paper, the seismic behavior of reinforced concrete (RC) high-rise buildings with frame-core tube systems as one of the lateral bearing systems are studied. In order to investigate the effect of the core tube system on the seismic behavior of the high-rise building, the structural model is evaluated in two cases with the inner core tube and without the inner core tube. Three methods of equivalent static analysis, dynamic nonlinear time history analysis and nonlinear static analysis (push-over analysis) are used. Also, a 25-story high-rise building with a frame-core tube system having voids in the last floors is implemented. The results showed that the use of RC core as a central tube significantly reduces the lateral displacement and drift of floors. Also, the results obtained from the nonlinear static analysis indicated that using the central RC core, the ultimate capacity of the building as well as the ductility of the building increase significantly. Finally, the results obtained from the nonlinear time history showed that the nonlinear static analysis have good accuracy in calculating the maximum displacement of the structure.
Keywords: High-rise building, Frame-Core Tube System, time history analysis, Push-Over Analysis, Seismic response
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.