viscous dampers
در نشریات گروه عمران-
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
-
میراگر های ویسکوز یکی از سیستم های کنترل غیر فعال است که سبب می شود تقاضای لرزه ای المان های سازه ای ساختمان کاهش یابد و خرابی ساختمان به حداقل رسد. از طرفی چینش مناسب میراگرهای ویسکوز در افزایش عملکرد آن بسیار موثر است و از لحاظ اقتصادی استفاده از میراگر ویسکوز در تمامی طبقات به صرفه نمی باشد. در این پژوهش میراگرهای ویسکوز بر اساس چهار روش توزیع شامل توزیع ضریب میرایی به صورت یکنواخت، توزیع متناسب با نیروی برشی طبقات، توزیع براساس انرژی کرنشی برشی طبقات و توزیع براساس انرژی کرنشی برشی طبقات موثر، بر اساس FEMA 356 طراحی می گردند. با هدف یافتن روش توزیع بهینه، پاسخ های لرزه ای سازه شامل حداکثر نسبت دریفت، حداکثر شتاب نسبی طبقات و انرژی کرنشی، استخراج شده و نتایج حاصل از بهسازی به چهار روش ذکر شده با شاخص های عملکرد پیشنهادی مقایسه می شود. در این تحقیق با معرفی دو شاخص عملکرد جدید که شامل وزن دهی به پارامترهای مختلف پاسخ سازه با توجه به سطوح عملکرد متفاوت می باشد، پاسخ های ساختمان تحت روش های متفاوت توزیع میرایی مورد بررسی و مقایسه قرار گیرد. با توجه به اثر هر یک از روش های توزیع ضریب میرایی بر شاخص های عملکرد پیشنهادی سازه، می توان اذعان داشت که توزیع ضریب میرایی براساس طبقات موثر در مقایسه با سایر روش های توزیع ضریب میرایی، از عملکرد مناسب تری برخوردار است. نتایج حاصل از تحلیل تاریخچه زمانی نشان داد استفاده از میراگرهای ویسکوز در ساختمان های محک به صورت میانگین باعث بهبود 50 درصدی در شاخص عملکرد سازه های متوسط و بلند مرتبه و همچنین بهبود 40 درصدی در شاخص نیروی سازه های متوسط و بلند مرتبه که تحت شتاب نگاشت حوزه های دور قرار گرفته اند می شود.
کلید واژگان: میراگرهای ویسکوز، توزیع ضریب میرایی، سازه های فولادی، شاخص عملکرد، شاخص نیروViscous dampers are one of the passive control systems that reduce the seismic demand of the structural elements of a building and minimize the building damage. However, the proper arrangement of viscous dampers greatly affects their increased performance, and it is not economical to use viscous dampers in all floors. In this study, the viscous dampers are designed according to four distribution methods based on FEMA 356: uniform damping coefficient distribution, distribution proportional to shear force of floors, distribution based on shear strain energy of floors and distribution based on shear strain energy of effective floors. In order to find the optimal distribution method, the seismic responses of the structure including the maximum drift ratio, maximum relative acceleration of floors, and strain energy are extracted and the results obtained from the rehabilitation in the four methods are compared with the proposed performance indices. Considering the effect of each method of damping coefficient distribution on the structural performance indices, it can be argued that the damping coefficient distribution based on the effective floors has a more appropriate performance compared to other methods of damping coefficient distribution. The results of time history analysis show that the viscous dampers used in the benchmark buildings cause a 50% improvement in the performance index of mid- and high-rise structures and also a 40% improvement in the force index of mid- and high-rise structures under the far-field acceleration.
Keywords: Viscous dampers, damping coefficient distribution, steel structures, performance index, force index -
در دو دهه اخیر بسیاری از سازه ها به دلیل تغییر در ضوابط آیین نامه های لرزه ای یا تغییر کاربری ساختمان ها، نیازمند بهسازی لرزه ای می باشند. از طرفی استفاده از میراگرهای ویسکوز در بهسازی لرزه ای به دلیل نصب ساده، کمترین تداخل با سازه موجود و همچنین بهبود چشمگیر عملکرد لرزه ای ساختمان ها به سرعت در حال افزایش است. هدف اصلی این مقاله ارایه یک روند طراحی جدید جهت ارزیابی لرزه ای احتمالاتی سازه های فولادی مجهز به میراگرهای ویسکوز غیر خطی می باشد. برای بررسی عددی از سه قاب خمشی فولادی 3، 9 و 20 طبقه، به عنوان سازه محک استفاده شده است. این سازه ها به دلیل تفاوت محسوس مشخصات دینامیکی، بیانگر سازه های کوتاه، میان و بلند مرتبه می باشند. برای تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی از دو شتاب نگاشت حوزه نزدیک و دو شتاب نگاشت حوزه دور با شدت های مختلف (جمعا ده شتاب نگاشت) استفاده شده است. همچنین تحلیل غیر ابعادی برای ارزیابی پارامتر عدم قطعیت توان سرعت میراگرهای ویسکوز غیرخطی صورت پذیرفته است. سپس به برآورد احتمالاتی خرابی سازه های محک و بررسی تاثیر عدم قطعیت پارامتر بی بعد ضریب میرایی و شدت توان میراگر بر پاسخ لرزه ای سازه پرداخته ایم. با ارزیابی نتایج تحلیل لرزه ای برای میراگرهای ویسکوز با شدت توان 0.2، 0.3 و 0.4 مشخص گردید اگر چه بهسازی لرزه ای در همه ی ساختمان های محک منجر به بهبود چشمگیر علمکرد لرزه ای شده است، لیکن روند طراحی پیشنهادی در سازه های بلند مرتبه بهسازی شده با شدت توان 0.4 موثرتر می باشد.
کلید واژگان: میراگرهای ویسکوز، ساختمان های فولادی، ریسک لرزه ای، بهسازی لررزه ای، ارزیابی احتمالاتی، تابع چگالی بتاDuring the recent two decades, many structures have become in need for seismic retrofit due to changes in either requirements of relevant seismic codes or the building usage. Viscous dampers are increasingly employed for seismically retrofitting various structures thanks to their easy installation and minimum intervention into the existing structure while significantly improving the seismic performance of the building. The main objective of this paper is to present a new design procedure for the evaluation of probabilistic seismicity of steel structures equipped with nonlinear viscous dampers. For this purpose, numerical investigation was conducted on, as benchmark structures, three steel-made moment-resistant frames with 3, 9, and 20 stories. Due to significant differences in their dynamic characteristics, these three structures represented low-rise, mid-rise, and high-rise buildings, respectively. Nonlinear time history analysis was performed using two near-field and two far-field accelerograms at various intensities (making up a total of 10 accelerograms). Moreover, nondimensional analysis was done to evaluate the uncertainties associated with velocity exponent of the nonlinear viscous dampers. Next, probabilistic estimation of damages occurred to the benchmark structures was performed and the effect of the uncertainty associated with the dimensionless power intensity of the damper on the seismic response of the structure. Investigating the results of the seismic analysis for viscous dampers at power intensities of 0.2, 0.3, and 0.4, it was found that although the seismic retrofit had significantly improved the seismic performance in all model structures but the proposed design procedure was more effective in the retrofitted high-rise structures at the power intensity of 0.4.
Keywords: Viscous dampers, steel structures, seismic risk, seismic retrofit, probabilistic response, beta density distribution function -
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 -
در سال های اخیر، استفاده از سیستم های کنترلی در ساختمان ها افزایش یافته است و بیش از پیش، اهمیت آن برای کاهش ارتعاش سازه ها احساس میشود. برای بهبود رفتار دینامیکی ساختمان های مجاور، سیستم های کنترلی می توانند بین ساختمان های مجاور به عنوان سیستم های فعال، نیمه فعال و غیر فعال نصب شوند. یکی از مهم ترین دستگاه های میراگر در کنترل غیر فعال، میراگر ویسکوز سیال می باشد. میراگرهای ویسکوز سیال به دلیل وجود مقاومت بالای سیال آن ها، اجازه می دهد تا پاسخ لرزه ای ساختمان های مجاور کاهش یابد. در این مقاله اثر میراگرهای ویسکوز بر کاهش جابهجایی طبقه بالا و هم چنین بهبود رفتار دینامیکی ساختمان های مجاور مورد بررسی قرار گرفته است. هدف اصلی در این پژوهش، استفاده از سیستم های کنترلی در دو ساختمان مشابه مجاور برای کاهش پاسخ کل سیستم می باشد. به منظور تحلیل مدلسازی برای بهبود رفتار دینامیکی ساختمان های مجاور متفاوت متصل شده با میراگرها، تعداد دو مدل از نمونه های اصلی در این مقاله بررسی شده است که برای استخراج آنالیز پاسخ و تاریخچه زمانی از نرم افزار SAP 2000 استفاده بهره جویی می شود. نتیجه ها نشان می دهند که اثر میراگرهای ویسکوز سیال برای ساختمان بلند تر نسبت به ساختمان کوتاه تر، کم رنگ تر است. هم چنین این میراگرها برای ساختمان های مجاور با ارتفاع های مختلف نسبت به ساختمان های با ارتفاع یکسان اثر بخشی بیشتری دارند.
کلید واژگان: رفتار دینامیکی، ساختمان های مجاور، میراگرهای ویسکوز، تحلیل لرزه ای، کنترل غیرفعالNowadays, the use of control systems in buildings has been increased and the importance of vibration reduction of structures is considered more than ever. In addition to improve the dynamic behavior of buildings, control systems can be installed between adjacent buildings as activated, semi-active and inactivated systems. Fluid viscous dampers are one of the most important approaches for inactivated control systems in which the dynamic response of two adjacent buildings reduces according to the high resistance of the viscous fluid. The main purpose of this study is the use of control systems in two similar adjacent buildings to reduce the entire system response which will be the analytical study of the impact of viscous dampers to control system performance. In order to provide the analysis and to study the dynamic behavior improvement of different adjacent buildings connected with dampers, two models of the original sample was investigated. All examples are different from each other and response analysis and time history was provided using SAP 2000 software. According to the acquired results, the effect of fluid viscous dampers for tall buildings is less than the shorter ones. Moreover, these dampers are more efficiently working for adjacent buildings with different heights rather than buildings with the same height.
Keywords: Dynamic behavior, Adjacent buildings, Viscous dampers, Passive control, seismic analysis -
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 -
Application of a Comprehensive Seismic Retrofit Procedure for Steel Buildings Using Nonlinear Viscous DampersThis study presents application of a new methodology to determine the characteristics of nonlinear viscous dampers (NLVDs). It also determines the optimum retrofitting level (ORL), by providing a novel and straightforward formulation without complex calculations. Inter-story drift ratio is considered as the effective parameter to calculate the failure cost of structures and to define limit states. To determine the ORL in low, medium and high-rise steel structures, three benchmark structures with different dynamic characteristics are studied. In addition, to validate the results in different zones with various seismic hazard levels, earthquake records representing three earthquake hazard levels are used in time history analysis. Based on the numerical results from nonlinear time history analyses, this comprehensive design procedure can be efficiently used to make seismic design of steel buildings with NLVDs, thereby meeting structural performance targets for any earthquake record at any intensity. Notably, use of the comprehensive design procedure reduces inter-story drift ratio to less than 0.7 in most building stories, suggesting that the building remains in immediate occupancy state under the applied earthquake records. Further, it can efficiently reduce the life-cycle costs and establish balance between the retrofit costs and failure reduction costs once structural retrofitting is performed.Keywords: Viscous dampers, Seismic retrofit, Life-cycle cost, Retrofit level, Benchmark structures
-
Residual drifts after severe earthquakes interrupt serviceability of buildings. Retrofitting of such buildings is in many cases very difficult and consumes lots of time and money. Recently, there are some attempts to develop the seismic design procedures to not only satisfy life safety criteria but also lead to more economical buildings. One of these modern methods of improving seismic performance of the steel structures is using systems with ability of rocking. The main features of these new systems are to concentrate the damages in specific easily repairable locations of structures, to dissipate more energy and to reduce and limit the residual deformations. In this paper the effects of the column-foundation connection stiffness on the seismic performance of rocking steel braced frame are studied. Nonlinear dynamic time history analyses are applied, using seven far-field ground motion records in two intensity levels. The response parameters are mean of the maximum vertical accelerations of rocking columns, drifts, performance levels, in addition of the positive and negative vertical displacements. The results of this study indicate the positive effect of increase in the tensile stiffness and decrease of compressive stiffness in the column base connection on vertical accelerations, uplift and performance levels in the models with viscous dampers.Keywords: rocking steel braced frame, Viscous Dampers, column-foundation connection, compressive stiffness, tensile stiffness
- 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.