فهرست مطالب

نشریه سازه و فولاد
سال چهاردهم شماره 27 (بهار 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/03/31
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مهدی سالمی، شمس الدین هاشمی* صفحات 5-24

    با وجود آنکه دیوارهای برشی بتن مسلح از سختی برون صفحه بالایی برخوردارند، دیوارهای برشی فولادی سختی برون صفحه کمی دارند. برای جلوگیری از کمانش این دیوارها، ورق های فولادی را توسط برشگیرهایی به پانل بتنی متصل می کنند (دیوارهای برشی مرکب). یک راه حل مناسب برای محدود کردن تغییر شکل جانبی ناشی از خمش دیوارهای برشی در سازه های مرتفع، همبند کردن آنها است. در این مقاله به بررسی رفتار دیوارهای برشی مرکب همبند پرداخته شده است. نتایج نشان می دهند، تنش های ایجاد شده در سیستم دیوارهای برشی همبند نسبت به سیستم دیوارهای برشی مجزا کاهش یافته و سختی جانبی افزایش می یابد. البته، افزایش صلبیت تیرهای همبند از حدی به بعد تاثیر قابل توجهی بر رفتار الاستیک این سیستم نمی گذارد. بنابراین رابطه ای پیشنهاد شده که می تواند به طور تقریبی ابعاد مقطع تیرهای همبند ایده آل را پیش بینی نماید. در شروع پژوهش یک سیستم دوگانه قاب خمشی فولادی و دیوارهای برشی مرکب مجزا 5 طبقه طراحی شده و تحلیل غیرخطی استاتیکی گردیده است و سپس این سیستم بدون هیچ تغییری به صورت همبند فرض شده و ابعاد مقطع تیرهای همبند مورد نیاز این سازه توسط رابطه پیشنهادی محاسبه شده و مجددا تحلیل غیرخطی استاتیکی گردیده است. مقایسه نتایج حاصل از این مدل ها بیانگر افزایش پارامترهای مقاومتی و لرزه ای دیوارهای برشی همبند نسبت به مجزا می باشد. نتایج نشان می دهند افزایش صلبیت تیرهای همبند نسبت به تیرهای ایده آل، تاثیر چندانی در افزایش پارامتر های مقاومتی سیستم نداشته و حتی شکل پذیری سیستم کاهش پیدا می کند. بنابراین مقطع تیرهای همبند ایده آل تعیین شده از رابطه پیشنهادی، عملکرد غیرخطی بهینه ای نیز داشته است.

    کلیدواژگان: روش محیط پیوسته، روش اجزاء محدود، دیوار برشی مرکب، تیر همبند، تحلیل غیرخطی استاتیکی
  • محسن بمبائی چی*، مصطفی سلیمی نیک صفحات 25-40

    در تحلیل و طرح قاب های فولادی، عامل های فراوانی وجود دارند که تصادفی پنداشتن هر یک از آن ها می تواند اثر چشم گیری بر ایمنی سازه داشته باشد. در این میان، سختی دورانی پیوندها (اتصالات)، به سبب وجود عدم قطعیت هایی مانند چگونگی ساخت، اجرا و نصب قاب های فولادی، می تواند به عنوان یکی از این عامل ها پنداشته شود. باید افزود، اثر پیوندهای نیمه سخت (نیمه صلب)، به سبب تغییر توزیع لنگرها و مقدار تغییرمکان های گرهی در بیشتر آیین نامه های پیشرفته، وارد تحلیل می گردد. از این رو، در این پژوهش، نخست، اثرهای سختی دورانی پیوندهای تیر به ستون و ستون به تکیه گاه، در دو قاب فولادی یک طبقه- یک دهانه (F1) و یک طبقه- دو دهانه (F2)، به شیوه مفصل خمیری (پلاستیک)، مورد تحلیل خمیری یقین اندیشانه قرار گرفت. باید افزود، رفتار پیوندها با فنرهای دورانی سه خطی الگوسازی شدند. در ادامه، با تصادفی پنداشتن سختی دورانی و لنگر خمیری پیوندهای تکیه گاهی و عضوی و همچنین، در نظر گرفتن چند توزیع احتمال با ضریب های پراکندگی متفاوت، رفتار سازه در تحلیل خمیری احتمال اندیشانه بررسی گردید. در این راستا، از شبیه سازی مونت کارلو برای برآورد احتمال شکست قاب های فولادی با پیوندهای نیمه سخت و تکیه گاه های کشسان دورانی بهره جویی شد. بر این پایه، هر یک از قاب های F1 و F2، 840000 مرتبه شبیه سازی گردیدند و ظرفیت بار شکست وارد بر سازه در دسترس قرار گرفت. ظرفیت باربری سازه در دو حالت یقین اندیشانه و احتمال اندیشانه حساب و پاسخ ها در جدول ها و نمودارهایی بررسی شدند. باید افزود، از نرم افزار OpenSees برای انجام تحلیل های خمیری قطعی و احتمالاتی بهره جویی گردید. یافته ها نشان داد، سختی و لنگر خمیری پیوندهای عضوی و تکیه گاهی، اثر قابل توجهی بر پاسخ های تحلیل های خمیری یقین اندیشانه و احتمال اندیشانه دارند.

    کلیدواژگان: قابلیت اعتماد، پیوند نیمه سخت، شبیه سازی مونت کارلو، تکیه گاه کشسان دورانی، تحلیل خمیری
  • اباذر اصغری*، وحید جابری صفحات 41-50

    قابلیت تعمیر سازه ها بعد از زلزله با جایگزین کردن چندین عضو می تواند بسیار اقتصادی و کاربردی باشد. طراحی سازه ها به صورتی که بعد از زلزله امکان تعمیر و بازسازی و امکان مقاومت در برابر زلزله بعدی در آن ها وجود داشته باشد، کمک بزرگی در شرایط بحرانی بعد از زلزله های بزرگ است. ستون های پیوندیافته ایده ای از یک سیستم باربرجانبی فولادی است که قابلیت تعمیر سازه ها بعد از زلزله با جایگزین کردن چندین عضو را فراهم می کند. در تحقیقات گذشته عملکرد ستون های پیوندیافته به صورت یک سیستم دوگانه به همراه سیستم قاب خمشی، مورد ارزیابی قرار گرفته است و نشان داده شد که این سیستم توانایی تحقق اهداف طراحی خود را دارد. با توجه به ظرفیت بالا سیستم ستون های پیوندیافته در باربری جانبی، در این تحقیق سعی شده است که عملکرد ستون های پیوندیافته به عنوان یک سیستم منفرد در برابر بارهای لرزه ای ارزیابی شود. بدین منظور ستون های پیوندیافته به عنوان سیستم باربرجانبی در یک قاب ساده در مدل هایی 3، 6 و 9 طراحی شده است. این مدل ها با استفاده از روش تحلیل استاتیکی غیرخطی و تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیرخطی موردبررسی قرار گرفته اند. نتایج حاصل از این بررسی نشان می دهند که مقدار میانگین حداکثر تغییرمکان جانبی نسبی طبقات، تحت 14 رکورد زلزله مقیاس شده به زلزله طرح، همواره کمتر و نزدیک به 2% است و این سیستم از ظرفیت غیرارتجاعی کافی برخوردار است. درنتیجه سیستم قاب ساده با ستون های پیوندیافته به عنوان یک سیستم سازه ای فولادی جدید که قابلیت تعمیر سریع سازه ها بعد از زلزله را فراهم می کند، معرفی می گردد.

    کلیدواژگان: سیستم ستون های پیوندیافته، تعمیر سریع سازه ها بعد از زلزله، سیستم های سازه ای فولادی جدید، عملکرد غیرخطی سازه ها
  • سید محمدرضا مرتضوی*، ابوالحسن هروی صفحات 51-60

    تحقیق حاضر باهدف تعیین نسبت بهینه نیاز به ظرفیت در المان های زانویی در سیستم مهاربندی جانبی به نام مهاربند زانویی شورون در نظر گرفته شده است. ایده کلی آن است که طراحی به گونه ای انجام پذیرد تا در زلزله های شدید فقط عضو زانویی تسلیم شود و بقیه اعضا در حالت ارتجاعی باقی بمانند و یا تعداد مفاصل پلاستیک در تیرها و ستون ها و همچنین کمانش بادبندها کاهش قابل توجهی یابد. در این تحقیق دو مدل المان زانویی با حالت خمشی و برشی و با تعداد طبقات 2، 6 و 10 طبقه و دوحالت 2 دهانه و 4 دهانه در نظر گرفته شده است. در حالت خمشی از مقطع باکس و حالت برشی از مقطع آی پی ای استفاده شده است. در این تحقیق نوع رفتار سازه و روند تشکیل مفاصل پلاستیک را در قاب هایی با حالت طراحی که نسبت نیاز به ظرفیت در المان های زانویی کوچک تر از یک و حالتی که نسبت نیاز به ظرفیت در المان های زانویی بزرگ تر از یک است مورد بررسی قرار دادیم. توالی تسلیم المان ها در تجزیه وتحلیل غیرخطی استاتیکی مطابق با آنچه انتظار می رفت است. المان های زانویی قبل از کمانش مهاربندها در هر طبقه در تمام مدل های مورد بررسی تسلیم شد. ازاین رو، می توان حدس زد که طراحی المان های زانویی با توجه به 120 تا 140 درصد از ظرفیت الاستیک آن ها یک استراتژی مناسب برای اطمینان از این که المان های زانویی اولین المان هایی هستند که به سازه به اتلاف انرژی جذب شده از طریق تشکیل مفاصل پلاستیکی کمک می کند است.

    کلیدواژگان: مهاربند زانویی شورون، المان زانویی، تحلیل استاتیکی غیرخطی، نسبت نیاز به ظرفیت
  • مجتبی فتحی*، مهدی پرویزی، سهیل مجیدزمانی، فرهاد رضایی رشنودی صفحات 61-76

    در این مقاله تاثیر قرارگیری انواع سخت کننده ها و بازشوهای مختلف در رفتار لرزه ای اندرکنشی دیوار برشی فولادی و قاب بتنی پیش ساخته مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. دیوارهای برشی فولادی به کمک اتصالات پیچ و مهره به تسمه هایی که درون قاب بتنی پیش ساخته تعبیه شده اند، متصل شده اند. تحلیل های پوش اور و دینامیکی تحت هفت شتاب نگاشت زلزله در نرم افزار ABAQUS انجام شد. نتایج تحلیل ها نشان داد که اتصالات پیچ و مهره ای تسمه ها با حفظ پایداری و مقاومت خود، عملکرد مناسبی در راستای باربری دیوار برشی فولادی از خود نشان دادند. اضافه کردن دیوار برشی فولادی به قاب بتنی، سختی اولیه، برش پایه و جذب انرژی را به ترتیب 4، 3/4 و 340 برابر افزایش داد. نمونه دارای بازشوهای در راستای قطر و سخت کننده های افقی و قایم بیشترین جذب انرژی (22 درصد افزایش نسبت به نمونه ساده) را داشت. این مدل دارای بیشترین جابجایی نسبی (2 برابر) و کمترین برش پایه (10 درصد کاهش) بود. افزودن سخت کننده های افقی و قایم جذب انرژی را 16 درصد افزایش داد. در حالی که اضافه کردن سخت کننده های قطری جذب انرژی دیوار برشی فولادی را 25 درصد کاهش داد. همین مدل کمترین جابجایی نسبی (15 درصد کاهش) و بیشترین برش پایه (7 درصد افزایش) را از خود نشان داد. قرار دادن بازشوهای کناری در این مدل توانست جذب انرژی دیوار برشی را به مقدار 35 درصد افزایش دهد.

    کلیدواژگان: سازه های بتنی، دیوار برشی فولادی، سخت کننده، بازشو، اندرکنش
  • قاسم پاچیده، مجید قلهکی*، امین مشتاق صفحات 77-85

    در این مقاله به بررسی عملکرد لرزه ای ستون های فولادی دوجداره پرشده با بتن با هندسه منشوری پرداخته شد. بدین منظور تعدادی ستون با هسته داخلی مربع، لوزی و دایره ای شکل و هندسه خارجی منشوری شکل با سطح مقطع مربعی که با شیب 1/2 درجه از بالا به پایین افزایش یافته است، ساخته شد. کلیه ستون ها تحت بار چرخه ای با پروتکل بارگذاری ATC-24 قرار گرفته و بارگذاری تا مرحله گسیختگی ستون ادامه یافت. نتایج حاکی از آن است که با وجود اینکه مود خرابی ستون های با مقطع داخلی مربع و لوزی مشابه یکدیگر بوده اما ستون های با مقطع داخلی دایره آثار تخریبی و گسیختگی نامناسب تری نسبت به ستون های با مقطع داخلی مربع و لوزی داشته اند. همچنین مود گسیختگی پای ستون ها پس از 20 سیکل بصورت کمربند قطری با زاویه 45 درجه گسترش پیدا کرده است. سختی اولیه و ضریب شکل پذیری ستون های با مقطع داخلی لوزی تا حدود 2 برابر سایر ستون ها می باشند. نکته دیگر این است که بعلت نرم تر شکستن ستون با مقطع داخلی دایره نسبت به سایر ستون ها، افت انرژی آن به یکباره نبوده است

    کلیدواژگان: ستون فولادی دوجداره پرشده با بتن (CFDST)، هندسه منشوری، عملکرد لرزه ای
|
  • Mahdi Salemi, Shamsedin Hashemi* Pages 5-24

    Reinforced concrete shear walls have a high out-of-plane stiffness, while the steel shear walls have a slight out-of-plane stiffness. To prevent the buckling, the steel plates are connected to the concrete panel by shear lugs (composite shear walls). In this paper, the behavior of coupled composite shear walls is investigated. The results show that the stresses created in the system of coupled shear walls are reduced in comparison to separate shear walls and that lateral stiffness is increased. However, increasing rigidity of coupled beams more than a specified amount does not significantly affect the elastic behavior of the system. Therefore, a relation that can approximate the the ideal coupled beam is suggested. A dual system of steel moment-resisting frame and composite shear walls was designed, and static nonlinear analysis was performed. In the following, the composite shear walls are assumed to be unchanged, and the dimensions of the coupled beam are calculated by the proposed relationship and static nonlinear analysis has been performed. Comparison of the results shows that the resistance and seismic parameters of the coupled shear walls are more than separate shear walls. The studies show that increasing the rigidity of the coupled beams more than that of the ideal beams does not have a significant effect on the increase of the resistance parameters of the system and, moreover, the ductility of the system decreases. Therefore, the dimensions of the ideal coupled beam cross section are predicted well even in the nonlinear performance of the system.

    Keywords: Continuum Method, Finite Element Method, Composite shear wall, Coupled beam, nonlinear static analysis
  • Mohsen Bambaeechee* Pages 25-40

    In the analysis and design of steel frames, there are various factors that the uncertainty of each of them can have a significant effect on structural safety. Hence, the investigation and recognition of these factors is important for understanding the true behavior of the structure. In the meantime, the stiffness beam-to-column connection can be considered as one of the factors due to uncertainties such as how to construct, execute, install and model the parts and joints steel structures. The effect of semi-rigid joint on structural analysis not only changes the moment distribution along the beams and columns, but also increases the frame's displacement due to second-order effects. Therefore, in most advanced specifications, it is allowed to consider semi-rigid joints behavior. Hence, in this paper, first, the effect of stiffness of the connections in the plastic analysis based on plastic hinge will be studied in two steel frames. In the following, by randomly assuming the stiffness of rotation of beam to column and stiffness of column joints to the support and plastic moment of members and joints, and considering several probability distribution with different coefficients of variant, the behavior of the structure in the probabilistic plastic analysis can be investigated. Accordingly, the Monte-Carlo simulation is used to estimate the probability of failure of semi-rigid steel frames. On this Basis, each frame is simulated 840000 times and the load failure capacity on the structure is available. It should be added, the OpenSees software was used to deterministic and probabilistic analysis. The results showed that the rotational stiffness of the joints and restraints and plastic moment of members had a significant effect on the responses of deterministic and probabilistic analysis.

    Keywords: Reliability, Semi-rigid connection, Monte Carlo simulation, Elastic rotational support, Plastic analysis
  • Abazar Asghari Pages 41-50

    The capability to repair structures after an earthquake by replacing several members can be very economical and practical. In critical situations after the huge earthquakes is so helpful that structures can be repaired and rebuilt while being resistant to the next earthquake. The linked column is an idea of lateral resisting system which creates the ability to repair structures after an earthquake with replacing several members. In previous research, the linked column frame System (LCF) has been evaluated, the results have been shown that this system provides its design purposes. In this research, behavior of linked column with simple frame (LCS) will be evaluated, for this purpose 3, 6 and 9 story models of linked column with simple frame are designed and their behavior has been evaluated using nonlinear static pushover and nonlinear dynamic time history analysis. Based on the results, mean value of maximum interstory drift of models under the 14 ground motion records that scaled to the base design earthquake, is below 2 percent and this system has the capability of structural stability against the earthquake records. The plastic hinges spreading and beginning in nonlinear analysis shows that LCS system has the capability of creation design purposes. Thus, in preliminary evaluation of linked column with simple frame is introduced as a new structural steel frame system that provide fast repair structures after an earthquake.

    Keywords: Linked column system, fast repairing of buildings after earthquake, new structural steel frame systems
  • S.MohammadReza Mortazavi*, Abolhasan Heravi Pages 51-60

    The purpose of this study is to determine the ratio of the demand to capacity in knee element in the bracing system called Chevron's knee bracing. The overall idea is that the design is to be carried out so that only the knee element is yielding in the severe earthquakes, and the other members remain resilient, or the number of plastic hinges in the beams and columns, and the buckling of the braces, is significantly reduced. In this study, two models of bending and shear elements with 2, 6 and 10 floors and two types of 2 and 4 bays are considered. In the bending mode, the BOX section and in shear mode the IPE sections are used. In this study, the behavior of the structure and the process of forming plastic hinges in frames with design state that the ratio of the demand to capacity smaller than one and state that the ratio of the demand to capacity larger than one has been investigated. The yielding of elements in the nonlinear static analysis is in accordance with what was expected. Knee Elements Before the buckling braces in each story were yielded in all models examined. Hence, it can be guessed that the design of knee element, according to 120 - 140 percent of their elastic capacity, is an appropriate strategy to ensure that the knee elements are the first elements that help to the structure to energy dissipated by forming Plastic hinges.

    Keywords: Chevron knee braces, knee element, nonlinear static analysis, ratio of demand to capacity
  • Mojtaba Fathi*, Mahdi Parvizi, Soheil Majidzamani, Farhad Rezaee Rashnoodi Pages 61-76

    In this paper effects of the placement of various stiffeners and opening on the interaction behavior of steel plate shear walls and precast concrete frame, has been investigated. Steel plate shear walls has been bolted to concrete frame, by use of embedded plate in boundary concrete elements. Push over and dynamic analysis under seven earthquake acceleration in ABAQUS software, was done.
    The results showed that the proposed connection, by keeping up its stability and strength, showed appropriate function in the route of load bearing of shear wall. Also it was observed that adding steel plate shear wall to concrete frame increased initial stiffness, base shear and dissipated energy 4, 4.3 and 340 times, respectively. The sample with opening in diagonal line and horizontal and vertical stiffeners, had maximum dissipated energy (22% increased). This sample showed the maximum relative displacement (increased 2 times) and minimum base shear force (decreased by 10%). Adding horizontal and vertical stiffeners to simple sample, increased dissipated energy by 16% while, the sample with diagonal stiffeners decreased dissipated energy by 25%. This model showed the minimum relative displacement (decreased by 15%) and maximum base shear force (increased by 7%). Placing the opening at the middle of sides in this model, increased dissipated energy by 35%.

    Keywords: Concrete structures, steel plate shear wall, interaction, stiffener, opening plate
  • Ghasem Pachideh, Majid Gholhaki*, Amin Moshtagh Pages 77-85

    In this paper, we investigate the seismic performance of concrete dome filled concrete columns with prism geometry. For this purpose, a number of pillars with a square core, rhomboid, circular, and prism external geometry with a square cross-section that was raised with a 2.5 degree gradient from above up was made. All columns were loaded under the ATC-24 loading protocol and loaded until the rupture of the column continued. The results show that despite the collapse of the columns with the inner section of the square and the rhizosphere, the columns with the inner section of the circle have less damaging effects and rupture more than the columns with the internal section of the square and the rhombus. Also, the rupture pattern of the pillars after 20 cycles has been expanded in diameter belts with a 45 degree angle. The initial hardness and coefficient of ductility of the columns with the interior of the rhizome is about 2 times greater than the other columns. Another point is that due to the softer breakdown of the column with the inner section of the circle than the other columns, its energy loss has not suddenly been.

    Keywords: Concrete-Filled Double Skin Steel Column (CFDST), Prismatic Geometry, Seismic Performance