فهرست مطالب

سازه و فولاد - سال هفدهم شماره 40 (تابستان 1402)

نشریه سازه و فولاد
سال هفدهم شماره 40 (تابستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/08/10
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مجید محمدی*، محمد سلمانی سولا صفحات 5-17

    یکی از عوامل موثر بر رکورد زلزله، نوع خاک ساختگاه است. معمولا خاک های نرم اثر تشدیدکنندگی بیش تری دارند و باعث بروز رفتار غیرخطی بیش تری می گردند. به همین دلیل با تغییر ساختگاه از خاک نوع 1 به خاک نوع 4، ضرایب زلزله در استاندارد 2800 ایران نیز افزایش یافته و سازه های مستقر بر این نوع خاک ها عملا قوی تر طراحی می شوند. در این پژوهش عملکرد سازه های مجهز به میراگر ویسکوز در تمامی ساختگاه ها نسبت به سازه های مشابه فاقد میراگر مقایسه می گردد تا کارایی میراگر ویسکوز در ساختمان های مستقر در انواع خاک ها مورد بررسی قرار گیرد. برای این منظور سازه های قاب خمشی فولادی متوسط 5، 10 و 15 طبقه برای هر 4 ساختگاه دارای خاک نوع 1، 2، 3 و 4 طراحی و رفتار لرزه ای آن ها با سازه های مشابه دارای میراگر مقایسه می گردد. اعضای سازه ای و خصوصیات میراگر ساختمان های دارای میراگر بر اساس ASCE7-16 طراحی می شوند. تمامی سازه ها در نرم افزار OpenSees به صورت دوبعدی مدل سازی و با استفاده از شتاب نگاشت زلزله های حوزه دور و نزدیک واقعی که در هر 4 ساختگاه رخ داده اند، تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیرخطی می شوند. سازه های مورد نظر برای شهر تهران طراحی شده اند و در مطالعه رفتار واقعی آن ها در زلزله 475 ساله، مولفه قایم و افقی زلزله های واقعی که شتاب مولفه افقی آن ها به g 35/0 نرمالایز شده، به آن ها اعمال شده است. نتایج تحلیل های تاریخچه زمانی غیر خطی برای 24 رکورد زلزله حوزه دور و 10 رکورد حوزه نزدیک نشان می دهد که سازه های قاب خمشی متداول، با تغییر ساختگاه از خاک نوع 1 به خاک نوع 4، پاسخ بزرگ تر و عملکرد لرزه ای ضعیف تری از خود نشان می دهند. اما میراگرهای ویسکوز در سازه های مشابه، در هر 4 ساختگاه پاسخ سازه ها را به خوبی کاهش می دهند و هر چه قدر خاک ساختگاه نرم تر باشد، میراگرهای ویسکوز، عملکرد موثرتری از خود نشان می دهند. بنابراین به کارگیری میراگرهای ویسکوز را می توان در انواع خاک ها به عنوان راهکاری برای بهبود عملکرد لرزه ای به کار برد.

    کلیدواژگان: خاک ساختگاه، قاب خمشی فولادی، میراگر ویسکوز، زلزله حوزه دور، زلزله حوزه نزدیک، تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی
  • حمید بیرقی* صفحات 18-35

    در این مقاله، رفتار لرزه ای قاب های مهاربندی شده با آلیاژ حافظه دار شکلی و مهاربند کمانش تاب در آرایش های مختلف همگرا همراه با قاب خمشی به عنوان یک سیستم دوگانه در معرض زمین لرزه بررسی شد. قاب مهاربندی شده در این پیکربندی شامل مهاربندهای کمانش تاب فولادی، مهاربندهای با آلیاژ حافظه دار شکلی یا ترکیبی از مهاربندهای مذکور است. سازه ها با سیستم های پیشنهادی ابتدا طبق آیین نامه ها طراحی شده اند. سپس مدل های غیرخطی سازه های در نرم افزار سایزمواستراکت توسعه داده شده و تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی انجام شد. تحلیل ها تحت مجموعه رکوردهای زلزله در حوزه نزدیک در سطح زلزله حداکثر و سطح زلزله طرح انجام شد و پاسخ سیستم ها بررسی و با یک دیگر مقایسه شد. نتایج نشان می دهد حداکثر تقاضای جابه جایی نسبی بین طبقه ای باقی مانده برای مدل با مهاربند کمانش تاب در سطح زلزله حداکثر و سطح زلزله طرح به ترتیب حدود 2 و 2/1 درصد است و برای مدل آلیاژ حافظه دار شکلی تقریبا 28/0 و 11/0 درصد است. قابل ذکر است که در دستورالعمل سازه بلند لس آنجلس میانگین حداکثر جابه جایی نسبی بین طبقه ای باقی مانده مجاز 1 درصد است. به علاوه در هیچ کدام از رویکردهای سازه ای مذکور، مقدار جابه جایی نسبی بین طبقه ای و همچنین مقدار کرنش هسته مهاربندهای فولادی و آلیاژ حافظه دار شکلی از مقدار مجاز فراتر نمی رود.

    کلیدواژگان: آلیاژ حافظه دار شکلی، مهاربند کمانش تاب، قاب دوگانه، زلزله حوزه نزدیک، تحلیل غیرخطی
  • بهمن شروانی تبار*، حامد افکاریان باقرزاده صفحات 36-50

    برای جلوگیری از حرکت های جانبی ناشی از زمین لرزه و باد، مهاربندهای مختلفی در سازه ها به کار گرفته می شود. یکی از انواع مهاربندها، مهاربندهای کمانش تاب (BRBs) است که شامل هسته فولادی و یک غلاف است. این غلاف ممکن است تمام فولادی یا فولادی-بتنی باشد؛ البته مصالح دیگری هم به کار گرفته می شود. در این تحقیق روش نوینی برای بهبود عملکرد مهاربندهای کمانش تاب تمام فولادی ارایه شده است. بدین ترتیب که یک صفحه مشبک پرشده از گریس به همراه رولربرینگ ها (استوانه های توپر کوچک فولادی)، در دو طرف هسته به غلاف متصل شده و هنگامی که هسته تحت بارهای وارده، به صورت غیرارتجاعی (غیرخطی) تغییر طول کششی و یا فشاری از خود نشان می دهد، این رفت و برگشت ها بر روی این رولربرینگ ها که در یک فضای پرشده از گریس قرار دارند، انجام می گیرد. لذا اصطکاک بین هسته و غلاف کاهش یافته و از انتقال نیروهای محوری به غلاف جلوگیری می شود. همچنین به علت روان ترشدن حرکت رفت و برگشتی هسته در داخل غلاف، احتمال گسیختگی زودهنگام هسته از بین می رود. انواع مهاربندهای کمانش تاب تمام فولادی با و بدون استفاده از روش جدید، توسط تحلیل اجزاء محدود با استفاده از نرم افزار آباکوس مورد تحلیل قرار گرفته و مزایای روش جدید نشان داده شده است. کاهش نیروهای اصطکاکی وارد به غلاف، در نمونه های با رولربرینگ نسبت به نمونه های مشابه بدون رولربرینگ حداقل 45 و حداکثر 63 درصد است.

    کلیدواژگان: مهاربندهای کمانش تاب تمام فولادی، رولربرینگ، تحلیل اجزاء محدود، نیروهای اصطکاکی، اعوجاج هسته
  • میثم محبوبی نیازمندی*، محمد بخشنده صفحات 51-72

    هدف اصلی مقاله حاضر بررسی تاثیر اندرکنش خاک-سازه (SSI) بر رفتار لرزه ای سازه های فولادی لغزشی نامنظم هندسی در پلان جداسازی شده با جداگرهای لاستیکی هسته سربی (LRB) است. به همین منظور با مدل سازی عددی سازه ها به روش اجزای محدود در نرم افزار ABAQUS، رفتار آن ها تحت تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیرخطی ارزیابی شد. تاثیر نامنظمی و تعداد طبقات سازه، خصوصیات خاک و جداسازی و صلبیت پی بر پاسخ سازه ها مورد مطالعه قرار گرفت. برای بررسی اثرات نامنظمی و تعداد طبقات، سازه های 3، 5 و 7 طبقه دارای نامنظمی های 20% و 40% مدل سازی شدند. برای بررسی اثرات SSI و نوع خاک، سازه های 5 طبقه دارای نامنظمی های 20% و 40% واقع بر سه نوع خاک نرم، متوسط (با سختی متوسط) و سخت مدل سازی شدند. جهت تعیین اثرات جداسازی سازه و صلبیت پی، سازه های 5 طبقه دارای نامنظمی 20% و 40% مورد مطالعه قرار گرفتند. نتایج پاسخ جابه جایی و شتاب سازه ها نشان داد که تعداد طبقات و نامنظمی تاثیر قابل ملاحظه ای بر پاسخ لرزه ای سازه های جداسازی شده دارد. افزایش تعداد طبقات و افزایش نامنظمی، هر یک باعث کاهش بیشینه پاسخ جابه جایی طبقات می شوند. در نظر گرفتن SSI منجر به تاثیر معنادار نوع خاک بر پاسخ لرزه ای سازه های جداسازی شده می گردد. علاوه بر این، نتایج نشان داد که در سازه های با و بدون جداگر LRB واقع بر پی صلب، اثر جداسازی بر پاسخ دینامیکی سازه ناچیز است .

    کلیدواژگان: اندرکنش خاک-سازه (SSI)، سازه های فولادی لغزشی نامنظم، تحلیل غیرخطی تاریخچه زمانی، جداگر لرزه ای LRB، روش اجزای محدود
  • میلاد محسنی، سید رسول میرقادری*، یاسر بذرافشان صفحات 73-89

    ستون های فولادی پرشده با بتن (CFT) در صورت طراحی مناسب، قادر به تحمل حریق برای 2 ساعت یا بیشتر هستند. روابط مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، برای یک ستون مجزا تحت نیروی فشاری است؛ درحالی که رفتار حریق ستون های CFT باید در مجموعه سازه بررسی شود و عواملی همچون لنگرهای خمشی و طول موثر ستون ها لحاظ گردد. فقدان روند مشخصی برای کنترل حریق ستون های CFT در سازه های واقعی، مانع کاربرد آن در پروژه های متداول است. این مطالعه دستورالعمل مشخصی برای کنترل حریق ستون های CFT در سازه معرفی نموده و مطابق آن، ستون های CFT ساختمان 10 طبقه در تهران با سیستم های باربر جانبی: 1-قاب خمشی ویژه، 2-دیوار برشی بتن آرمه ویژه و 3-سیستم دوگانه قاب خمشی ویژه به همراه دیوار برشی بتن آرمه ویژه و هر یک به ازای ارتفاع طبقات متفاوت از 3 تا 4 متر و دو نوع سنگ دانه بتن: 1-کربناتی و 2-سیلیکاتی کنترل گردید. مطابق نتایج برای ارتفاع طبقات 2/3 متر و سنگ دانه سیلیکاتی، به ترتیب 7% و 19% و 48% از ستون های سیستم دوگانه، سیستم دیوار برشی و سیستم قاب خمشی در حریق پاسخگو نیستند. سیستم دوگانه بهترین عملکرد حریق را داراست؛ زیرا اولا مهارشده است و ضمنا ظرفیت مازاد قابل توجهی در حریق دارد. مطابق تحلیل ها ارتفاع طبقات شدیدا در رفتار حریق سیستم قاب خمشی تاثیرگذار است ولی عملا تاثیری بر سایر سیستم ها ندارد. همچنین مطابق آنالیز حساسیت، ضریب 1/0 برای کاهش سختی خمشی ستون ها جهت تحلیل سازه در شرایط حریق مناسب است؛ زیرا اولا بازتوزیع لنگر را لحاظ نموده و همچنین همگرایی مدل ها را تضمین می نماید.

    کلیدواژگان: ستون فولادی پرشده با بتن، رفتار حریق ستون مجزا، رفتار حریق در کل سازه، دستورالعمل کنترل حریق
  • اباذر اصغری*، وحید جابری صفحات 90-104

    سیستم قاب با ستون پیوند شده (LCF) ایده ای جدید از یک سیستم سازه ای فولادی است که قابلیت تعمیر سریع و ساده ساختمان ها بعد از یک زلزله شدید را با جایگزین کردن چندین عضو فراهم می کند. این سیستم متشکل از سیستم باربر جانبی اولیه ستون پیوند شده (LC) و سیستم باربر جانبی ثانویه قاب خمشی (MF) است که در یک همکاری مشترک در برابر بارهای جانبی مقاومت می کنند. تحقیقات اخیر نشان می دهند که سیستم باربر جانبی اولیه ستون پیوند شده به تنهایی نیز توان مقاومت در برابر بارهای جانبی و ایجاد ظرفیت لرزه ای کافی را دارد، در حالی که مزیت های این سیستم را نیز حفظ می نماید. ازاین رو، با توجه به اهمیت مقادیر پارامترهای لرزه ای در طراحی سازه ها و ضرورت ارایه این مقادیر در آیین نامه ها، در این تحقیق به تعیین پارامترهای لرزه ای سیستم ستون پیوند شده به عنوان یک سیستم باربر جانبی منفرد که در یک قاب ساختمانی ساده جای گرفته است، پرداخته می شود. بدین منظور، با توجه به محدودیت این سیستم در ارتفاع، مدل هایی 1 تا 9 طبقه از سیستم قاب مهاربندی شده همگرای ویژه، سیستم قاب ساختمانی ساده با ستون های پیوند شده ویژه (LCS) و سیستم قاب خمشی فولادی ویژه (MRF) طراحی شده و بعد از مقایسه ظرفیت غیرارتجاعی مدل ها، مقادیر ضریب شکل پذیری، ضریب کاهش شکل پذیری، ضریب اضافه مقاومت، ضریب بزرگ نمایی تغییرمکان و ضریب رفتار آن ها محاسبه شده است. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می دهد که سیستم قاب ساختمانی ساده با ستون های پیوندشده از ظرفیت غیر ارتجاعی خوبی برخوردار است و در یک ارزیابی اولیه مقادیر پارامترهای لرزه ای ضریب رفتار (R)، ضریب اضافه مقاومت (Ω0) و ضریب بزرگ نمایی تغییرمکان (Cd) این سیستم به ترتیب برابر 8، 2/7 و 5/5 است. همچنین بررسی های صورت گرفته نشان داده اند که این سیستم علاوه بر مزیت های خاص خود، برای ساختمان های کوتاه و میان طبقه بسیار مناسب است؛ اما در ساختمان های بلندتر با مشکلاتی ازجمله افزایش مقدار فولاد مصرفی در اسکلت، دشوار شدن کنترل تغییر مکان جانبی نسبی طبقات و افت شکل پذیری روبه رو است که مقدار آن ها با افزایش ارتفاع ساختمان نیز تشدید خواهد شد.

    کلیدواژگان: سیستم قاب ساختمانی ساده با ستون های پیوند شده، سیستم های سازه ای فولادی جدید، تعیین پارامترهای لرزه ای، تعمیرپذیری سازه ها
|
  • M. Mohammadi *, M. Salmani Soula Pages 5-17

    Soil type of building site is one the most effective parameters on the buildings seismic behavior. Site effect, which occurs mostly is softer soils fortifies the influence of earthquakes and apply greater seismic forces to the buildings. Therefore, the buildings in soft soils should be designed for greater lateral seismic forces, based on the codes such as Iranian Standard 2800. In the present research, performance of viscous dampers in buildings is investigated in all soil types from very stiff, type I to very soft soil, type IV. The main purpose of this paper is to find where viscous dampers have the most performance regarding different soil types. For this, some building frames having 5, 10 or 15 stories are designed on different soil types. It is assumed that the buildings have steel moment resisting structures. Each building on every soil type is designed twice: with and without viscous dampers, and their seismic behaviors are calculated under some earthquake records and compared. ASCE7-16 is based for designing the buildings having viscous dampers. The assumed buildings were analyzed for earthquake acceleration records of the corresponding soil type, with return period of 475 years, having PGA of 0.35g.. Nonlinear time history analyses of the buildings under 24 far-field records and 10 near-field records show that: regular buildings, without viscous dampers, on softer soils are more vulnerable, and equipping them with viscous dampers is a good method to protect them in earthquakes and decreasing their responses and damages. Viscouse dampers are more effective in buildings on softer soils. In summary, viscous dampers are always effective in decreasing the structural seismic responses and damages, and they are more effective in buildings on soft soils.

    Keywords: Soil type, Steel moment frame, Viscous damper, Far-field earthquakes, near-field earthquakes, Nonlinear time history analysis
  • H. Beiraghi * Pages 18-35

    In a core-wall structure with buckling restrained braces (BRB) outrigger, locations of the plastic hinges are influenced by the outrigger action. Therefore, the designer should consider the issue and use suitable details in the plastic hinge area. The essential questions that arise here are the plastic hinge location and the design moment demand used for design of this kind of structure. In this paper, responses of the core-wall buildings with BRB outrigger designed by using the traditional response spectrum analysis (RSA) procedure, are assessed by implementing the nonlinear time history analysis (NLTHA). The result demonstrates that the plasticity can extend over anywhere within the core-walls specially, at the base, and above or below the outrigger levels. Formation of three plastic hinges in the core-wall is recognized suitable for the system.  To control the plasticity extension in the core-wall, it is recommended that a new modal combination method be applied to calculate the moment strength of the three plastic hinges over the height. A capacity design concept is used to design other regions of the core-wall where the plasticity does not extend to. The proposed procedure improves behavior of the system by restricting the plasticity extension to the predefined plastic hinge regions.

    Keywords: Reinforced Concrete Core, buckling restrained braces (BRB), Outrigger, nonlinear time history analysis (NLTHA)
  • B. Shervani Tabar*, H. Afkarian Bagherzadeh Pages 36-50

    Various bracing systems can be used to withstand lateral displacements caused by earthquakes and wind. One of these systems is Buckling Restrained Braces (BRBs), which consist of a steel core known as a "core plate" and a buckling restraining mechanism (BRM) made of full steel, concrete-steel, or other materials. This study presents a novel method to enhance the performance of all-steel BRBs. In this new method, a lubricated perforated steel plate with roller bearings (small solid steel cylinders) is attached to both sides of the core plate within the BRM. During plastic elongation and contraction of the core plate due to tension or compression loads, these movements occur on the roller bearings, which are housed in a grease-filled space. As a result, the friction between the core plate and the BRM is reduced, preventing the transmission of axial forces to the BRM. Additionally, the reciprocating movement of the core plate inside the BRM is smoothed, eliminating the risk of premature core plate failure. Finite element analysis has been conducted to analyze various types of all-steel BRBs with and without the new method, demonstrating the advantages of the proposed approach. The inclusion of roller bearings in the samples reduces frictional forces on the sheath by at least 45% and up to 63% compared to similar samples without roller bearings.

    Keywords: All-Steel Buckling Restrained Braces (BRBs), Roller Bearing, Finite Element Method, Frictional Forces, Core Deflection
  • M. Mahboubi Niazmandi *, M. Bakhshandeh Pages 51-72

    The present paper aimed to evaluate the effects of soil-structure interaction (SSI) on the seismic behavior of base-isolated geometrically irregular steel sliding structures equipped with lead rubber bearing (LRB) isolators.To this aim, the behavior of the irregular system under nonlinear time-history dynamic analysis was assessed using numerical modeling based on the finite element method in ABAQUS. The study considered various factors including irregularity, number of structure floors, soil properties, isolation, and foundation stiffness to analyze their impact on the response of the structures. 3-, 5-, and 7-story structures with 20% and 40% irregularity were modeled to investigate the effects of irregularity and the number of floors. Additionally, models of five-story structures were used to study the impacts of soil-structure interaction (SSI) on three different types of soil: soft, medium, and hard. The results of the study demonstrated that the number of floors and the structure's irregularity have a significant impact on the seismic response of the structure in terms of displacement and acceleration. As the number of floors and irregularity increase, the maximum displacement response of the structure's floors decreases. The study also highlighted the substantial influence of soil type on the seismic response of isolated structures when considering the effects of SSI. Furthermore, the findings indicated that the presence of isolators on rigid foundations had a negligible effect on the dynamic response of the structures, compared to structures without isolators.

    Keywords: Soil-structure interaction (SSI), Irregular steel sliding structures, Nonlinear time history analysis, Lead-rubber bearing (LRB) isolator, Finite element method (FEM)
  • M. Mohseni, R. Mirghaderi *, Y. Bazrafshan Pages 73-89

    Concrete-filled columns, if properly designed, can withstand fire for a duration of 2 hours or more. The Iranian National Building Code, Part 10, provides guidelines for calculating the fire resistance time of individual CFT columns. However, the evaluation of fire performance for CFT columns should consider the overall structure and factors such as beam moments and column effective length. The absence of specific methods to assess the fire performance of CFT columns in real structures limits their application in common projects. This study introduces a systematic approach to evaluate the fire performance of CFT columns in a structure. For this purpose, 10-story buildings in Tehran were designed with different lateral load-resisting systems: 1- special moment frame, 2- special shear wall, and 3- dual system. The buildings were designed with varying story heights ranging from 3 to 4 meters and two types of concrete aggregates: 1- carbonate and 2- silica. The results indicate that, for a story height of 3.2 meters and using silica aggregate, approximately 7%, 19%, and 48% of the columns in the dual system, shear wall system, and moment frame system respectively, failed during the fire. The analysis revealed that an increase in story heights had a significant impact on the fire behavior of moment frames, while it had no notable effect on other systems. Sensitivity analyses demonstrated that a reduction factor of 0.1 for the rotational stiffness of the columns in structural analysis is appropriate, as it considers moment redistribution and ensures model convergence.

    Keywords: Concrete-filled column, Fire behavior of single column, Fire behavior in whole structure, Fire design method
  • Abazar Asghari *, Vahid Jaberi Pages 90-104

    The linked column frame (LCF) system is a new steel lateral load resisting system that is developed with the aim of creating the capability of quick and simple repair of buildings after earthquakes. The LCF system is a combination of a primary linked column (LC) system and a secondary moment frame (MF) system that together resist lateral loads. On the other hand, more recent studies have shown that the linked column (LC) system individually has the ability to resist lateral loads and provides sufficient seismic capacity. Therefore, due to the importance of presenting the seismic performance factors of response modification coefficient (R), over strength factor (Ω0 ) and deflection amplification factor (Cd ) in seismic codes and the need for these factors for the seismic analysis and structural design using a linear analysis method, in this research the quantification of the values of these seismic factors for the linked column system (LCS) is discussed. Moreover, a comparison of the value of materials used in the skeleton of models designed with different structural systems is made, which examines the weight of elements in each system separately, and it compares the LCF and LCS system with other common structural systems in terms of steel used in the structure. The results show that the response modification coefficient of the linked column system (LCS) is equal to 8, similar to the linked column frame (LCF) and moment resisting frame (MRF) systems. But the over strength factor of the LCS system is slightly lower than the LCF and MRF systems, which is equal to 2.7. Also, the deflection amplification factor of the LCF system is the same as the moment resisting frame system, but in the design of the LCS system, using a linear analysis, a larger interstory drift can be allowed in the upper half of the building, because for the design of linked column (LC), the rotation of links is usually a critical criterion for design.

    Keywords: Linked column system, Linked column frame, Steel lateral load resisting system, Seismic performance factors