بررسی عملکرد پارامترهای تغییر شکل و انرژی در ارزیابی خرابی لرزه‌ای سازه‌های فولادی

نوع مقاله: مقاله علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، واحد مشهد، دانشگاه آزاد اسلامی، مشهد، ایران.

2 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران

3 گروه عمران،دانشکده مهندسی، واحد گرمسار، دانشگاه آزاد اسلامی، گرمسار، ایران

چکیده

    ارزیابی رفتار لرزه­ای سازه­ ها به‌ منظور تخمین خسارات جانی و مالی در­ اثر زمین­­لرزه انجام می‌گیرد. در سالیان گذشته، با پیشرفت­های مهندسی زلزله، ارتقای دانش و تجربه در مورد رفتار لرزه­ای­ سازه­ ها، روش­های نُوینی برای ارزیابی رفتار لرزه­ای سازه­ ها پیشنهادشده­ اند و برای آن نیاز به تعریف شاخص­های خرابی می­باشد ­که میزان خرابی را به صورت­ کمّی و ­کیفی  بیان می­کنند. در بسیاری از موارد، شاخص­های خرابی پارامترهای بدون بُعدی می­باشند­ که دامنه ­آن­ها معمولاً بین مقدار صفر برای حالت بدون خسارت و مقدار یک برای حالت فروپاشی سازه می­باشد و مقادیر بین این دو مقدار، حالات مختلف خرابی را نشان می­دهند. تاکنون شاخص­های خرابی ­گوناگونی مبتنی بر معیارهای مختلف سازه­ای مانند: شکل­­­پذیری، تغییر شکل، تغییر مکان، دوران، چرخش، انحناء، سختی، نرمی، زمان تناوب، فرکانس، انرژی هیسترزیس و یا ترکیبی ارائه‌ شده است­ که با توجّه به ویژگی­های هریک، انتخاب شاخص خرابی مناسب، یک سؤال اساسی برای طرّاح  و مُحاسب سازه می­باشد­ تا میزان خرابی با قابلیت اعتماد بالا تخمین زده شود. در این تحقیق، به‌منظور بررسی عملکرد پارامترهای تغییر شکل و انرژی به صورت منفرد و ترکیبی (پارک-انگ) در ارزیابی شاخص­های خرابی لرزه­ ای سازه­ های فولادی، تعداد 6 قاب خمشی فولادی با شکل­پذیری ویژه، هندسه­ی منظّم و تعداد طبقات 4، 7، 10، 15، 20 و 25 طبقه در نرم‌افزار SAP2000 طراحی شدند و با استفاده از­ نرم‌افزار­ OpenSees  تحت رکوردهای نزدیک به گسل مورد تحلیل ­دینامیکی­ غیرخطی تاریخچه زمانی قرار گرفته­ اند سپس مقادیر شاخص­های خرابی بر اساس پارامترهای تغییر شکل، انرژی و ترکیبی محاسبه‌شده است. نتایج، ارزیابی کمّی خرابی طبقات قاب­ها و نقش این دو پارامتر را در مقادیر عددی شاخص­ های خرابی ارائه می­کند. نتایج نقش مؤثرتر تغییر شکل المان­ها را در میزان خرابی لرزه­ای نشان می­دهد.

کلیدواژه‌ها


[1]- Shiga, T., Shibata, A., and Takahashi, T., 1968, Earthquake damage and wall index of reinforced concrete buildings, Proc. Ohoku District Symposium., Architectural Institute of Japan, pp. 29-32.
[2]- Yang, Y., and Yang, L., 1980, Empirical Relationship between Damage to Multistory Brick Buildings And Strength of Walls During The Tangshan Earthquake, Proc. 7th World Conference On Earthquake Engineering, Vol. 6, Istanbul, pp 501-508.
[3]- Willliams, M. S., and Sexsmith, R. G., 1995, Seismic damage indices for concrete structures: a state-of-the-art review, Earthquake Spectra, Vol.ll, and No.2.
[4]- Ishiyama, Yuji, 2012, Introduction to Earthquake Engineering and Seismic Codes in the World.
[5]- Kazemi, H., Ashtiany, M., and Azarbakht, A., 2015, Development of Fragility Curves by using New Spectral Shape Indicators and a Weighted Damage Index: Case Study of the City of Mashhad, Iran, Journal of Earthquake Engineering and Structural Vibration, pp.18-32.
[6]- Whitman, R. V., Reed, J. W., and Hong, S. T., 1973, Earthquake Damage Probability Matrices, Proceedings of the Fifth World Conference on Earthquake Engineering, Rome, Italy.
[7]- Nakano, Y., and Okada, T., 1974, Reliability analysis on seismic capacity of existing reinforced concrete buildings in Japan, Journal of Structural and Construction Engineering, AIJ; 406, pp.37-43.
[8]- Stephens, J. E., Yao, J. T. P., 1987, Damage Assessment Using Response Measurements, Journal of Structural Engineering, ASCE. 113, 4, pp.787-801.
[9]-­ Bertero, V. and Bresler, Y., 2001, Improved Shaking and Damage Parameters for Post Earthquake Applications, Proceedings of the SMIP01 Seminar on Utilization on Strong Motion Data, Los Anjeles, California, September 12, p.1-22.
[10]- Banon, H., and Veneziano, D., 1982, Seismic Damage in Reinforced Concrete Frames, Earthquake Engineering aand Structural Dynamics, 10, pp.179-193.
[11]- Krawinkler, H. and Zohrei, M., 1983, Cumulative Damage in Steel Structures Subjected to Earthquake Ground Motions, Computing in Structure, 16(1-4), pp.531-54.
[12]- Park, Y. J, Reinhorn, A. M., and Kunnath, S. K., 1987, Inelastic Damage Analysis of Frame Shear Wall Structure, Technical Report NCEER 87-0008.
[13]-Park, Y. J., and Ang, A. H. S., 1985, Mechanistic Seismic Damage Model for Reinforced Concrete, Journal of Structural Engngineering, (ASCE), 111, 3, pp.722-739.
[14]- Roufaiel, M. S. L., and Meyer, C., 1987, Analytical Modelling of Hysteretic Behavior of R/CFrames, Journal of Structural Engngineering, 113, 3, pp.429-444.
[15]- Powell, G. H., and Allahabadi, R., 1998, Seismic damage prediction by deterministic methods: concept and procedures, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 16, pp.120-132.
[16]- Corteza, Y., 2000, Correlation of Building Damage with Indices of Seismic Ground Motion Intensity during the 1999 Chi-Chi, Taiwan Earthquake, International Workshop on annual Commemoration  of Chi-Chi Earthquake Taipei, Taiwan, R. O. C., September 18-20.
[17]- Bracci, J. M., Reinhorn, A. M., Mander, J. B., and Kunnath, S. K., 1989, Deterministic Model forSeismic Damage Evaluation of Reinforced Concrete Structures, Technical Report NCEER-89-0033, State University of New York, Buffalo.
[18]- Krawinkler, H., Nassar, A. A., 1992, Seismic Design based on Ductility and Cumulative Damage Demands and Capacities, Nonlinear Seismic Analysis and Design Reinforced Concrete Buildings, Edited by: Fajfar P., Krawinkler H., Elsevier Applied Science.
[19]- Kevil ,O., 2000, Classifications of Structural Types and Damage Patterns of  Buildings for Earthquake Field Investigation, Proc. of the 12th World Conf. of Earthquake Engineering, Auckland, New Zealand, 2000.
[20]- Daali, M. L., and Korol, R. M., 1996, Adequate ductility â steel beams under earthquake-type loading Engineering Structures, Earthquake Engineering and Structural Dynamics , 18, 2, pp.179-189.
[21]- Ghobarah, A., Abou-elfath, H., and Biddah, A., 1999, Response-based damage assessment of structures, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 28, pp.70-84.
[22]-­ Ghobarah, A. and  EI-Attar, M.,1998, Seismic performance evaluation of reinforced concrete buildings, 11 th European Conference on Earthquake Engineering, Balkema, Rotterdam.
[23]-­ Skjaerbaek, P. S., Nielsen, S. R. K., Kirkegaard, P. H., and Cakmak, A. S.,1998, Damage localization and quantification of earthquake excited RC- frames, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 27, pp.65-78.
[24]-­ Miyakoshi, j. and Hayashi, Y., 2000, Correlation of Building Damage with Indices of Seismic Ground Motion Intensity during the 1999 Chi-Chi, Taiwan Earthquake, International Workshop on annual Commemoration  of Chi-Chi Earthquake Taipei, Taiwan, R. O. C., September 18-20.
[25]-­Mikami, T., and Imura, H, 2001, Demand Spectra of Yield Strength and Ductility Factor to Satisfy the Required Seismic Performance Objectives, Proceeding of JSCE, No. 689/1-57, p. 333-342.
[26]-Papadopoulos, P., Mitsopoulou, E. and Athanatopoulou, A., 2002, Failure Indices for R/C Building Structures, 12th European Conference on Earthquake Engineering. Paper Reference 616, Elsevier Science Ltd.
[27]- Barghi, M., and Abasnia, R., 2004, Augury of RC columns destruction type in cyclic lateral load, Proc. 7th International Conference on Civil Eng,. Tehran, Iran, 2004.
[28]-Kianfar, A., Estekanchi, H. and Vafai, A., 2005, A study of damage indexes performance in seismic analysis of steel frames, Proceedings of the 2nd National Congress on Civil Engineering, IUST, Iran, 1025, pp.1-8, (in Persian).
[29]- Gerami, M., 2010, Study the Function of Deformation Energy Parameteric Assessing Seismic Damages in Steel Frames, Journal of Earthquake Engineering, pp.20-34.
[30]- Jeong, S. H., and Elnashai, A. S., 2006, New three-dimensional damage index for RC buildings with planarirregularities, Journal of Structural Engineering, 132(9), pp.1482-1490.
[31]-Ganjavi, B., Vaseghi Amiri, J., Ghodrati Amiri, G., and Sarvghad moghadam, A. R., 2014, Distribution of damage, absorption and loss of seismic energy in moment resisting RC frames (MDOF), Proceedings of the 2nd national congress on civil engineering, Iran University of Science and Technology, pp.5-12.
[32]- برقی، مصطفی، روح اله، رجبی، و رجبی، رضا، 1388، توسعه مدل شاخص خسارت Park - Ang و برنامه کامپیوتری IDARC-2D، نخستین کنفرانس بین المللی تکنولوژی بتن، تبریز، مرکز ملی مقاوم‌سازی، ص 1-8.
[33]- Kabir Sadeghi, A., 2011, Energy based structural damage index based on nonlinear numerical simulation of structures subjected to oriented lateral cyclic loading, International Journal of Civil Engineering, 9, 3, pp 155-164, Accession Number: WOS:000295205800002, IDS Number:824MK, ISSN: 1735-0522, September.
[34]- Cao, V. V., and Raonagh, H. R., 2014, Correlation between seismic parameters of far-fault motions and damage indices of low-rise reinforced concrete frames, soil dynamic and earthquake engineering 66, pp.102-112.
[35]- Jeong, G. D., 1998, The Effect of Earthquake Duration on the Damage ofStructures, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 16, pp.1201-1211.
[36]- Murik, A., and Simon, R., 2014, Use of constant cumulative ductility spectra for performance-based seismic design of ductile frames, 13th U.S. National Conference on Earthquake Engineering, pp.20-28.
[37]-Rajeev, P., and Wijesundara, K. K., 2014, Energy-based damage index for concentrically braced steel structure using continuous wavelet transform, Journal of Constructional Steel Research, 103, pp.241-250.
[38]- شعبانی افراپلی, سمیه و عبداله زاده،  غلامرضا، 1394، تاثیر میراگرهای ویسکوالاستیک بر کاهش خسارت لرزه‌ای قاب‌های فولادی تحت زلزله‌های حوزه دور، دومین کنفرانس بین المللی ژئوتکنیک و مهندسی لرزه‌ای شهری، تبریز، شرکت دانش بنیان لرزه پایدار آذربایجان زیر نظر دانشگاه تبریز، ص 1-8.
[39]- Emami, A. R., and Halabian, A. M., 2015, Spatial distribution of ductility demand and damage index in 3D RC frame structures considering directionality effects, The Structural Design of Tall and Special Buildings 24, 16, pp.941-961.
[40]- عباسی, شهرام و میرزایی، رحمان، 1395، ارزیابی لرزه‌ای ساختمانهای بتنی نسبت به نوع شاخصهای خرابی و رسم منحنی شکنندگی، دومین کنفرانس بین المللی یافته های نوین پژوهشی در مهندسی عمران، معماری و مدیریت شهری، تهران، کنفدراسیون بین المللی مخترعان جهان (IFIA)،  دانشگاه جامع علمی کاربردی، ص 4-10 .
[41]- Mirzaaghabeik, H., and  Vosoughifar, H. R., 2016, Comparison between quality and quantity seismic damage index for LSF systems, Engineering Science and Technology, an International Journal, 19, 1, P.497–510.
[42]- Sadeghi, A., Kazemi, H., and Hashemi, S. V., 2018, Prioritization and assessment of the existing damage indices in steel moment-resisting framed structures, Journal of Civil Engineering and Structures, 2, 3, pp.20-42.
[43]- Kumar, M., Stafford, P. J. and Elghazouli, A. Y., 2013, Influence of ground motion characteristics on drift demands in steel moment frames designed to Eurocode 8, Engineering Structure, pp.52:502–517.
 [44]- مبحث ششم مقررات ملی ساختمان، 1392، بارهای وارد بر ساختمان، دفتر تدوین و ترویج مقررات ملّی ساختمان، معاونت نظام مهندسی و اجرای ساختمان، تهران، نشر توسعه ایران. 
[45] استاندارد2800، 1393، طرّاحی ساختمان­ها در برابر زلزله، ویرایش چهارم، مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، وزارت مسکن و شهرسازی.
[46]- مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، 1392، طرح و اجرای ساختمان­های فولادی، دفتر تدوین و ترویج مقررات ملّی ساختمان، معاونت نظام مهندسی و اجرای ساختمان، تهران، نشر توسعه ایران.
[47]- SAP2000, Linear and Nonlinear Static and Dynamic Analysis and Design of Three Dimentional Structures, Computers and Structures, Inc.Berkeley, California.
[48]- Mazzoni, S. and Mckenna, F., Scott, M. H. and Fenves, G. L., 2006, OpenSEES Command Language Manual, http://OpenSEES. Berkeley.edu/OPENSEES/manuals/user manual/OpenSEES Command Language Manual June 2006.pdf.
[49]- PEER Ground Motion Database, 2006, Pacific Earthquake Engineering Research Centre, Web Site: .http://peer.berkeley.edu/peer_ground_motion_database.