بررسی عددی رفتار لرزه‌ای اتصالات نوین خمشی با مقطع حرارت داده شده

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز

چکیده

با توجه به عملکرد نامناسب اتصالات قاب­های خمشی در زلزله­های نورثریج و کوبه، تحقیقات گسترده­ای برای بررسی علل خرابی و بهبود رفتار لرزه­ای اتصالات خمشی انجام شد. در حالت کلی با در نظر گرفتن ایده تشکیل مفاصل پلاستیک به دور از بر ستون، دو روش برای تقویت این اتصالات پیشنهاد شده است که عبارتنداز: 1) تقویت اتصال تیر به ستون با استفاده از ورق و 2) تضعیف تیر در ناحیه­ای به دور از بر ستون. روش رایج برای تضعیف تیر، برش و یا ایجاد سوراخ در بال و جان تیر است. در سال­های اخیر برای رفع کاستی­های روش مذکور، راهکار نوینی ارائه شده است. در این روش، مقطع تیر با رعایت یک پروتکل زمانی حرارت­دهی در ناحیه­ای از آن حرارت داده شده و در نتیجه مقاومت تسلیم فولاد کاهش داده می­شود. در این مقاله استفاده از این ایده نوین برای تیرهای I شکل با مقاطع مختلف تحت اثر بارگذاری شبه­استاتیکی چرخه­ای آیین­نامه AISC341 و نزدیک گسل توسط نرم­افزار ABAQUS ارزیابی شد. همچنین با استفاده از تحلیل استاتیکی غیرخطی نرم­افزار SAP2000، ضرایب عملکرد لرزه­ای قاب­های خمشی دوبعدی 5، 10 و 15 طبقه که تیر آن­ها توسط حرارت تضعیف شده بود، بررسی شد. با توجه به نتایج به­دست آمده، مشاهده شد که این اتصالات علاوه بر متمرکز کردن رفتار غیرارتجاعی در محدوده حرارت دیده، تا تغییر مکان جانبی نسبی 6% بدون کمانش قابل­ملاحظه، رفتار چرخه­ای بدون باریک شدگی، جذب انرژی و سختی بالا داشتند. همچنین ضریب رفتار میانگین برای این سیستم برابر 2/6 حاصل شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical Investigation on Seismic Behavior of Novel Moment Connections with Heat-Treated Beam Sections

نویسندگان [English]

  • Arash Akbari Hamed
  • Hesam Bafandeh Nobari
Faculty of Civil Engineering, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran
چکیده [English]

Morrison et al. (2015) proposed a controlled heating process for steel in which every property of steel remains constant except its strength (i.e. yielding strength). This novel idea is used for the weakening of beam sections as reduced beam section (RBS) moment connections do. Therefore, plastic hinges develop away from the column face. In this paper, in addition to study the near-fault effects on this type of moment connections, parametric analyses are performed. Moreover, the seismic performance of this new weakened connection is evaluated using nonlinear static analyses. With regards to the obtained results, the best region of beam for heating is determined and seismic performance factors are proposed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Moment connection
  • Reduced beam section
  • Heat-treated beam section
  • Seismic performance
  • Near-fault
Akbari Hamed A, Mofid M, “Parametric study and computation of seismic performance factors of braced shear panels”, Scientia Iranica A, 2016, 23 (2), 460-474.
American Institute of Steel Construction (AISC), “Seismic provisions for structural steel buildings”, AISC-341, Chicago, Illinois, 2010.
American Institute of Steel Construction (AISC), “Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications”, AISC-358, Chicago, Illinois, 2010
Applied Technology Council (ATC), “Structural response modification factors”, ATC-19, Redwood City, California, 1995.
Bruneau M, Uang CM, Whittaker A, “Ductile design of steel structures”, McGraw-Hill, 1998.
Chi B, Uang Ch, Chen A, “Seismic rehabilitation of pre-Northridge steel moment connections: A case study”, Journal of Constructional Steel Research, 2006, 62 (8), 783-792.
Comite Europeen de Normalisation (Eurocode 8), “Design of structures for earthquake resistance”, Part 3: Assessment and retrofitting of buildings, Brussels, 2005.
Engelhardt MD, Sabolt TA, “Seismic-resistant steel moment connections: developments since the 1994 Northridge earthquake”, Progress in Structural Engineering and Materials, 1997, 1(1), 68-77.
Federal Emergency Management Agency (FEMA) 350, “Recommended Seismic Design Criteria for New Steel Moment-Frame Buildings”, FEMA-350, Washington DC, 2000.
Gilton Ch S, Uang Ch, “Cyclic Response and Design Recommendations of Weak-Axis Reduced Beam Section Moment Connections”, Journal of Structural Engineering, 2002, 128 (4), 452-463.
Hedayat AA, Celikag M, “Post-Northridge connection with modified beam end configuration to enhance strength and ductility”, Journal of Constructional Steel Research, 2009, 65 (7), 1413-1430.
Hibbitt, Karlsson and Sorensen, Inc.- Dassault Systemes, “ABAQUS/Standard User’s Manual”, Pawtuckett (RI), US, 2017.
International Code Council (IBC), “International Building Code”, IBC-2012, USA, 2011.
Iwankiw NR, Carter CJ, “The Dogbone: a new idea to chew on”, Modern steel construction, AISC, 1996, 36 (4), 18-23.
Iwankiw NR, “Seismic Design Enhancements and the Reduced Beam Section Detail for Steel Moment Frames”, Practice Periodical on Structural Design and Constructuin, 2004, 9 (2), 87-92.
Jin J, El-Tawil S, “Seismic performance of steel frames with reduced beam section connections”, Journal of Constructional Steel Research, 2005, 61 (4), 453-471.
Kim K, Engelhardt MD, “Nonprismatic Beam Element for Beams with RBS Connections in Steel Moment Frames”, Journal of Structural Engineering, 2007, 133 (2), 176-184.
Krawinkler H, Gupta A, Medina R, Luco N, “development of loading histories for testing of steel beam-to-column assemblies”, Prepared for the SAC Steel Project, Department of Civil and Enviromental Engineering, Stanford University, Palo Alto, California, 2000.
Mirghaderi SR, Torabian S, Imanpour A, “Seismic performance of the Accordion-Web RBS connection”, Journal of Constructional Steel Research, 2010, 66 (2), 277-288.
Morrison M, Schweizer D, Hassan T, “An innovative seismic performance enhancement technique for steel building moment resisting connections”, Journal of Constructional Steel Research, 2015, 109, 34-46.
Moslehi Tabar A, Deylami A, “Instability of beams with reduced beam section moment connections emphasizing the effect of column panel zone ductility”, Journal of Constructional Steel Research, 2005, 61 (11), 1475-1491.
Pachoumis DT, Galoussis EG, Kalfas CN, Christitsas AD, “Reduced beam section moment connections subjected to cyclic loading: Experimental analysis and FEM simulation”, Engineering Structures, 2009, 31 (1), 216-223.
Saleh A, Zahrai S M, Mirghaderi S R, “Experimental study on innovative tubular web RBS connections in steel MRFs with typical shallow beams”, Structural Engineering and Mechanics, 2016, 57 (5), 785-808.
Uang CM, Kent Yu QS, Noel Sh, Gross J, “Cyclic testing of steel moment connections rehabilitated with RBS or welded haunch”, Journal of Structural Engineering, 2000, 126 (1), 57-68.
Wilkinson S, Hurdman G, Crowther A, “A moment resisting connection for earthquake resistant structures”, Journal of Constructional Steel Research, 2006, 62 (3), 295-302.