تخاس و هزاس یسدنهم هیرشن )یشهوژپ یملع(...8 Cosenza and Manfredi نا...

56 تا 31، صفحه 9318، سال 2 ، شماره6مهندسی سازه و ساخت، دوره پژوهشی –علمی نشریه

نشریه مهندسی سازه و ساختپژوهشی( –)علمی

www.jsce.ir

یفولاد یدو سازه قاب خمش نیبر ضربه ب نیزم یمدت زمان حرکت قو ریتاث

2سید ابوالفضل ناصری ،*1جواد واثقی امیری

ایران بابل، ،دانشگاه صنعتي نوشیرواني بابل دانشكده مهندسي عمران، ،استاد-1 ایران بابل، ،نعتي نوشیرواني بابلدانشگاه ص دانشكده مهندسي عمران، ،سازه سيمهند ارشد يکارشناس دانشجوی-2

چکیده لیدل به ها با هم متفاوت باشدو خواص دینامیكي سازه نباشد يمجاور کاف هایسازه انیاگر فاصله م دیمتوسط و شد هایمعمولا در زلزله

محققان در گذشته باشدويم رموث هاسازه نیضربه ب يدر چگونگ ي. عوامل مختلفدهديضربه رخ م دیپد هافاز سازههم ریارتعاش غ يو... را بررس ربهاز ض يدو سازه، کاهش خسارت ناش نیب رویدو سازه، نوع ضربه، نحوه انتقال ن انیهمچون فاصله م يگوناعوامل گون

مهم شتاب یهامتراز پارا يكیگذار باشد و ریدو سازه تاث نیضربه ب زانیم یرو تواندياست که م ياز عوامل زین نگاشت شتاب نوع. اندکردهاثر يبه بررس قیتحق نیا در فراوان. تیاهماز هاپاسخ سازه يآن بر چگونگ ریتاث ياست که بررس نیزم ینگاشت، مدت زمان حرکت قو

12و 8، 5 یفولاد يقاب خمش یهامنظور سازه نی. به اشوديدو سازه مجاور پرداخته م نیبر ضربه ب نیزم یمدت زمان حرکت قو ارقر يخط ریغ يزمان خچهیتار لیطبقه در کنار هم( مورد تحل12-8و 12-5، 8-5 یهاکه درسه حالت )مدل دیگرد يراحط یاطبقهتا 10 ه،یثان 10تا 0متفاوت است، ) نیزم یاز مدت زمان حرکت قو فیشتاب نگاشت که شامل سه ط 15از ها لیتحل نیا در. اندگرفته

المان از طبقات کف تراز در هاسازه نیضربه در ب یروین افتیبه منظور در نیه گرفته شده است. همچنو بالاتر( بهر هیثان 00و هیثان 00 شینشده است، با افزا تیرعا هادرصد ارتفاع در آن کیکه فاصله یيهاکه در سازه دهدينشان م جیاستفاده شده است. نتا يخط کیالاست

که یيهانرخ رشد در سازه نیو ا ابدی يم شیافزا يمیملا بیبا ش زیدو سازه ن نیبضربه یروین نیشتریب ن،یزم یمدت زمان حرکت قو از هم بوده اند، مشاهده شده است. اصلهکه بدون ف یيهااز سازه شتریب اند،درصد ارتفاع بوده میفاصله ن یدارا

ی، قاب خمشی خط ریغ یزمان خچهیارت لیتحل ،یخط کیالمان الاست ن،یزم یمدت زمان حرکت قو ،ایضربه سازه :کلیدی کلمات

فولادی

شناسه دیجیتال: سابقه مقاله:

jsce.2018.88947.1229/10.22065 چاپ انتشار آنلاین پذیرش بازنگری دریافت

doi: 20/00/1016 05/08/1016 00/10/1016 00/10/1016 01/06/1018

10.22065/jsce.2018.88947.1229

جواد واثقي امیری نویسنده مسئول:*

[email protected] پست الکترونیکی:

https://dx.doi.org/10.22065/jsce.2018.88947.1229


انجمن مهندسی سازه ایران امتیازصاحب

04 56تا 31، صفحه9318، سال 2 ، شماره6مهندسی سازه و ساخت، دوره پژوهشی –علمی نشریه

The Effect of Strong Motion Duration on Pounding of Steel Moment Frame

Building

Javad Vaseghi Amiri 1*, Seyed Abolfazl Naseri 2

1-Professor, Faculty of Civil Engineering, Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran

2-M.Sc. Student in Structural Engineering, Faculty of Civil Engineering, Babol Noshirvani University of

Technology, Babol, Iran

ARTICLE INFO

ABSTRACT

Received: 10/06/2017

Revised: 27/10/2017

Accepted: 20/01/2018

Usually during moderate and strong earthquakes, if the space between the

adjacent structures is not enough, structural pounding will occur which is

due to the out-of-phase vibration of the structures regarding the

differences in dynamic properties of the structures. Different factors

contribute in the state of structural pounding, and researchers have

already studied several factors including the space between two

structures, the type of pounding, force transmission means, reducing the

pounding damage and etc. Record is one of the factors which can affect

the structural pounding, and one of the most crucial parameters of record

is strong ground motion duration which its analysis is very important in

the quality of structural response. In this study, effect of strong ground

motion duration on the adjacent structural pounding is investigated. To do

so, steel moment resisting frames in 5, 8 and 12 floors are designed which

are paired together in three forms of 5-8, 5-12, and 8-12 models for

nonlinear time history analysis. In this analysis, 15 records that include

three intervals for strong ground motion duration are being implemented

(0 to 10 seconds, 10 to 30 seconds, 30 seconds and more). Besides, in

order to obtain the pounding force between structures, linear elastic

elements are used in floor levels. Results show that in structures in which

the space equal to 1% of their heights are not considered, with increasing

the strong ground motion duration, maximum structural pounding will

also increase with a smooth gradient, and for the structures with space

equal to 0.5% of their heights, this increase rate is more compared to the

structures with no space.

Keywords: Structural pounding,

Strong ground motion

duration,

Linear elastic element,

Nonlinear time history

analysis,

Steel moment frame.

All rights reserved to Iranian Society of Structural Engineering.

doi: 10.22065/jsce.2018.88947.1229

*Corresponding author: Javad Vaseghi Amiri Email address: [email protected]



56تا 31، صفحه 9318، سال 2 ، شماره6دسی سازه و ساخت، دوره مهنپژوهشی –علمی نشریه 09

مقدمه -1 شیقابل پریغ لی، زلزله است و به دلي شودم يو تلفات انسان یکه اغلب اوقات موجب خسارات اقتصاد یيهادهیپد نیتراز مهم

و چه در گوشه و رانیمعاصر ا خیچه در تار دهیپد نیگذرا به ا ي. نگاهابدیيدوچندان م تیدر برابر آن اهم يآمادگ ده،یپد نیبودن ا ينیب

.گردديم يهر انسان أسفعث تکنار جهان با

مهم زلزله اتیاز خصوص يكیباشد و يمهم و حساس م یآن امر يمختلف زلزله و نوع خسارات احتمال اتیخصوص یبر رو قیتحق

. شوديحاضر به آن پرداخته م قیکه در تحق بوده نیزم یاثر مدت زمان حرکت قو

: نیزم یمدت زمان حرکت قو •

جامع و همه جانبه از يفیارائه تعر یمشخصه است. برا نیا فیتعر ،نیزم یمدت زمان حرکت قو یرو گام در مطالعه بر نیاول

اند. نشده يجامع فیاند اما تاکنون موفق به ارائه تعرکردهارائه پیشنهاداتيمحققان متعدد نیزم یمدت زمان حرکت قو

نیکه اثر ا قاتیاز تحق ي. در بعضدهديرا نشان م نیزم یقابل توجه بودن اثر مدت زمان حرکت قو يشگاهیآزما قاتیتحق

بوده است. زیشده است ناچ دهیسنج ينسب یيجابجا ایمكان سازه و رییمشخصه با حداکثر تغ

: ضربه •

يفمجاور کا یدو سازه یفاصله ،یالرزه دادیرو کی. اگر در دیدر سازه به وجود آ توانديم يزمان وقوع زلزله خسارات گوناگون در

. عموماً کنندمي وارد ضربه هم به ها هم فاز بوده و سازهرغی هاسازه نیداشته باشند ارتعاش ا يمتفاوت يكینامید اتینباشد و دو سازه خصوص

است. مشاهده شده هاسازه خسارات جدی در دیمتوسط و شد هایدر زلزله ایسازه نیب یضربه

15از شیب زشیفرور ياز عوامل اصل يكیاشاره کرد که يتیكوسیمكز یبه زلزله وانتيم یسازه نیب یبارز ضربه هاینمونه از

10 یفاصله تا اند،شده ایکه موجب خسارات سازه يضربات ،1تایلوماپر یدر زلزله نیبوده است. همچن ختهیفرور هایدرصد از سازه

از کانون زلزله مشاهده شده است. یلومتریک

ذشته مروری بر تحقیقات گ -2

ای و پارامترهای که بطور مستقیم یا غیرمستقیم با مدت زمان های سازههای اخیر تحقیقات زیادی در رابطه با آسیبدر سال

-باشد؛ به عنوان مثال ميها با سرعت نسبتا خوبي در حال گسترش ميحرکت قوی زمین در ارتباط هستند، انجام شده است. این پژوهش

هایي که مدت زمان بلندتری دارند، باید ضریب برش پایه بیشتری داشته باشند، اشاره که بیان داشتند زلزله 2فجفر توان به پیشنهاد چای و

. ]2, 1[ای ندارد نشان دادند در شتاب طیفي برابر، مدت زمان حرکت قوی زمین تاثیر قابل ملاحظه 0کرد؛ در عین حال شومه و همكارانش

شود.ای از تحقیقات انجام شده پیرامون مدت زمان حرکت قوی زمین اشاره ميدر ادامه ابتدا به خلاصه

های های فولادی که تحت تاثیر زلزلهتعداد زیادی تحقیقات آزمایشگاهي در رابطه با چگونگي شكست مفاصل در ساختمان

با باگذاری اتصالات با دو نوع دامنه بارگذاری یكسان و متغیر، به این نتیجه 4. مندر و همكارانش]12-0[و کوبه صورت گرفته است نورتریج

5، که این نتیجه مشابه نتیجه تحقیق مینر]4[باشد رسیدند که شكست اتصال با مدل آسیب تجمعي خطي قابل پیش بیني و تخمین مي

توان رابطه چرخش پلاستیک و تكرار چرخه منجر به شكست اتصال این ( مي1برای خستگي ماده در تعداد چرخه بالا است. در شكل )

. اهمیت تعداد چرخه بارگذاری و متعاقبا مدت زمان حرکت قوی زمین در تخمین شكست در این امر مشهود ]10[تحقیق را مشاهده نمود

درصد 10رادیان(، درجه ) 5/1ای در یک مفصل پلاستیک با ایجاد دوران عنوان مثال فرض کنید زلزلهرسد. به به نظر مي

ها در این دامنه به ده چرخه برسد، مفصل تقریبا آسیب لازم برای شكست را ایجاد کند؛ اگر مدت زمان این زلزله افزایش یابد و تعداد چرخه

.]14[دچار شكست شده است

1 Lomaperita 2 Chai and Fajfar 3 Shome et al 4 Mander et al. 5 Miner



(4)اثر خستگی تکرار بر چرخش پلاستیک اتصال : 1شکل

های آزمایشگاهي که بیشتر مورد مدل آسیب تجمعي خطي، تنها یكي از الگوهای تخمین خسارت سازه است. یكي دیگر از مدل

. این مدل در ابتدا برای تخمین خسارت تیرها و ]18-16[و پارک و همكارانش ارائه شد ]15[ 6گیرد، توسط پارک و آنگاستفاده قرار مي

های بتن آرمه طراحي شده بود. ترکیب انرژی هیسترزیس تجمعي و حداکثر تغییر شكل در تخمین آسیب یک المان نقش اصلي را ستون

قابل محاسبه است. (1)کنند. این مدل با رابطه ایفا مي

(1) M

pa

u y u

D deQ

مقاومت تسلیم محاسبه yQحداکثر تغییر شكل سازه، mδ، ظرفیت تغییر شكل نهایي در بارگذاری استاتیكي uδدر این رابطه

نمایانگر اهمیت β باشد. همچنین ضریبشاخس خسارت پارک انگ مي paDی تجمعي بوده و س جذب شدههیسترزیانرژی شده ،

دارند. این βای که زوال مقاومت و سختي دارند، ضریب های سازهباشد. المانبه انرژی هیسترزیس آسیب مي مربوطمدت زمان در جمله

دهد. چای و همكارانش نشان دادند شاخص خسارت پارک و آنگ قابلیت امر بیشتر بودن اهمیت مدت زمان حرکت قوی را نشان مي

لازم به ذکر است که اندکي نیاز به تغییر دارد تا در محاسبه آسیب، انرژی جذب شده شكست نیز دارد؛ های فولادی رااستفاده برای سازه

.]5[مجدد حساب نشود مونوتونیک

(2)

** M

pa

u y u

D de demQ

است. پارک و همكارانش با بررسي β یكي از مسائل مهم و تاثیرگذار در محاسبه شاخص خسارت پارک و آنگ انتخاب ضریب

به ترتیب برای 002/0و 141/0نشان داد مقادیر 1. سورس]11[را پیشنهاد دادند 025/0و 05/0فراوان برای بتن و فولاد به ترتیب مقادیر

2/1تا -0/0مقادیری بین β برای ضریب 8باشند؛ همچنین کوسنزا و منفردیهای خمشي مهاربندی شده و مهاربندی نشده مناسب ميابق

ای دارد. وابستگي بسباری به نوع سیستم سازه β. اثر مدت زمان حرکت قوی زمین و در نتیجه فاکتور]11[پیشنهاد کردند 15/0با میانگین

های رایج بیشتر به انرژی تجمعي جذب شده و در نتیجه به مدت زمان حرکت قوی زمین حساس هستند و کمتر به ها در اغلب سازهلمانا

در 8/0تا 6/0بین β. تحقیقات کوسنزا و منفردی نشان دهنده این موضوع بود که مقادیر]14[ باشندجایي حساس ميحداکثر جابه

. او و ]20[ نمیانگر کم بودن اثر انرژی در نتایج است 1/0تا 05/0که مقادیر هستند، در حالي های انرژی تا حد قابل قبولي مناسبروش

6 Park and Ang 7 Sorace 8 Cosenza and Manfredi



ها پل بتني را تحت اثر مدت زمان حرکت قوی مورد بررسي قرار داده و به نتایجي سازی رفتار ستونبصورت آزمایشگاهي و مدل 1همكارانش

نشان داده شده است، رسیده اند. 0( 2که در شكل )

.(21)ران در رابطه با ستون های پل بتنی تحت اثر مدت زمان حرکت قوی زمین نتایج آزمایشگاهی او و همکا: 2شکل

-ی افقي بیانگر جابجایي نسبي )دریفت( و راستای قائم نمایانگر شاخص خسارت مياباشد راست( مشخص مي2) 0همانطور که در

اند. یگر تفكیک شدهاز یكد COCو CLCباشد همچنین ستون با بارگذاری پروتكل مدت زمان حرکت قوی بلند و کوتاه به ترتیب با حروف

ص جایي نسبي کمتری از خود نشان داد. تغییرات قابل توجه در شاخستون با بارگذاری پروتكل مدت زمان حرکت قوی بلند ظرفیت جابه

-برخي از پژوهش. ]21[باشد درصد قابل مشاهده مي 2بیشتر از های نسبي جایيخسارت برای ستون با حرکت قوی زمین بلند برای جابه

( 1صورت مستقیم یا غیرمستقیم در رابطه با تاثیر مدت زمان حرکت قوی زمین بوده است، در جدول )های آزمایشگاهي که تاکنون به

.]22[ شده است یگردآور

ین با اندازه گیری زم یاثر مدت زمان حرکت قو یانجام شده رو سازییقات مدلتحق: 1جدول

(22) جایی نسبیحداکثر تغییر مکان یا جابه

پارامتر وابسته به مدت زمان ایمدل سازه تحقیق

حرکت قوی

میزان اثر دیگر پرامترهای ورودی

زیاد - خسارت ناشي از پیش لرزه سازه تک درجه آزادی همراه با قسمت نرم شونده (20)اشهایم و بلک

زیاد نگاشتشتاب مدت زمان براکت دیوار بنایي همراه با زوال (24)ایبل و همكارانش

نگاشت شبیه سازی شتاب خسارت ناشي از پس لرزه سازه تک درجه آزادی همراه با قسمت نرم شونده (25)مهین

شده

زیاد

یب قسمت سخت شونده صفر سازه تک درجه آزادی ش (26)جنینگز و هاسید

همراه با بار ثقل

مدت زمان حرکت قوی زمین

شبیه سازی شده

نگاشت شبیه سازی شتاب

شده

زیاد

متوسط شتاب طیفي های متفاوتزلزله قاب فولادی مهاربندی شده (21)ترمبلي

متوسط نگاشتشتاب خسارت ناشي از پس لرزه سازه تک درجه آزادی همراه با زوال سختي و مقاومت (28)گوپتا و همكارانش

پالس مدت زمان حرکت - طبقه با دیوار برشي بتن مسلح 10سازه (00, 21)بونلي

قوی زمین بلند

کم

تعاریف متفاومت مدت زمان بتن مسلح طبقه با دیوار برشي 8سازه (01)هنكوک و بومر

حرکت قوی زمین

بي اثر شتاب طیفي

بي اثر نگاشتشتاب مان معنادارمدت ز سازه تک درجه آزادی غیرخطي 12 (02)یرولینو و همكارانش

بي اثر شتاب طیفي مدت زمان معنادار سازه تک درجه آزادی غیرخطي 24 (00)کوسنزا و همكارانش

9 Ou et al



-زمان که حتي در طوری به داشت، انتظار دارند قرار هم کنار در که سازه دو ازا ر متفاوتي هایپاسخ توانمي ایلرزه رویداد یک در

-باشد. اگر در زمان ارتعاش غیرهم فازغیرهم ها آن با یكدیگر نبوده و در اصطلاح ارتعاش سو تواند همها ميتاریخچه پاسخ آن، زلزله از یيها

البته آید.ها به وجود ميسازه در ، ضربه)است سازه ارتفاع درصد یک 2800 استاندارد پیشنهاد( فاز دو سازه، فاصله بین آنها کافي نباشد

ها های متوسط و شدید موجب خرابي سازهای در زلزلههای ضعیف مخرب نباشد. معمولا ضربه بین سازهای در زلزلهممكن است ضربه سازه

نمود. به مكزیكوسیتي مشاهده 1185توان در زلزله مي را ایاز ضربه سازه نمونه بارزی .شودها مطرح ميشده است و بیشتر در این زلزله

ها ضربه علت اصلي درصد آن 15ای از عوامل فروریزش بوده است و در ساختمان فروریخته، ضربه سازه 000درصد از 40در 10وگزارش برتر

ارتفاع ها عدمتحقیقي بیان داشت که در این زلزله، علت اصلي فروریزش ساختمان در نیز [. پوپوف04] فروریزش ساختمان بوده است

ها را ضربه میان ستوني و توان علت اصلي فروریزش سازهها بوده است. پس ميهای آنتداد نبودن سقفدر یک ام و مجاور هایساختمان

های مجاور با احتساب اندرکنش خاک و سازه جلالي و همكاران به بررسي ضربه سازه [.05] های نامساوی دانستها با ارتفاعضربه سازه

طبقه 0طبقه دو برابر جرم سازه 5سازی کردند که جرم سازه وری دو به دو در کنار هم مدلطبقه را ط 8و 5، 0های پرداختند. ایشان سازه

نگاشت قرار داده شد و نتایج نیز توسط تحقیقات عددی و ها تحت هشت شتابطبقه باشد؛ این سازه 5طبقه دو برابر جرم 8و جرم سازه

توان به این موضوع اشاره کرد که بر مبنای نتایج حاصل از این تحقیق ميترین آزمایشگاهي دیگر مورد صحت سنجي قرار گرفت. از مهم

در پژوهش خود جانكوسكي باشد. ها محافظه کارانه ميباشد برای این سازهها فاصله یک درصد ارتفاع که عدد آیین نامه مياین سازه پاسخ

فاصله بین دو میرایي، جرم،مانند ی ضربه کرد و اثر پارامترهایي طیف نیرو ناقدام به ساختطیف نیروی ضربه را مورد بررسي قرار داد و

نیز در دو ها از المان ویسكوالاستیک غیرخطي استفاده کرد. تحلیل سازی ضربهدر مدلاو همچنین نمود. ارزیابيزماني را و فاصله سازه

های مجاور ، امكان وقوع ضربه کم افزایش فرکانس سازهحالت الاستیک و غیرالاستیک انجام گرفت. در نهایت این نتایج حاصل شد که با

تبار و گل[. 06ها به طیف نیروی ضربه توجه گردد ]مي شود. همچنین اگر هدف طراحي دو سازه مجاور یكدیگر باشد، باید در طراحي سازه

و سازی کردهرا مدل طبقه 8و 5، 0های سازهخود مطالعه ایشان در. را مورد ارزیابي قرار دادندضربه پیچشي دو ساختمان مجاور نیاغني

همچنین از . نمودندخطي در مدل سازی ضربه استفاده محل ضربه را در محل اتصال تیر به ستون در نظر گرفتند و از المان الاستیک

تر افزایش ه پاسخ سازه کوتاهدهد که در اثر ضرباستفاده گردید؛ نتایج نشان مي ETABS افزارنرم درنگاشت شتاب 0تحلیل دینامیكي تحت

و الله عبداباشد. یابد. همچنین در حالت با ضربه پیچش ساختمان از حالت بدون ضربه به مراتب کمتر ميو پاسخ سازه بلندتر کاهش مي

گر این است که دلایل استفاده از این میرا همكاران به منظور کاهش خسارت ناشي از ضربه از میراگر جرمي مشترک استفاده نمودند. یكي از

ساختمان هشت طبقه در کنار یكدیگر و تحت دو شتاب نگاشت انجام بررسي دو آنها. در تحقیق باشدنميطراحي آن وابسته به زلزله خاصي

ی سازی را در نظر گرفتند. در مورد اول کاهش تغییرمكان همه طبقات دو ساختمان را به عنوان هدف بهینه سازگرفت. آنها دو مورد بهینه

سازی قرار گرفت. در نظر گرفته و میراگر جرمي مشترک به خوبي در این حالت موثر واقع شد. در مورد دوم تنها تغییر مكان بام معیار بهینه

مشترک بهتر از حالتي عمل کرد سازی بوده است. در این حالت نیز میراگر جرميهای کوچک طبقات زیرین، علت این نوع بهینهتغییرمكان

[.01] صورت منفرد تنها بر روی یک سازه عمل کند که به

مدلسازی و شتاب نگاشت ها -3

دهانه طراحي 4طبقه در حالت 12و 8، 5در این تحقیق سه نوع سازه ساختماني قاب خمشي فولادی متوسط به تعداد طبقات

های های غیرخطي مدلپس به منظور انجام تحلیلمورد طراحي و کنترل قرار گرفت. س Etabs v2015گردید. این سازه ها در نرم افزار

12و 8، 5های های طراحي شده شامل سازهکنار هم قرار داده شده است. سازه Sap v19افزار های مختلف در نرمطراحي شده را در حالت

متری مفروض گردیده است. 0متر و ارتفاع طبقات 5هایي به طول دهانه به دهانه 4طبقه در حالت

10 Bertro



ها برای ویرایش چهارم قرار گرفته است. تمامي مدل 2800ای بر مبنای استاندارد های مورد بررسي تحت بارگذاری لرزهازهس

( در نظر گرفته 2800در استاندارد 0و خاک متراکم یا متوسط )خاک نوع (A=0.3)ای زیاد مناطقي در شرایط ساختگاهي با خطر لرزه

50درصد احتمال رخداد زلزله در 10ای زیاد برای را در مناطقي با خطر لرزهg 0.3 وج شتاب زمین معادل با ، ا2800شده است. استاندارد

ای شامل پریود اصلي سازه، درجه اهمیت، ضریب رفتار و حداکثر سال عمر مفید سازه پیشنهاد کرده است. دیگر پارامترهای طراحي لرزه

ها لحاظ شده است. در تحلیل و طراحي سازه رفته شده است. همچنین اثرات ناشي از نامه در نظر گتغییرمكان نسبي طبق آیین

ای این نوع سیستم عبارتست های لرزهپارامتر 2800باشد که مطابق با استاندارد سیستم باربری جانبي این مدل ها قاب خمشي متوسط مي

از:

ندآیدر فر يمصالح مصرف یهیتن بر متر فرض شده است؛ مشخصات کل 0و 1,2 بیزنده و مرده به ترت یبارها ،يطراح یبرا

باشد.ي( م2و کنترل مطابق جدول ) يطراح

: مشخصات مصالح مصرفی2جدول

2400 Kgf/cm2 (yFمقاومت جاری شدن فولاد )

3700 Kgf/cm2 (uFمقاومت نهایي فولاد )

2640 Kgf/cm2 (yeFمقاومت مورد انتظار جاری شدن فولاد )

2.1E+10 Kgf/cm2 (Eمدول الاستیسیته فولاد )

0.3 (vضریب پواسون فولاد )

7850 Kgf/m3 (Wوزن )

يلیبا توجه به زمان تناوب تحل (فتیدر) جابجایي نسبي و کنترل دیگرد يها طراحفرض شده سازه یپارامترها یهیبا توجه به کل

در کننده بوده است. نییتع فتیحاضر کنترل در یهامدل یهیدر کل فتیدر یشده است. با توجه به محاسبهها محاسبه و کنترل سازه

( نشان داده شده 0شده در شكل ) يطراح یهاباشد. مقاطع مدل کینزد 1به عدد تیبه ظرف ازیبر آن شد که نسبت ن ياعضا سع يتمام

است.

استفاده شده است که در SAP v19ضربه دو ساختمان مجاور از نرم افزار یروبر نیزم یاثر مدت زمان حرکت قو نییجهت تع

پرداخته خواهد شد. یمدلساز یادامه به شرح نحوه

با يها در حالاتمدل نیاند. ااثر ضربه دو به دو در کنار هم قرار داده شده نییشده به منظور تع يطراح یهاسازه قیتحق نیا در

( و بدون 2800استاندارد شنهادیدرصد ارتفاع کل سازه )نصف پ 0,5 (،2800استاندارد شنهادیارتفاع کل سازه )پدرصد 1ی هادرز انقطاع

قرار داده 11دو ساختمان المان گپ نیمجاور ب یهاساختمان یهااز ضربه يناش یروین نییدرز انقطاع در نظر گرفته شده است. به منظور تع

شده است.

11 GAP



طبقه قاب خمشی فولادی 12و 8، 5: مقاطع سازه 3شکل

.کنداین المان بعد از حذف فاصله بین دو سازه که در المان نیز معرفي شده است، به صورت یـک فنـر خطـي شـروع بـه کـار مي

( نشان داده شده است. 4تغییرمكان المان الاستیک خطي در شكل ) -رفتار نیرو

کان المان الاستیک خطیتغییرم-: رفتار نیرو4شکل



( بیان شده است.0تغییر مكان المان در رابطه ) -رابطه نیرو

(0) pg-2u-1= 0 if δ(t) = u cF

Fc = k1(u1-u2-gp) if δ(t) = u1-u2-gp

فاصـله بـین دو سازه مجاور pg باشد.به ترتیب تغییرمكان دو نقطه انتهایي المان مي 2uو 1uنیروی المان تماس، cF(، 0رابطه )

12سـتیک خطي است. آناگنوستوپولوسسـختي المـان تمـاس الا 1kتواند نیرو بگیـرد. است که در صورت بسته شدن این فاصله، المان مي

[. 08های برخورد کننده پیشنهاد داد ]برابـر سـختي طبقـه یـا سـختي درون صـفحه سازه 20سختي المان تماس الاسـتیک خطـي را

هر طبقه در برابر سختي 20جلالي و همكاران در تحقیقي، سختي را .[40و01نهایت در نظر گرفتند ]این سختي را بي 10میسون و کاسای

برای سختي المان "های مجاور ای ساختمانآزمایشگاهي اثرات برخورد لرزه "سروقد مقدم و همكاران در یک مطالعه .نظر گرفته اند

کیلوگرم بر متر 110کیلوگرم بر متر را پیشنهاد داده است. با توجه اختلاف کم دو رابطه پیشنهادی، سختي عدد E1+1 الاستیک خطي عدد

( نحوه قرارگیری المان گپ در میان دو سازه مجاور نشان داده شده است.5. در شكل )]40[گرفته شد در نظر

GAP : نحوه قرار گیری المان5شکل

12 Anagnostopoulos 13 Maison, Kasai



ای با پذیری اجزای سازهداده شده، شكل FEMA 356و پس از آن در FEMA 273که اجازه چاپ آن در ATC-33در پروژه

شود، در این مدل مقاومت بعد از حداکثر مقدار ( مشاهده مي6طور که در شكل )( مدلسازی شد. همان6ق شكل )منطق قابل قبولي مطاب

رسد، در مقدار مقاومت باقي مانده که مقاومت به صفر مي Eتا نقطه خاص Dدارد سپس از نقطه Dافت شدیدی تا نقطه Cخود در نقطه

نامه و نشریات باعث گردید بصورت وسیعي از این مدل در تحقیقات مختلف و ارائه آن در آیین ثابت خواهد ماند. گستردگي استفاده از این

.های غیرخطي استفاده شودروش در تحلیل

[44ای]جایی اجزای سازهجابه-: رفتار عمومی نیرو6شکل

بسیار ای چرخه رفتار کیبا زمان رییتغم يقرار گرفتن آنها تحت اثر بارهای رفت و برگشت لیاعضا به دل يرخطیغ يكینامیرفتار د

طیبرای اعضا مختلف بسته به جنس، بارگذاری و شرا يمتفاوت سیسترزیه های چرخهتئوری تاکنون اساس، نی. بر همباشديم دهیچیپ

اعضا بادبندی و برای ترجیرا کینماتیک سیسترزیاستفاده از چرخه ه يخمش فولادی برای اعضا يها ارائه شده است. بطورکلمرزی آن

ای کینماتیكي برای اعضا استفاده گردید.های چرخه، از این رو در این تحقیق از منحنيتر استتاکدا مناسب سیسترزیاستفاده از چرخه ه

( نشان داده شده است.1این چرخه در شكل )

ای کینماتیکی: منحنی چرخه7شکل

شود کـه سـازه یـک مـاتریس کند. به این ترتیب فرض مين میرایي استفاده مياز مدل میرایي رایلي برای بیا SAP v19نرم افزار

شود:( تعریف مي4دارد که توسط رابطه ) Cمیرایي

(4)



های میرایي باشند که از فرض نسبتهر دو ضرایبي مي βو αماتریس سختي الاستیک اولیه، Kماتریس جرم، Mاین رابطه در

هایي برای افزار، نیاز به شتابنگاشتطور که عنوان شد پس از پایان مدلسازی در نرمآیند. همانمناسب برای دو مود ارتعاشي سازه بدست مي

.قوع آن ها اطلاعاتي ارائه خواهد شدها و زمان واعمال به سازه است. از این رو در ادامه در رابطه با شتاب نگاشت

( اطلاعات پیرامون رکوردها ارائه گردید.0در جدول )

هامشخصات شتاب نگاشت: 3جدول

ها در یک مقیاس مشخص قرار گیرند برای این امر نگاشتبایستي شتاب PGAها بر حسب نگاشتبه منظور هم سطح سازی شتاب

ها براساس مدت زمان حرکت قوی زمین شتاب نگاشت گردد.ویرایش چهارم است عمل مي 2800ن نامه مطابق روند زیر که برگرفته از آیی

نگاشت است و بصورت انتگرال مربع شتاب زمین بیان بدست آورده شده است. این تعریف برمبنای تجمع انرژی در شتاب 14تعریف آریاس

( 5. شدت آریاس از رابطه )]41 [منطبق است 15ار بدست آمده با شدت آریاسگیری از شتاب استفاده شود، مقد گردد. اگر در انتگرالمي

شود.محاسبه مي

(5)

شتاب جاذبه نگاشت ومدت زمان کل شتابتابعي از شتاب بوده، در این رابطه که به رابطه آریاس معروف است،

( مدت زمان حرکت قوی زمین محاسبه گردید و به 5مختلف براساس تعریف آریاس و منطبق بر رابطه )های برای شتاب نگاشتزمین است.

ها بر اساس مدت زمان حرکت قوی نگاشت( نشان داده شده است. همانطور که در جدول فوق مشخص است شتاب0تفكیک در جدول )

پنج (2نوع)ثانیه و در دسته دوم 10نگاشت با مدت زمان صفر تا تابپنج ش (1نوعشود که در دسته اول )شان به سه دسته تقسیم ميزمین

ثانیه و بالاتر 00نگاشت اما با مدت زمان همین تعداد شتاب (0نوع)ثانیه و در نهایت دسته سوم 00تا 10نگاشت با مدت زمان شتاب

اند.تقسیم شده

تر پارامتر مدت زمان قیاثر دق يها و بررسدر شتاب نگاشت يفرکانس یلازم به ذکر است که به منظور حداقل کردن اثر محتوا

.نوع شتاب نگاشت بوده است 5که متشكل از دیشتاب نگاشت از سه دسته شتاب نگاشت استفاده گرد 15ي بررس یبرا ن،یزم یحرکت قو

14 Arias 15 Arias intensity



مختلف و با توجه به فاصله یهاهستگایا ماتیکه با تنظ یانتخاب گشت به طور كسانینگاشت ها بهر سه دسته نوع شتا یبرا نیهمچن

نیو همچن يها و نوع خاک مورد بررسبودن نوع زلزله كسانیوجود داشته باشد. با توجه به نیمدت زمان حرکت زم راتییها تغستگاهیا نیا

کردن، اسیا پس از مقهگذار در شتاب نگاشتریپارامتر تاث نیشتریکه ب دیرس جهین نتیتوان به ايها منمودن قدرت شتاب نگاشت اسیمق

.کم شده است گرید یاثر پارامتر ها یاریباشد و تا حد بسيم نیزم یمدت زمان حرکت قو

صحت سنجی المان ضربه -4

ای که در حالات مختلف باشد، با توجه به فاصلهها از نكات حائز اهمیت در بررسي ضربه ميبررسي عملكرد المان گپ در بین سازه

ها بایستي در المان گپ وجود ی بین سازهها در نظر گرفته شده است پس یک فضای خالي منطبق بر اندازه فاصلهسازهدر این تحقیق بین

شوند، زماني که فاصله این نزدیک شدن از ها به یكدیگر نزدیک ميداشته باشد و هنگامي که در اثر ارتعاش غیر هم فاز دو سازه مجاور، سازه

-گردد سختي موجود در المان عمل کرده و نیروی به وجود آمده در این المان متناظر با نیروی ضربه در بین سازه فاصله بین سازه ها بیشتر

کنند به صورت توامان با ضربه به هایي که در دو سازه مجاور با یكدیگر برخورد مي( میزان جابجایي قسمت8در شكل های ) باشد.ها مي

وجود آمده، نشان داده شده است.

سانتی 15با فاصله بین سازه ها 1نوع Duzceطبقه و زمان وقوع ضربه در بین آن ها تحت شتاب نگاشت 12سازه 8طبقه و جابجایی طبقه 8 : جابجایی بام سازه8شکل

متر



تجزیه و تحلیل داده ها -5

نیروی به وجود آمده در میان دو سازه برای پي بردن به چگونگي اثر مدت زمان حرکت قوی زمین بر ضربه دو سازه، بیشترین

( نشان داده خواهد شد.14تا 1های )برحسب مدت زمان حرکت قوی زمین مطابق شكل

-ها برحسب آنها مرتب شدهگر مدت زمان حرکت قوی زمین برحسب ثانیه بوده که شتاب نگاشتها محور افقي بیاندر این شكل

های ذکر شده برای همچنین در شكل باشد.مي Kgfایجاد شده در اثر برخورد سازه برحسب اند محور قائم نیز مربوط به بیشینه نیروی

ی بین طبقه در مجاورت هم قرار گرفته و فاصله 12و 8استفاده شده است که این کد یعني سازه های 12,8,00سادگي از کد هایي مانند

بود دقت نتایج، اثر آن دسته از حالاتي که تحلیل تاریخچه زماني در آنها به باشد. لازم به ذکر است به منظور بهسانتي متر مي 00ها آن

، را از نتایج بدست آمده از این قسمت حذف گردیده است.16پایان نرسید و یا در اصطلاح سازه فروریخت

سانتی متر 1فاصله طبقه با 8و5: روند تغییرات بیشینه ضربه بر حسب تغییرات مدت زمان حرکت قوی زمین در سازه 9شکل

سانتی متر 9775طبقه با فاصله 8و 5: روند تغییرات بیشینه ضربه بر حسب تغییرات مدت زمان حرکت قوی زمین در سازه 11شکل

16 Collapse




سانتی متر 12775طبقه با فاصله 12و 5روند تغییرات بیشینه ضربه بر حسب تغییرات مدت زمان حرکت قوی زمین در سازه : 12شکل




سانتی متر 15طبقه با فاصله 8و12ر حسب تغییرات مدت زمان حرکت قوی زمین در سازه : روند تغییرات بیشینه ضربه ب14شکل

های ضربه با افزایش مدت زمان، اما برازش نقاط در هر شود که علارغم پراکندگي زیاد نیروی( مشاهده مي14تا 1های )در شكل

باشد.روی ضربه نیز به طور خفیفي در حال افزایش ميدهد که با افزایش مدت زمان حرکت قوی زمین، نیها نشان ميیک از شكل

های مختلف ارائه گردیده است. در جدول زیر مقادیر صفر نشان دهنده وارد نشدن های ضربه در حالت( کلیه نیرو4در جدول )

ه و سازه فروریخته است.نشان دهنده حالاتي است که تحلیل تاریخچه زماني به اتمام نرسید ضربه بین دو سازه است و علامت

: مقادیر نیروی ضربه در شتاب نگاشت های و فاصله های مختلف4جدول



نتایج -6

-شتاب 15ها برضربه بین دو سازه علاوه بر استفاده از به منظور ارزیابي با هم اثر مدت زمان حرکت قوی زمین و فاصله بین سازه

ای )یک درصد ارتفاع سازه، نیم درصد ارتفاع سازه و بدون فاصله( هم استفاده فاصله بین سازههای مختلف از سه حالت با مدت زمان نگاشت

اند. در مجموع طبقه مجاور هم( در کنار هم قرار گرفته 12-8و 12-5، 5-8های ای که در سه حالت )مدلگردیده است و با توجه سه سازه

ها نتایج زیر حاصل شده است.زماني غیرخطي انجام شده که از کل این تحلیلتحلیل تاریخچه 105های بیان شده، با توجه به حالت

دهند، نتایج ها پیشنهاد ميها آن را یک درصد ارتفاع سازهنامههای مجاور که معمولا آییندر مورد مقدار مجاز فاصله بین سازه

ها با مدت حالت تحت شتاب نگاشت 6ها بوده، در نامهها مطالبق پیشنهاد آیینحالتي که فاصله بین سازه 42دهد که از نشان مي

ای رعایت شده نامههایي که فاصله آییندرصد مدل 15های مختلف ضربه بوجود آمده است. مطابق نسبت ذکر شده پس در زمان

ستي اثر ضربه را هم لحاظ ها بایرود برای در نظر گرفتن فاصله ایمن برای فاصله بین سازهضربه بوجود آمده، از این رو انتظار مي

های با اهمیت بالا، مقادیر کرد و نباید فقط به محدودیت یک درصد ارتفاع سازه اکتفا نمود. بدیهي است افزایش فاصله برای سازه

ی شود.نامه توصیهبیشتر از آیین

های دسته سوم بوده مدت زمان ای که در این حالت بوجود آمده نیمي از آن مربوط به شتاب نگاشتبار ضربه 6از طرفي از

توان بیان کرد که با افزایش مدت زمان حرکت قوی زمین نیاز به افزایش ثانیه بوده است. پس مي 00ها بالاتر از حرکت قوی آن

شود.فاصله هم بیشتر مي

طبقه در مجاورت هم بوده 8و 12ای که در این حالت رخ داده نیمي از آن زماني بوده است که سازه های بار ضربه 6همچنین از

5و 8های اند و تنها یک بار آن زماني که سازهطبقه در کنار هم بوده 5و 12اند و دو بار ضربه مربوط به زماني است که سازه

تلف، های مخها در مدت زمانتوان بیان کرد که با افزایش ارتفاع سازهاند ضربه اتفاق افتاده است. پس ميطبقه در کنار هم بوده

شود.ها بیشتر مينیاز به افزایش فاصله در بین سازه

ها از چه روندی پیروی ميبه منظور پي بردن به این موضوع که با افزایش مدت زمان حرکت قوی زمین بیشینه ضربه بین سازه-

نشان دهنده مدت زمان ها ( نشان داده شد نمودارهایي رسم گردید، که محور افقي در آن5کند. مطابق با آنچه که در بخش )

ها بوده است. شیب خط برازش داده شده از نقاط موجود در حرکت قوی زمین و محور قائم بیانگر بیشینه نیروی ضربه بین سازه

ها نیز با شیب ملایمي افزایش این نمودارها نشان از آن دارد که با افزایش مدت زمان حرکت قوی زمین بیشینه ضربه بین سازه

های مختلف حاکي از آن است که این افزایش هنگامي که چنین بررسي شیب خطوط برازش شده در نمودارها با فاصلهیابد هممي

های بدون فاصله است.ها با فاصله نیم درصد ارتفاع از هم قرار دارند بیشتر از حالتسازه

مراجع

[1] Chai Y, Fajfar P.2000. A procedure for estimating input energy spectra for seismic design. Journal of Earthquake

Engineering;4(04):539-61.

[2] Shome N, Cornell CA, Bazzurro P, Carballo JE.1988. Earthquakes, records, and nonlinear responses. Earthquake

Spectra;14(3):469-500.

[3] Mander JB.1994. Low-cycle fatigue behavior of semi-rigid top-and-seat angle connections. Engrg J, AISC:111-22.

[4] Mander JB, Pekcan G, Chen SS.1995. Low-cycle variable amplitude fatigue modeling of top-and-seat angle

connections. Engineering Journal;32(2):54-62.



[5] Chai Y, Romstad K, Bird S.1995. Energy-based linear damage model for high-intensity seismic loading. Journal of

Structural Engineering;121(5):857-64.

[6] Plumier A, Agatino R, Castellani A, Castiglioni C, Chesi C, editors.1998. Resistance of steel connections to low cycle

fatigue. XIth European Conference on Earthquake Engineering Paris.

[7] Calado L, Castiglioni C, Barbaglia P, Bernuzzi C, editors.1998. Seismic design criteria based on cumulative damage

concepts. Proc of 11th European Conf on Earthquake Engineering, Paris.

[8] Calado L, Castiglioni C, Carydis P, editors.2002. Shaking table tests for seismic performance evaluation of steel frames.

Proceedings of the 12th European Conference on Earthquake Engineering, London.

[9] De Matteis G, Landolfo R, Calado L. Cyclic.2000. behaviour of semi-rigid angle connections: A comparative study of

tests and modeling. Behaviour of Steel Structures in Seismic Areas:165-74.

[10] TAUCER F, NEGRO P, COLOMBO A.2000. Low-cycle fatigue cyclic and psd testing of a two-storey moment

resisting steel frame with beam-to-column welded connections. Journal of earthquake engineering;4(04):437-77.

[11] Matsumoto Y, Yamada S, Akiyama H.2000. Fracture of beam-to-column connection simulated by means of the

shaking table test using the inertial loading equipment. Proc of STESSA 2000:215-22.

[12] Castiglioni C, Bernuzzi C, Calado L, editors.2000. Cyclic behavior of steel beam-to-column joints with concrete slab.

Proc, 3rd Int Conf on Steel Structures in Seismic Areas (STESSA).

[13] Miner MA.1945. Cumulative damage in fatigue. Journal of applied mechanics;12(3):159-64.

[14] Hancock J.2006. The influence of duration and the selection and scaling of accelerograms in engineering design and

assessment: Imperial College London (University of London).

[15] Park Y-J, Ang AH-S.1985. Mechanistic seismic damage model for reinforced concrete. Journal of structural

engineering;111(4):722-39.

[16] Park Y, Reinhorn AM, Sashi KK, editors.1988. Seismic damage analysis of reinforced concrete buildings. 9thWorld

Conference on Earthquake Engineering; Tokyo

[17] Park Y, Ang AH, Wen Y.1987. Damage-limiting aseismic design of buildings. Earthquake spectra;3(1):1-26.

[18] Park Y-J, Ang AH-S, Wen YK.1985. Seismic damage analysis of reinforced concrete buildings. Journal of Structural

Engineering;111(4):740-57.

[19] Sorace S.1988. Seismic damage assessment of steel frames. Journal of structural engineering;124(5):531-40.

[20] Cosenza E, Manfredi G.2000. Damage indices and damage measures. Progress in Structural Engineering and

Materials;2(1):50-9.

[21] Ou Y-C, Song J, Wang P-H, Adidharma L, Chang K-C, Lee GC.2013. Ground motion duration effects on hysteretic

behavior of reinforced concrete bridge columns. Journal of Structural Engineering;140(3):04013065.

[22] Hancock J, Bommer JJ.2006. A state-of-knowledge review of the influence of strong-motion duration on structural

damage. Earthquake Spectra;22(3):827-45.

[23] Aschheim M, Black E.1999. Effects of prior earthquake damage on response of simple stiffness-degrading structures.

Earthquake Spectra;15(1):1-24.

[24] Eibl J, Keintzel E, Vratsanou V, editors.1996. Determination of earthquake duration dependent behaviour factors for

unreinforced brick masonry panels by nonlinear time-history calculations. 11th World Conference on Earthquake

Engineering.

[25] Mahin SA, editor.1980. Effects of duration and aftershocks on inelastic design earthquakes. Proceedings of the 7th

world conference on earthquake engineering.

[26] Jennings PC, Husid R.1968. Collapse of yielding structures during earthquakes. Journal of Engineering Mechanics.

[27] Tremblay R.2003. Achieving a Stable Inelastic Seismic Stability of Concentrically Braced Steel Frames. Engineering

Jour AISC;40(2):111-29.

[28] Gupta VK, Nielsen SR, Kirkegaard PH.2001. A preliminary prediction of seismic damage‐based degradation in RC

structures. Earthquake engineering & structural dynamics;30(7):981-93.

[29] Bonelli P, editor.1998. Long seismic velocity pulses effect and damage. Proceedings of Structural Engineering World

Congress (SEWC'98).

[30] Bonelli P, editor.1998. An evaluation of the effects of long acceleration pulses on the seismic response of structures.

Proceedings of the 11th European Conference on Earthquake Engineering.

[31] Hancock J, Bommer JJ.2007. Using spectral matched records to explore the influence of strong-motion duration on

inelastic structural response. Soil Dynamics and Earthquake Engineering;27(4):291-9.

[32] Iervolino I, Manfredi G, Cosenza E.2006. Ground motion duration effects on nonlinear seismic response. Earthquake

Engineering & Structural Dynamics;35(1):21-38.

[33] Cosenza E, Iervolino I, Manfredi G, editors.2004. On ground motion duration and engineering demand parameters.

International Workshop on Performance-Based Seismic Design, Concepts and Implementation, Bled, Slovenia.

[34] Pantelides, C. And Ma, X.1998. Linear And Nonlinear Pounding Of Structural System” Computer And Structure, 79-

92.



[35] Popov, E.1987. Observation Mexico Earthquake of September 1985” Pacific Structural Steel Conference, 2, 237-255.

[36] Jankowski, R.2006.Pounding Force Response Spectrum Under Earthquake Excitation”, Engineering Structure, 28,

1149-1161.

[37].Abdullah, M., Hanif, H., Richardson, A., And Sobanjo, J.2001. Use Of A Shared Tuned Mass Damper (Stmd) To

Reduce Vibration And Pounding In Adjacent Structures.”, Earthquake Engineering And Structural Dynamics, 30, 1185–

1201.

[38].Anagnostopoulos, A.1988. Pounding Of Buildings in Series During Earthquakes”, Earthquake Engineering And

Structural Dynamics, 16, 443–456.

[39].Maison, B.f., Kasai, K.1990. Analysis for Type of Structural Pounding”, Journal of Structural Engineering, 116, 957 –

975.

[40].Maison, B.f., Kasai, K.1992. Dynamics of Pounding When Two Buildings Collide”, Earthquake Engineering and

Structural Dynamics, 21, 771 – 786.

[41].Arias, A.1970. saMEASURE OF EARTHQUAKE INTENSITY, Massachusetts Inst. of Tech., Cambridge. Univ. of

Chile, Santiago de Chile.

تخاس و هزاس یسدنهم هیرشن )یشهوژپ یملع(...8 Cosenza and Manfredi نا...

Documents

Transcript of تخاس و هزاس یسدنهم هیرشن )یشهوژپ یملع(...8 Cosenza and Manfredi نا...