دانلود رایگان ترجمه مقاله روش پوش آور مودال پیاپی برای آنالیز غیر خطی استاتیک ساختمان بلند – الزویر 2011

روش پوش آور مودال متوالی برای تحلیل استاتیک غیر خطی ساختمان های بلند نامتقارن با پلان یک سویه

A consecutive modal pushover procedure for nonlinear static analysis of
one-way unsymmetric-plan tall building structures

1- مقدمه
روش استاتیک غیر خطی یا تحلیل پوش آور به طور روز افزونی برای براورد تقاضای لرزه ای برای ساختمان ها استفاده می شوند. با این حال، تحلیل پوش آور محدود به یک پاسخ تک حالتی است. سپس، استفاده از این روش برای ساختمان های بلند یا پلان نا متقارن منجر به نتایج خطا می شود. به منظور حل این محدودیت، تلاش هایی برای توسعه روش های پوش آور صورت گرفته است. در طی سال های اخیر، روش پوش آور چند مودال(MMP)(1)، تحلیل پوش آور مودال( MPA(2)، ترکیب نتایج پوش آور(PRC)(3)، تحلیل طیف پاسخ فزاینده(IRSA)(4)، تحلیل پوش آور کران بالا(5)، تحلیل پوش آور مودال اصلاح شده(MMPA)(6)، روش ترکیب مودال تطبیقی(AMC) و تحلیل پوش آور مودال اصلاح شده(8) برای بررسی اثرات مد های بالاتر ارایه شده اند. در نهایت، روش پوش آور مودال متوالی(9) نیز ارایه شده است که در آن پاسخ های سازه ای با ترکیب نتایج تحلیل های پوش آور تک مرحله ای سنتی و چند مرحله ای بدست می اید. روش CMP در پیش بینی تقاضای لرزه ای سازه های بزرگ موثر است.
روش های فوق الذکر محدود به قاب های صفحه ای و ساختمان های متقارن هستند. چندین تلاش تحقیقاتی از تحلیل پوشاور در ساحتمان های با پلان غیر متقارن استفاده گرده اند که پاسخ های لرزه ای غیر الاستیک آن ها، پیچیده می باشد. کیلار و فجافر (10، 11)، دی استفانو و راتمبرگ(12)، فائلا و کیلار(13)، مقدم و تسو(14، 15)، ایلا و همکاران(16)، فیوجا و همکاران(17) و باروس و الیدا(18)، به بررسی کاربرد تحلیل پوش آور برای ارزیابی لرزه ای ساختمان های با پلان غیر متقارن پرداخته اند. اخیرا، تحلیل پوش اور مودال (MPA)،(19)، روش N2 و تحلیل لرزه ای ساده شده برای ساختمان های با پلان غیر متقارن توسعه داده شده اند. در روش MPA، گشتاور های پیچشی علاوه بر نیرو های جانبی در هر طبقه اعمال شده اند. تقاضا های لرزه ای برای هر یک از تحلیل های پوش اور مودال محاسبه شده و با طرح ترکیب مودال CQC ترکیب شدند. روش MPA، قادر به پیش بینی صحیح پچرخش پلاستییک لولا ها نیست. در روش N2 تعمیم یافته، نتایج بدست آمده با تحلیل پوش اور، با نتایج بدست امده از تحلیل طیفی الاستیک با استفاده از ضریب تصحیح ترکیب شد. نتایج روش اول، جا به جایی های هدف و توزیع دفورماسیون ها را در امتداد ارتفاع ساختمان کنترل می کند در حالی که نتایج روش دوم، برای پوشش دادن تقویت پیچشی استفاده می شود. ضریب تصحیح به صورت نسبیت بین جا به جایی سقف نرمال بر گرفته از تحلیل طیفی الاستیک و نتایج حاصل از تحلیل پوش آور تعریف شد. این روش محدود به ساختمان های کوتاه است که در آن ها اثرات مود بالاتر معنی دار نیست. هم چنین روش های تحلیل الاستیک غیر خطی از جمله روش های N2 و MPA برای ساختمان های با ارتفاع کوتاه پلان غیر متقارن ارزیابی شده است(23). اخیرا، توجه کمی به ساختمان های بلند با پلان غیر متقارن برای توسعه روش تحلیل پوش اور معطوف شده است که براورد های رضایت بخشی را از چرخش های پلاستیک لولا ارایه کرده است.
هدف اصلی این مقاله استفاده از روش پوش آور مودال متوالی در ساختمان های بلند با پلان نامتقارن یک سویه است که در آن اثرات حالت پیچشی و بالاتر نقش مهمی در براورد پاسخ های لرزه ای ایفا می کنند. اهداف و رئوس کلی این مقاله را می توان به صورت زیر بیان کرد. اولا، خواص مودال لازم ساحتمان های چند طبقه با پلان نامتقارن یک سویه ارایه می شود. سپس سه نوع ساختمان با پلان نامتقارن از دیدگاه درجات اتصال بین جا به جایی هایی هایانتقالی و چرخش های پیچیشی توصیف می شوند. در مرحله بعد، اصول اساسی و جزییات روش CMP استفاده شده در ساختمان های بلند با پلان تامتقارن ارایه می شوند. سپس توصیف مختصری از مدل های سازه ای، فرضیات و حرکات زمینی ارایه می شوند. در پایان، پیش بینی های حاصل از روش CMP با نتایح یک راه حل معیار و الگو یعنی تحلیل تاریخچه های پاسخ غیر خطی مقایسه می شود. به علاوه، مقایسه براورد ها از روش پیشنهادی با با روش MAP، انجام می شود. ارزیابی نتایج و بحث به طور مفصل سپس ارایه می شود. در عین حال تاکید ویژه ای بر پیشرفت های انجام شده از طریق روش CMP در پیش بینی چرخش های لولایی پلاستیک ساختمان های بلند با پلان غیر متقارن برای قاب های با کناره های سفت و انعطاف پذیر می شود.

1. Introduction

The nonlinear static procedure or pushover analysis is increasingly used to establish the estimations of seismic demands for building structures. The pushover analysis is, however, restricted with a single-mode response. Then, the use of this procedure for unsymmetric-plan or tall buildings yields erroneous results. In order to cope with this limitation, attempts have been made to develop enhanced pushover procedures. During past years, multi-mode pushover (MMP) method [1], modal pushover analysis (MPA) [2], pushover results combination (PRC) [3], incremental response spectrum analysis (IRSA) [4], upper-bound pushover analysis [5], modified modal pushover analysis (MMPA) [6], adaptive modal combination (AMC) procedure [7] and improved modal pushover analysis [8] were proposed to consider the effects of higher modes. Lately, the consecutive modal pushover (CMP) procedure [9] was also developed in which the structural responses were obtained by enveloping the results of multi-stage and conventional single-stage pushover analyses. The CMP procedure was shown to be effective in predicting the seismic demands of tall buildings. The above-mentioned procedures were limited to planar frames and symmetric buildings. Several research efforts have been made to extend and apply the pushover analysis to unsymmetricplan buildings whose inelastic seismic responses are intricate. Kilar and Fajfar [10,11], De Stefano and Rutenberg [12], Faella and Kilar [13], Moghadam and Tso [14,15], Ayala et al. [16], Fujii et al. [17] and Barros and Almeida [18] investigated on the application of pushover analysis for seismic evaluation of unsymmetric-plan buildings. Recently, the modal pushover analysis (MPA) [19], the N2 method [20,21] and a simplified seismic analysis [22] were extended to the unsymmetric-plan buildings. In the MPA procedure, torsional moments were applied in addition to lateral forces at each floor level. The seismic demands were separately calculated for each of the modal pushover analyses and combined by using the CQC modal combination scheme. The MPA procedure is unable to accurately predict the plastic rotation of hinges. In the extended N2 method, the results produced by pushover analysis (based on the N2 method) were combined with the results from elastic spectral analysis by using a correction factor. The former results control the target displacements and distribution of deformations along the height of the building, while the latter results are used to account for the torsional amplifications. The correction factor was defined as the ratio between the normalized roof displacements derived from elastic spectral analysis and those resulting from pushover analysis. De-amplification of displacements due to torsion was not taken into consideration in the method. This method is limited to low-rise buildings where the higher mode effects are not significant. Also, nonlinear static analysis methods including the N2 and MPA methods were assessed for unsymmetric-plan low-rise buildings [23]. Until recently, little attention has been paid to unsymmetric-plan tall buildings to develop a pushover analysis procedure which can provide satisfactory estimates of the hinge plastic rotations. The main objective of this paper is to extend the consecutive modal pushover (CMP) procedure to the one-way unsymmetricplan tall buildings in which torsional and higher mode effects play an important role in estimating the seismic responses. An outline of this paper can be expressed as follows. First, necessary modal properties of multi-storey buildings with one-way unsymmetricplan are demonstrated. Then, three types of unsymmetric-plan buildings from the perspective of degrees of coupling between the translational displacements and torsional rotations are described. Next, the fundamental bases and details of the CMP procedure extended to the unsymmetric-plan tall buildings are presented. Subsequently, a brief description of structural models, underlying assumptions and used ground motions are given. At the end, predictions resulting from the CMP procedure are shown and compared with the results of benchmark solution, i.e. nonlinear response history analysis (NL-RHA). In addition, a comparison of the estimates from the proposed procedure to those from the MPA procedure is conducted. Results evaluation and relevant discussion are presented in detail. Particular emphasis is placed on the considerable progress through the CMP procedure in predicting the plastic hinge rotations of unsymmetric-plan tall buildings for the frames at the flexible and stiff sides.