اثرات متقابل خاک و سازه بر عملکرد لرزه ای قاب های مقاوم خمشی بتن مسلح

Soil-structure interaction effects on the seismic performances of reinforced concrete moment resisting frames

چکیده

1- مقدمه

2- تجزیه و تحلیل

3- مدلسازی عددی در نرم افزار اوپن سیز

4- نتایج

5- نتیجه گیری

چکیده

این مقاله تأثیر اثرات اندرکنش خاک و سازه (SSI) بر عملکرد لرزه ای قاب های مقاوم خمشی (MRFs) بتن آرمه (RC) 2D را بررسی می کند. این بررسی را با استفاده از تجزیه و تحلیل های دینامیک غیر خطی انجام داده ایم. هدف این پژوهش با استفاده از مطالعه ای پارامتری پیگیری می شود که در آن از (1) ویژگی های خاک، (2) روش مدلسازی اثرات SSI و (3) سطح طراحی لرزه ای سازه ها، استفاده شده است. آیین نامه ی اتحادیه ی اروپا کد شماره 8 (Eurocode 8) طبقه بندی های خاک را مطرح می کند. این طبقه بندی ها را مبنایی برای تعریف ویژگی های مکانیکی خاک قرار می دهیم. در رابطه با مدلسازی SSI، هر دو رویکرد زیر سازه ها و رویکرد مستقیم را درنظر گرفته ایم. در نهایت، سازه های دارای 4 و 8 طبقه را بررسی کردیم. این سازه ها تنها برای بارهای عمودی و یا بر اساس قوانین ایتالیا برای ساخت و سازها طراحی شده بودند(NTC-08). قاب های مقاوم خمشی بتن آرمه (RC-MRFs) موجود در خاک های نرم را بررسی کردیم، چرا که اثرات SSI بر عملکرد لرزه ای را بیشتر از حد انتظار می دانستیم. این پژوهش نشان می دهد که SSI بر تقاضای لرزه ای اثر می گذارد. این اثرگذاری برحسب حداکثر برش پایه و حداکثر نسبت رانش بین طبقات با اهمیت های متفاوت است که به رویکرد مدلسازی وابسته می باشد.

1- مقدمه

در این مقاله، نتایج مطالعه ای پارامتری را با هدف بررسی اثرات اندرکنش خاک و سازه (SSI) بر عملکرد لرزه ای قاب های مقاوم خمشی بتن آرمه (RC) نشان داده ایم. تجزیه و تحلیل های دینامیک غیرخطی به شکل های متفاوتی انجام شده است که عبارتند از:
(1) ویژگی های خاک
(2) روش مدلسازی اثرات اندرکنش خاک و سازه
(3) سطح طراحی لرزه ای سازه ها. در مورد خاک
در خصوص خاک، به طبقه بندی های گوناگون مطرح شده در Eurocode 8 (منبع 1) اشاره کردیم، در حالی که در رابطه با روش مدلسازی اثرات SSI، هر دو رویکرد «مستقیم» و «زیرسازه ها» را درنظر گرفتیم. در نهایت، سازه های دارای 4 و 8 طبقه را بررسی کردیم که تنها برای بارهای عمودی و یا طبق مقررات حال حاضر در ایتالیا برای ساخت و ساز (منبع 2) طراحی شده اند. پیش از ارائه ی نتایج تجزیه و تحلیل، سازه های مرجع، همچنین سوابق منتخب و ویژگی های مکانیکی ته نشینی خاک مفروض برای تجزیه و تحلیل عددی را بیان می کنیم. علاوه بر این، توضیحاتی در مورد مدل های عددی اجرا شده در نرم افزار اوپن سیز را ارائه می دهیم.

5- نتیجه گیری

در این پژوهش، اثرات SSI بر تقاضای لرزه ای قاب های مقاوم خمشی بتن آرمه با استفاده از یک مطالعه ی پارامتری بررسی شد که در آن: (i) ویژگی های خاک، (ii) روش مدل سازی اثرات SSI و (iii) سطح طراحی لرزه ای سازه ها ارائه شده است. به طور خاص تر، تجزیه و تحلیل دینامیک غیر خطی را اجرا کردیم.
این پژوهش نشان می دهد که بر اساس رویکرد مدل سازی بکاررفته، کم و بیش SSI می تواند بر تخمین تقاضای لرزه ای با توجه به مدل پایه ی ثابت اثر بگذارد. اتخاذ یک مدل کامل تعدیل یافته ی FEM می تواند منجر به کاهش تخمین تقاضای لرزه ای، با توجه به مدل پایه ی ثابت، تا 50٪ از نظر حداکثر نسبت رانش بین طبقات و تا 20٪ بر حسب حداکثر برش پایه شود. مدل سازی ساده شده ی اثرات SSI با استفاده از مدل تیر بر روی بستر غیرخطی وینکلر (BNWF) ، می تواند بر ارزیابی تقاضای لرزه ای تنها در مورد ساختمان های 8 طبقه بنا شده بر روی خاک های بسیار نرم، تأثیر بگذارد، چراکه پاسخ جنبشی بر پاسخ لغزشی فونداسیون اثر می گذارد. به هر حال، کاهش با توجه به مدل پایه ی ثابت (تا 20٪ برحسب حداکثر برش پایه و حداکثر نسبت رانش بین طبقات) کمتر از کاهش پیش بینی شده بوسیله ی مدل کامل FEM است. تفاوت بین دو رویکرد مدل سازی به ویژگی های مختلف میرایی کلی مربوط می شود، همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است، که در آن شتاب یک نقطه در بالای سازه و طیف فوریه متناظر آن را برای داده ثبتی خاص ترسیم کرده ایم. مدل BNWF، به دلیل عدم وجود کوپلینگ بین حالت های عمودی و جانبی پاسخ فونداسیون و به دلیل عدم توجه به متغیر فرکانس امپدانس های فونداسیون، به ظاهر اتلاف انرژی ناشی از SSI را کم برآورد می کند.

Abstract

The paper investigates the influence of Soil-Structure-Interaction (SSI) effects on the seismic performances of 2D reinforced concrete (RC) moment resisting frames (MRFs), which were investigated by means of non-linear dynamic analyses. The goal was pursued by means of a parametric study in which (1) the soil properties, (2) the modelling technique of the SSI effects, (3) the seismic design level of the structures were varied. The soil classes suggested by Eurocode 8 were taken as reference to define the mechanical properties of soil. As concerns the SSI modelling, both a sub-structures approach and a direct approach were considered. Finally, structures of 4 and 8 floors designed for vertical loads only or according to the Italian regulations for constructions (NTC-08) were considered. RC-MRFs founded on soft soils were considered, because SSI effects on the seismic response are expected higher. The study shows that SSI affects the seismic demand in terms of maximum base shear and maximum inter-story drift ratio with different significance depending on the modelling approach.

1- Introduction

In this paper, the results of a parametric study performed with the aim to investigate the effects of the Soil-Structure Interaction (SSI) on the seismic performances of reinforced concrete (RC) moment resisting frames (MRFs) are shown. Nonlinear dynamic analyses were performed varying (i) the soil properties, (ii) the modelling technique of SSI effects, (iii) the seismic design level of the structures. As concerns the soil, the different classes suggested by Eurocode 8 [1] were referenced, while as concerns the modelling technique of SSI effects, both a “direct” approach and a “sub-structures” were considered. Finally, structures of 4 and 8 floors designed for vertical loads only or according to the current Italian regulations for constructions [2] were considered. Before showing the results of the analyses, the reference structures are introduced, as well as the selected records and the mechanical properties of the soil deposits assumed for the numerical analyses. Moreover, some explanations about the numerical models implemented in OpenSees are provided.

5- Conclusions

In this study, SSI effects on the seismic demand of reinforced concrete moment resisting frames were investigated by means of a parametric study in which: (i) the soil properties, (ii) the modelling technique of SSI effects and (iii) the seismic design level of the structures were varied. In particular, nonlinear dynamic analyses were performed.
The study shows that, based on the modelling approach adopted, SSI can affect more or less the estimation of the seismic demand with respect to a fixed-base model. The adoption of a refined complete FEM model can lead to reductions in the estimation of the seismic demand, with respect to a fixed-base model, up to 50% in terms of maximum inter-story drift ratio and up to 20% in terms maximum base shear. A simplified modelling of SSI effects by means of a Beam on Nonlinear Winkler Foundation (BNWF) model can affect the evaluation of the seismic demand only in case of 8 floors buildings founded on very soft soils, whereas rocking response tends to prevail over sliding response of the foundation. Anyway, the reductions with respect to a fixed-base model (up to 20% in terms of both maximum base shear and maximum inter-story drift ratio) are lower than those predicted by a complete FEM model. The difference between the two modelling approaches is related to the different characterization of the overall damping, as shown in Fig.4, in which the acceleration of a point on the top of the structure, and the corresponding Fourier spectrum, is plotted for a specific record. The BNWF model, because of the lack of coupling between vertical and lateral modes of foundation response and because of its incapability to take into account the frequency variability of foundation impedances, seems to under-estimate the energy dissipation due to SSI.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

اثرات متقابل خاک و سازه بر عملکرد لرزه ای قاب های مقاوم خمشی بتن مسلح

Soil-structure interaction effects on the seismic performances of reinforced concrete moment resisting frames

ارزیابی طراحی لرزه ای ساختمان های بتن مسلح برای زلزله های نزدیک منبع با استفاده از تحلیل تاریخچه غیرخطی

Seismic Design Evaluation of Reinforced Concrete Buildings for Near-Source Earthquakes by Using Nonlinear Time History Analyses

چکیده

1- مقدمه

2- ساختمان های انتخاب شده

3- ارزیابی لرزه ای ساختمان های انتخاب شده با NLTHA

4- نتایج

چکیده

کدهای طراحی لرزه ای اکثراً ادعا می کنند که نیازمندیهایشان منجر به سطح عملکرد (PL) ایمنی جانی (LS) برای ساختمان ها می گردد. این در حالیست که بسیاری از ساختمان ها که براساس کدهای فعلی طراحی شده اند، عملکرد غیر قابل قبولی نشان داده و حتی در برخی اززلزله های اخیر، به ویژه رویدادهای نزدیک منبع ویران شده اند. براین اساس، به نظر می رسد برای ایجاد اطمینان کافی در جامعه مهندسی، مقررات آئین نامه و کدهای لرزه ای به ارتقاء بیشتری نیاز دارند. هدف از اجرای این مطالعه پی بردن به نحوه اثربخشی کدهای IBC 2009 و ACI 318-2014 در تامین LS PL در ساختمان های منظم چند طبقه بتن آرمه با سیستم باربری جانبی و قاب خمشی خاص می باشد. برای این منظور، مجموعه ای از ساختمان های چند طبقه تا 16 طبقه درزلزله خیزترین ناحیه تهران انتخاب و براساس کدها طراحی شدند. سپس، از مجموعه ای از شتاب نگارهای سه مولفه ای نزدیک منبع استفاده و مطابق کد مقیاس بندی شدند، و برای کلیه ساختمان ها یک سری تحلیل های تاریخچه زمانی غیر خطی انجام شد. جابجایی و شتاب بام، و نیروهای برشی پایه محاسبه و همچنین برای ارزیابی عملکرد لرزه ای، روند شکل گیری لولاهای (مفصل) پلاستیکی و توزیع آنها در سازه ها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بدست آمده نشان می دهد که برای برخی از زلزله ها، عملکرد ساختمان ها از حد LS PL فراتر رفت، و حتی در برخی موارد، به سطح فروریزش و ویرانی می رسند.

1- مقدمه

اکثر کدهای طراحی لرزه ای فعلی برای سیستم های ساختمانی به صورت صریح یا ضمنی ادعا می کنند که طراحی سازه های ساختمان ها براساس نیازمندیهایشان منجر به ایمنی جانی (LS) به عنوان حداقل سطح عملکردشان (PL) می گردد. این در حالیست که برخی از ساختمان ها که براساس مقررات کدهای فعلی طراحی و براساس استانداردهای بالا تحت نظارت خوب ساخته شده اند، PLs غیر قابل قبولی نشان داده، و حتی در برخی از زلزله های اخیر ویران شده اند. همچنین، در بسیاری از موارد، میزان آسیب و خرابی در ساختمان های در معرض زلزله به حدی بالا است که تخریب و بازسازی ساختمان حتمی می شود. براین اساس، به نظر می رسد برای ایجاد اطمینان کافی در جامعه مهندسی، مقررات کد هنوز نیاز به ارتقاء دارند.

4- نتایج

نتایج بدست آمده نشان می دهد که برای برخی از زلزله های استفاده شده، عملکرد ساختمانها فراتر از سطح عملکرد مورد انتظار است (تجاوز)، و حتی در برخی از موارد، ساختمان ها به سطح فروریزش و ویرانی می رسند. علت این تجاوز، عمدتاً ناشی از اثر شدت بالای تحریک های عمودی زمین می باشد. به علاوه، توزیع لولاهای پلاستیکی در سازه های ساختمان ها یکنواخت نیست، و آنها بسته به ارتفاع و ویژگیهای زلزله ورودی، معمولاً در برخی سطوح خاص از ساختمان ها، متمرکز می شوند. براین اساس می توان ادعا نمود که مقررات کد به ویژه با توجه به لحاظ شدن اثر تکان عمودی زیاد زمین زلزله های نزدیک منبع، نیاز به ارتقاء دارند، تا بدین طریق بتوانند به طراحی ساختمانهایی منجر گردند که به سطح عملکرد ایمنی جانبی مطمئنی می رسند.

Abstract

Seismic design codes mostly claim that their requirements lead to Life Safety (LS) Performance Level (PL) for buildings. This is while many buildings, designed based on the current codes have shown unacceptable performance, and even have collapsed in some recent earthquakes, particularly near-source events. On this basis, it seems that the code provisions still need further improvement to create sufficient confidence in the engineering community. This study has been conducted to find out how IBC 2009 And ACI 318-2014 codes are effective in providing the LS PL in reinforced concrete multi-story regular buildings with special moment frame lateral load bearing system. For this purpose, a set of multi-story buildings up to 16 stories were considered in the highest seismic hazard zone of Tehran, and were designed based on the codes. Then, a set of near-source three-component accelerograms were employed and scaled according to the code, and a series of nonlinear time history analyses were conducted for all buildings. Roof displacement and acceleration, and base shear forces were calculated, and also the formation trend of plastic hinges and their distribution in the structures were investigated for evaluating the seismic performances. Results show that for some earthquakes the buildings performance exceed LS PL, and even in some cases they reach collapse level.

1- Introduction

Most of the current seismic design codes for building systems claim, either explicitly or implicitly, that design of buildings’ structures based on their requirements leads to Life Safety (LS) as their minimum Performance Level (PL). This is while some buildings, designed based on the current codes’ provisions, and constructed based on high standards, under good supervision, have shown unacceptable PLs, even collapse in some recent earthquakes, particularly near-source events. Also in many cases the extent of damage in the earthquake stricken buildings has been so high, that the demolishing and reconstruction of the building have become inevitable. On this basis, it seems that the code provisions still need improvement to create sufficient confidence in the engineering community.

4- Conclusions

Results show that for some of the employed earthquakes the buildings’ performance exceeds the expected performance level, and even in some cases the buildings reach collapse level. This exceedance can be mainly due to the effect of the high intensity of vertical ground excitations. Furthermore, the distribution of plastic hinges in the buildings’ structures is not uniform, and they usually concentrate in some specific levels of the buildings, depending on their height and the input earthquake characteristics. On this basis, it can be claimed that the code provisions still need improvement, particularly with regard to the inclusion of the effect of extensive vertical ground motion of nearsource earthquakes, to lead to design of buildings which confidently achieve the live safety performance level.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

ارزیابی طراحی لرزه ای ساختمان های بتن مسلح برای زلزله های نزدیک منبع با استفاده از تحلیل تاریخچه غیرخطی

Seismic Design Evaluation of Reinforced Concrete Buildings for Near-Source Earthquakes by Using Nonlinear Time History Analyses

عنوان فارسی مقاله:

ضریب رفتار در طرح زلزله ای قاب‌ خمشی فولادی

Behaviour Factor for seismic design of moment-resisting steel frames

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

عنوان فارسی مقاله:

فاکتور رفتار برای طرح زلزله ای قاب فولادی خمشی

Behaviour Factor for seismic design of moment-resisting steel frames

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

طراحی کم آسیب سازه های فولادی

Low Damage Design of Steel Structures

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

طراحی کم آسیب سازه های فولادی

Low Damage Design of Steel Structures

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

مقاوم سازی لرزه ای قابهای خمشی خرپایی ویژه با استفاده از میراگرهای ویسکوز

Seismic retrofit of special truss moment frames using viscous dampers

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

مقاوم سازی لرزه ای قابهای خمشی خرپایی ویژه با استفاده از میراگرهای ویسکوز

Seismic retrofit of special truss moment frames using viscous dampers

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.