معرفی سیستم مهاربندی الاکلنگی با پیکربندی جدید جهت بهبود تاب آوری لرزه ای سازه ها

نخعی راد, محمد مهدی; سیوندی پور, عباس; نوروزی نژاد, احسان

doi:10.48301/kssa.2025.482750.3020

معرفی سیستم مهاربندی الاکلنگی با پیکربندی جدید جهت بهبود تاب آوری لرزه ای سازه ها

نوع مقاله : مقاله پژوهشی (کاربردی)

نویسندگان

محمد مهدی نخعی راد

عباس سیوندی پور

احسان نوروزی نژاد

دانشکده مهندسی عمران و نقشه برداری ، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، ایران.

10.48301/kssa.2025.482750.3020

چکیده

در زلزله‌های شدید، سازه‌ها از محدوده رفتار الاستیک خارج شده و ممکن است به علت جذب انرژی زلزله آسیب‌هایی را متحمل شوند. امروزه استفاده از سیستم‌های اتلاف انرژی برای کاهش تنش‌ها و تغییر شکل‌های سازه و در نهایت کاهش آسیب‌های وارده به اعضای سازه متداول شده است. در سال‌های اخیر در تحقیقات صورت‌گرفته در زمینه مهندسی زلزله، سیستم اتلاف انرژی الاکلنگی پیشنهاد شده است که در زیر مجموعه سیستم‌های کنترل غیرفعال قرار می‌گیرد. در این تحقیق نوع جدیدی از سیستم مهاربندی الاکلنگی برای افزایش تاب‌آوری لرزه‌ای سازه‌ها با استفاده از میراگرهای فلزی تسلیمی ارائه شده است. میراگر فلزی پیشنهادی از دو جزء اصلی ورق‌های پیرامونی و پروفیل‌های توخالی میانی تشکیل شده است. این اعضا طوری طراحی شده‌اند که در زلزله‌های خفیف و متوسط سازه دز حالت الاستیک باقی می‌ماند و در زلزله‌های شدید، تغییر شکل پلاستیک در پروفیل‌های توخالی رخ می‌دهد و عملکرد سایر اعضای سیستم در محدوده الاستیک باقی می‌ماند. مدل المان محدود سیستم مهاربندی الاکلنگی با پیکربندی پیشنهادی در نرم‌افزار آباکوس توسعه‌ یافته و با قراردادن این میراگر در سیستم موردنظر، رفتار این میراگر و قابلیت جذب انرژی آن بررسی شده است. نتایج تحقیق بیانگر قابلیت جذب انرژی مناسب در سیستم پیشنهادی نسبت به سیستم موجود است بطوریکه در سیستم پیشنهادی علاوه بر کاهش مصالح، میزان استهلاک انرژی لرزه‌ای کل سیستم نیز بیش از 105 درصد افزایش یافته است. باتوجه‌به نتایج هر دو هدف افزایش عملکرد و کاهش مصالح مصرفی هم‌زمان به‌دست‌آمده است.

کلیدواژه‌ها

میراگر تسلیمی

سیستم مهاربندی الاکلنگی

استهلاک انرژی

تاب آوری لرزه ای

المان محدود

موضوعات

مهندسی عمران(سازه و زلزله )

عنوان مقاله English

Proposed a new Seesaw bracing system to improve seismic resilience of structures

نویسندگان English

Mohammad Mahdi Nakhaie Rad

Abbas Sivandi-Pour

ahsan noroozinejad

Department of Civil and Surveying Engineering, Graduate University of Advanced Technology, Kerman, Iran.

چکیده English

During strong earthquakes, buildings often exceed their elastic limit and undergo significant changes to absorb the seismic energy. It is recommended to implement energy dissipation systems to reduce the structural load, minimize deformation, decrease damage to structural components, and prevent the system from going out of service. In recent years, the Seesaw energy dissipation system with various configurations has been proposed as part of passive structural control systems. This study introduces a novel type of yielding metal dampers, which have been modeled and analyzed using Abaqus finite element software within the Seesaw bracing system. The proposed damper consists of two main components: peripheral sheets and central hollow profiles. These elements are designed to ensure that under loading conditions, plastic deformation occurs in the hollow profiles while the other components remain within the elastic range. This setup allows only the hollow profiles to absorb energy through inelastic behavior. The damper can be installed in locations experiencing shear force, or a combination of shear and axial force. A finite element model of the Seesaw bracing system, along with the damper model in Abaqus software, was developed. By integrating this damper into the system, its behavior and energy absorption capacity were examined. The investigations revealed a significant increasement of more than 105% in the overall energy dissipation capacity of the system simultaneously.

کلیدواژه‌ها English

Yielding damper

Seesaw bracing system

Energy absorption

Seismic resilience

Finite Element

[1]. Takewaki, I., Fujita, K., Yamamoto, K., & Takabatake, H. (2011). Smart passive damper control for greater building earthquake resilience in sustainable cities. Sustainable Cities and Society, 1(1), 3-15. https://doi.org/10.1016/j.scs.2010.08.002.

[2]. Saaed, T. E., Nikolakopoulos, G., Jonasson, J.-E., & Hedlund, H. (2015). A state-of-the-art review of structural control systems. Journal of Vibration and Control, 21(5), 919-937.https://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1177/1077546313478294.

[3]. Khalili, M., Sivandi-Pour, A., & Farsangi, E. N. (2021). Experimental and numerical investigations of a new hysteretic damper for seismic resilient steel moment connections. Journal of Building Engineering, 43, 102811. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2021.102811.

[4]. Gómez-Aguilar, J. F., Yépez-Martínez, H., Calderón-Ramón, C., Cruz-Orduña, I., Escobar-Jiménez, R. F., & Olivares-Peregrino, V. H. (2015). Modeling of a mass-spring-damper system by fractional derivatives with and without a singular kernel. Entropy, 17(9), 6289-6303. https://doi.org/10.3390/e17096289.

[5]. Goodarzi, M. J., & Moradi, M. (2023). Investigating the Effect of Random Variables on the Changes of IDA Curves in the Dual System of Steel Frames and Divergent Bracing. 20(3), 571-593. https://doi.org/10.48301/kssa.2023.387489.2464.

[6]. Rasouli, S., & Latifi, M. k. (2022). Numerical Study of the Combination of Steel Shear Wall with Eccentric Bracing Under Cyclic Loads. Karafan Quarterly Scientific Journal, 19(3). https://doi.org/10.48301/kssa.2022.299081.1689.

[7]. Tagawa, H., & Gao, J. (2012). Evaluation of vibration control system with U-dampers based on quasi-linear motion mechanism. Journal of Constructional Steel Research, 70, 213-225. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2011.09.004.

[8]. Kang, J. D., & Tagawa, H. (2013). Seismic response of steel structures with seesaw systems using viscoelastic dampers. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 42(5), 779-794. https://doi.org/10.1002/eqe.2244.

[9]. Kang, J.-D., & Tagawa, H. (2013). Seismic performance of steel structures with seesaw energy dissipation system using fluid viscous dampers. Engineering Structures, 56, 431-442. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2013.05.015.

[10].Tagawa, H., Yamanishi, T., Takaki, A., & Chan, R. W. (2016). Cyclic behavior of seesaw energy dissipation system with steel slit dampers. Journal of Constructional Steel Research, 117, 24-34. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2015.09.014.

[11]. Fanaie, N., Aghajani, S., & Afsar Dizaj, E. (2016). Strengthening of moment-resisting frame using cable–cylinder bracing. Advances in structural engineering, 19(11), 1736-1754. https://doi.org/10.1177/1369433216649382.

[12]. Mehrabi, M., Ibrahim, Z., Ghodsi, S., & Suhatril, M. (2019). Seismic characteristics of X-cable braced frames bundled with a pre-compressed spring. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 116, 732-746. https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2018.10.014.

[13]. Gao, N., Jeon, J.-S., Hodgson, D. E., & DesRoches, R. (2016). An innovative seismic bracing system based on a superelastic shape memory alloy ring. Smart materials and structures, 25(5), 055030. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0964-1726/25/5/055030/meta.

[14]. Speicher, M. S., DesRoches, R., & Leon, R. T. (2017). Investigation of an articulated quadrilateral bracing system utilizing shape memory alloys. Journal of Constructional Steel Research, 130, 65-78. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2016.11.022.

[15]. Kang, J.-D., & Mori, Y. (2017). Simplified estimation method of inelastic seismic demands of buildings with seesaw system using fluid viscous dampers. Engineering Structures, 138, 120-130. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2017.01.050.

[16]. Naeem, A., & Kim, J. (2018). Seismic retrofit of a framed structure using damped cable systems. Steel Compos. Struct, 29(3), 287-299. https://doi.org/10.12989/SCS.2018.29.3.287.

[17]. Naeem, A., & Kim, J. (2018). Seismic performance evaluation of a spring viscous damper cable system. Engineering Structures, 176, 455-467. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2018.09.055.

[18]. Zhang, A.-l., Liu, X.-c., Wang, Y., Shang, Z.-x., Yu, C., & Bai, Z.-x. (2020). Seismic behavior of an X-deployed cable-braced bolt-assembly steel frame. Journal of Constructional Steel Research, 170, 106132. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2020.106132.

[19]. Katsimpini, P. S., Askouni, P. K., Papagiannopoulos, G. A., & Karabalis, D. L. (2020). Seismic drift response of seesaw-braced and buckling-restrained braced steel structures: a comparison study. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 129, 105925. https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2019.105925.

[20]. Song, Y.-s., Guo, T., Wang, J.-s., Xuan, W.-h., & Chen, Y.-z. (2020). Seismic fragility evaluation of SCCB-enhanced RC frame structures. Journal of Performance of Constructed Facilities, 34(4), 04020051. https://doi.org/10.1061/(ASCE)CF.1943-5509.0001450.

[21]. Hashemi, A., Bagheri, H., Zarnani, P., & Quenneville, P. (2021). Seismic performance of friction-damped steel frames integrated with resilient tension-only braces. Journal of Constructional Steel Research, 176, 106381. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2020.10638.

[22]. Moradi, R., & Khalilzadeh Vahidi, E. (2021). Moradi, R., & Khalilzadeh Vahidi, E. (2021). General Study of New Ideas and Practical of Friction Dampers for Passive Vibration Control of Structures. Karafan Quarterly Scientific

Journal, 17(4). https://doi.org/10.48301/kssa.2021.126575.

[23]. Sorace, S., & Terenzi, G. (2012). The damped cable system for seismic protection of frame structures—Part I: General concepts, testing and modeling. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 41(5), 915-928. https://doi.org/10.1002/eqe.1166.

[24]. Martelli, A., Arato, G., Bertocchi, A., Forni, M., Indirli, M., Poggianti, A., Spadoni, B., Venturi, G., Bongiovanni, G., & Clemente, P. (2001). The contribution of ENEA to the development of innovative techniques for improving the seismic protection of civil and industrial structures. Proceedings of the 5th World Congress on Joints, Bearings and Seismic Systems for Concrete Structures, Rome, Italy, https://www.academia.edu/download/41918539/The_contribution_of_ENEA_to_the_developm20160202-17309-pi8l9t.pdf.

[25]. Ru, Y., He, L., & Jiang, H. (2022). Study on a new type of beam-column joint equipped with inclined tapered steel plates. Journal of Building Engineering, 45, 103581. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2021.103581.