ارزیابی عملکرد لرزه‌ای قاب‌های فولادی حاوی سیستم قاب-ستون-پیوند دوگانه تحت زمین‌لرزه‌های متوالی

مهندسی عمران فردوسی

مقاله 1، دوره 38، شماره 2 - شماره پیاپی 50، خرداد 1404، صفحه 1-30   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jfcei.2025.90190.1324

نویسندگان

فرزانه تفرشی¹؛ الهام رجبی^{* 1}؛ یاسر گلستانی²

¹گروه پژوهشی تحلیل کمی و کیفی سیالات و محیط زیست، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تفرش، تفرش، ایران

²دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

چکیده

زلزله‌های متوالی به دلیل وقوع در فاصله زمانی کوتاه، باعث تجمع آسیب‌های لرزه‌ای در سازه‌ها می‌شوند. اخیراً در راستای مدیریت و کاهش آسیب‌های موجود به سازه، سیستم نوین باربر لرزه‌ای دوگانه سیستم قاب- ستون- پیوند (LCF) معرفی شده‌است. در این مقاله چهار قاب‌ فولادی مجهز به LCF حاوی تیرهای پیوند با رفتار برشی و خمشی طراحی و در نرم‌افزار اپنسیس پیاده‌سازی شده‌است. پس از انجام تحلیل‌های دینامیکی غیرخطی در دو حالت زلزله‌های با و بدون توالی لرزه ای، پارامترهایی نظیر جابه‌جایی‌های نسبی طبقات و بام، نیروی برش پایه و شاخص خسارت پارک-اَنگ استخراج شده‌است. نتایج نشان می دهد زلزله‌های متوالی به نسبت منفرد آسیب لرزه‌ای بیشتری به سازه‌ها وارد نموده و قاب‌ها با رفتار برشی تیرپیوند بهترین عملکرد را دارند. در کل زلزله‌های متوالی به‌طور میانگین بین 2 تا 38 درصد اثرات مخرب‌تری نسبت به زلزله‌های منفرد بر سازه‌ها دارند. سازه‌ 6 طبقه با عملکرد خمشی بیشتر از سازه‌های دیگر تحت تأثیر زلزله‌های متوالی قرار می‌گیرند. همچنین قاب‌ها با عملکرد خمشی در زلزله‌های متوالی نسبت به زلزله‌های منفرد، شاخص خسارت بالاتری را نشان داده‌اند. به‌طور خاص، شاخص خسارت در طبقات پایین‌تر قاب‌ 6 طبقه خمشی تا 38 درصد بیشتر از حالت منفرد بوده‌است.

کلیدواژه‌ها

سیستم قاب-ستون-پیوند دوگانه؛ پدیده توالی لرزه‌ای؛ تحلیل دینامیکی غیرخطی؛ فیوز سازه‌ای؛ شاخص خسارت

مراجع

[1] F. Hosseinpour and A. E. Abdelnaby, “Effect of different aspects of multiple earthquakes on the nonlinear behavior of RC structures,” Soil Dynamics and Earthquake Engineering, vol. 92, no. 1, pp. 706–725, 2017. https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2016.11.006

[2] A.H. Farivarrad, H.E. Estekanchi, “Seismic Performance Assessment of SMRF Structures Subjected to Mainshock-Aftershock Seismic Sequences by Endurance Time Method,” Journal of Earthquake Engineering, vol. 26, no. 7, pp. 3281-3299, 2022. https://doi.org/10.1080/13632469.2020.1798828

[3] E.Rajabi , Gh. Ghodrati Amiri, “Generation of critical aftershocks using stochastic neural networks and wavelet packet transform,” Journal of Vibration and Control, vol. 26, no. 5-6, pp. 331-351, 2019. https://doi.org/10.1177/1077546319879536

[4] S. V. Baranov, P. N. Shebalin et al. “Automated assessment of hazards of aftershocks of the Mw 7.8 earthquake in Turkey of February 6, 2023,” Physics of the Solid Earth, vol. 59, no. 6, pp. 133–141, 2023. https://doi.org/10.1134/S1069351323060046

[5] S. D. Parekar, D. Datta, “Seismic behaviour of stiffness irregular steel frames under mainshock–aftershock,” Asian Journal of Civil Engineering, vol. 21, no.1, pp. 857-870, 2020. https://doi.org/10.1007/s42107-020-00245-z

[6] B. M. Asayesh, H. Zafarani, S. Hainzl, Sh. Sharma, “Effects of large aftershocks on spatial aftershock forecasts during the 2017–2019 western Iran sequence,” Geophysical Journal International, vol. 232, no. 1, pp. 147-161, 2023. https://doi.org/10.1093/gji/ggac333

[7] J. Tazarv, A. Mohebkhah, “Direct displacement-based design of the linked column steel frame system, Part 2: Development and verification,” Structures, vol. 31, no. 1, pp. 29-48, 2021. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2021.01.075

[8] S. Shoeibi, M. A. Kafi, M. Gholhaki, “Performance-Based Seismic Design and Parametric Assessment of Linked Column Frame System,” Periodica Polytechnica Civil Engineering, vol. 62, no. 3, pp. 1092029-48, 2017. https://doi.org/10.3311/PPci.10920

[9] A. Pires Lopes, “Seismic Behavior and Design of the Linked Column Steel Frame System for Rapid Return to Occupancy,” Doctor of Philosophy (Ph.D.)  thesis, Portland State University, 2016. https://doi.org/10.15760/etd.3007

[10] P. Dusicka, R. Iwai, “Development of Linked Column Frame System for Seismic Lateral Loads,” Structural Engineering Research Frontiers, 2007, pp. 1-13. https://doi.org/10.1061/40944(249)63

[11] P. Dusicka, G. R. Lewis, “Investigation of replaceable sacrificial steel links,” Proceedings of the 9th U.S. National and 10th Canadian Conference on Earthquake Engineering, vol. 1659, 2010.

[12] M. Malakoutian, J. W. Berman, P. Dusicka, “Seismic response evaluation of the linked column frame system,” Earthquake engineering & structural dynamics, vol. 42, no. 1, pp. 795–814, 2012. https://doi.org/10.1002/eqe.2245

[13] M. Malakoutian, J.W. Berman, P. Dusicka, A. Lopes, “Seismic Design Parameters for the Link Column Frame System,” Structures Congress, vol. 42, no. 6, pp. 795-814, 2013. https://doi.org/10.1061/9780784412848.150

[14] M. Malakoutian, J. W. Berman, P.R. Dusicka, A. Lopes, “Quantification of Linked Column Frame Seismic Performance Factors for Use in Seismic Design,” Journal of Earthquake Engineering, vol. 20, no. 4, pp. 535-558, 2016. https://doi.org/10.1080/13632469.2015.1104750

[15] S. Shoeibi, M. Ali Kafi, M. Gholhaki, “New performance-based seismic design method for structures with structural fuse system,” Engineering Structures, vol. 132, pp. 745-760, 2017. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2016.12.002

[16] S. Shoeibi, M. Gholhaki, M. Ali Kafi, “Simplified force-based seismic design procedure for linked column frame system,” Soil Dynamics and Earthquake Engineering, vol. 121, no. 1, pp. 87-101, 2019. https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2019.03.003

[17] J. Tazarv, A. Mohebkhah, “Direct displacement-based design of the linked column steel frame system, Part 2: Development and verification,” Structures, vol. 31, no. 1, pp. 29-48, 2021. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2021.01.075

[18] J. Tazarv, A. Mohebkhah, “Direct displacement-based design of the linked column steel frame System, Part 1: Modeling and yield drift evaluation,” Structures, vol. 31, no. 1, pp. 341-356, 2021. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2021.01.076

[19] A. Mohebkhah, J. Tazarv, “Equivalent viscous damping for linked column steel frame structures,” Journal of Constructional Steel Research, vol. 179, p. 106506, 2021. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2020.106506

[20] M. Gholhaki, B. Eshrafi, M. Gorji Azandariani, O. Rezaifar, “Seismic assessment of linked-column frame structural system considering soil-structure effects,” Structures, vol. 33, pp. 2264-2272, 2021. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2021.06.005

[21] Y. Golestani, E. Rajabi, R. Rajabi Soheyli, “Evaluation of the response modification factor of steel buildings with linked columns frame system,” Soil Dynamics and Earthquake Engineering, vol. 164, p. 107581, 2023. https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2022.107581

[22] E. Rajabi, Y. Golestani, “Study of steel buildings with LCF system under critical mainshock-aftershock sequence: Evaluation of fragility curves and estimation of the response modification factor by artificial intelligence,” Structures, vol. 56, p. 105044, 2023. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2023.105044

[23] E. Maroofi, M. R. Mansoori, A. S. Moghadam, “Introducing a new seismic resisting system with dual linked column frame and rocking motion,” Structures, vol. 47, pp. 2148-2161, 2023. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2022.12.040

[24] V. Jaberi, “ Collapse-based design method for simple seismic design of complex structural systems such as linked column frame system,” Structures, vol. 55, pp. 482-479, 2023. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2023.06.059

[25] F. Li, B. Cheng Zhao,Y. Li , G. Wang, “Seismic response of linked column steel braced frame with mechanical springs,” Structures, vol. 53, pp. 240-252, 2023. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2023.04.044

[26] R. Montuori, E. Nastri, V. Piluso , A. pisapia, “Design procedure for failure mode control of linked column frames,” Engineering Structures, vol. 296, p. 116937, 2023. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2023.116937

[27] E. A. Sumner , T. M. Murray, “Behavior of Extended End-Plate Moment Connections Subject to Cyclic Loading,” Journal of Structural Engineering, vol. 128, no. 4, pp. 501-508, 2002. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(2002)128:4(501)

[28] J. Liu, M. ASCE , A. Astaneh-Asl, M. ASCE,“Moment-Rotation Parameters for Composite Shear Tab Connections,” Journal of Structural Engineering, vol. 130, no. 9, pp. 1371-1380, 2004. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(2004)130:9(1371)

[29] G. G. Amiri, F. M. Dana, “Introduction of the most suitable parameter for selection of critical earthquake,” Computers & Structures, vol. 83, no. 8-9, pp. 613-626, 2005. https://doi.org/10.1016/j.compstruc.2004.10.010

[30] E. Rajabi, G. Ghodrati Amiri, “Generation of critical aftershocks using stochastic neural networks and wavelet packet transform,” Journal of vibration and control, vol. 26, no. 5-6, pp. 331-351, 2020. https://doi.org/10.1177/1077546319879536

[31] L. Wang, Y. Zhou, W. Shi, “Seismic Response Control of a Nonlinear Tall Building Under Mainshock-Aftershock Sequences Using Semi-Active Tuned Mass Damper,” International Journal of Structural Stability and Dynamics, vol. 23, no. 16n18, p. 2340027, 2023. https://doi.org/10.1142/S0219455423400278

[32] G. Abdollahzadeh, A. Mohammadgholipour, E. Omranian, “Seismic Evaluation of Steel Moment Frames under Mainshock–Aftershock Sequence Designed by Elastic Design and PBPD Methods,” Journal of Earthquake Engineering, vol. 23, no. 10, pp. 1605-1628, 2019. https://doi.org/10.1080/13632469.2017.1387198

[33] F. Turchetti, E. Tubaldi, E. Patelli, P. Castaldo, C. Málaga‑Chuquitaype, “Damage modelling of a bridge pier subjected to multiple earthquakes: a comparative study,” Bulletin of Earthquake Engineering, vol. 21, no. 9, pp. 4541–4564, 2023. https://doi.org/10.1007/s10518-023-01678-y

[34] Y. J. Park A. H. S. Ang et al., “Mechanistic seismic damage model for reinforced concrete,” Journal of Structural Engineering, vol. 111, no. 4, pp. 722–739, 1985. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(1985)111:4(722)