مقاله انگلیسی تحلیلی بر رفتار لرزه ای قابهای مهاربندی شده معکوس (2018 اسپرینگر)

تا زمانی که زمین لرزه Northridge در سال 1994 و زمین لرزه کوب در سال 1995، کارشناسان ساختمان ساختمانی به این فکر می کردند که «سازه های فولادی در برابر زمین لرزه به علت ظرفیت انعطاف پذیری مواد فولادی خودشان ایمن هستند». با این وجود دو زمین لرزه باعث ایجاد آسیب شدید برای ساختمان های فولادی ساختارها، و به نظر می رسد بیشتر مربوط به شکست اتصال ناشی از شکست شکننده ساختارهای جوش است. بدین ترتیب، مگر اینکه توازنی بین طرح های اتصال و قدرت بخش های قاب برای اطمینان از ظرفیت ورق ساختاری مواد ساختاری به خوبی نمایش داده شود، سازه ها هرگز نمی توانند ایمن باشند. قاب مهارتی یک سیستم طراحی مقاوم در برابر زلزله از سازه های فولادی است و به لطف استحکام و قدرت بالا و همچنین امکان سنجی اقتصادی، آن به طور گسترده ای در مناطق تولید حرکات قوی و مناطق مکرر زمین لرزه استفاده می شود. پرانتز از فریم های متمرکز (CBF) که در روش های طراحی ظرفیت استفاده می شوند، به تغییر شکل های ناشی از تنش مضاعف و فشرده سازی پس از خم شدن بستگی دارند و از طریق این رفتار، انرژی لرزه ای از بین می رود. برای دستیابی به این رفتار، چرخش پلاستیکی بدون محدودیت باید برای یک ورق خمشی مجاز باشد تا شرایط پایانی انعطاف پذیر داشته باشد، که نیاز به طول آزادانه کافی (فاصله فاصله بین) بین انتهای عضو پیوندی و خط محفوظ بشقاب گیره دارد، اما به اندازه کافی کوتاه برای جلوگیری از وقوع لرزش در صفحه gusset قبل از کراوات برس. CBF ها بسته به شکل پرانتز، به قاب قاب، قاب قاب X و قاب V-braced و معکوس V-braced تقسیم می شوند. فریم های V-braced متناوب به علت مزایای بسیاری در طراحی ساختاری به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند. علاوه بر اتصال به ستون پرتو، یک ورق دیگر نیز باید در وسط پرتو به دلیل ویژگی های هندسی آن قرار گیرد. تحت زمین لرزه، فشرده سازی و نیروهای کششی تنش در فریم های V-braced معکوس همپوشانی دارند. نیروی برشی فشاری بعد از خم شدن شروع به کاهش می کند، در حالی که نیروی تنش کششی همچنان افزایش می یابد تا زمانی که به عملکرد کششی کامل برسد، که منجر به نیروهای نامتعادل بین دو برس می شود. از آنجایی که این باعث ایجاد نیروی نامتعادل عمودی در پرتو می شود و به نوبه خود بارهای بیشتری را ایجاد می کند، باید در طراحی اعضای آن در نظر گرفته شود. بنابراین، در این مطالعه، حالت شکست، مکانیزم عملکرد و رفتار کلی فریم های V-braced معکوس با استفاده از روش های تجزیه و تحلیل عناصر محدود انجام شد. همانطور که در بالا ذکر شد، نیروی محوری و نیروی پس از خم شدن بر هر یک از تنش و فشاری برشی مورد بررسی قرار گرفت و نیروی نامتعادل عمودی که از معادله استاندارد فعلی به دست آمد (AISC، 2010a) با نیروی نامتعادل عمودی که در واقع ایجاد شده در مدل تجزیه و تحلیل. تجزیه و تحلیل شده است که چگونه اندازه مقطع عرضی بر روی عملکرد مقاوم در برابر زلزله فریم تاثیر می گذارد با تغییر سطح پرتوهای که نیروی برشی و خمش بیشتر توسط نیروی نامتعادل عمودی اعمال می شود. عملکرد مقاوم در برابر زلزله نیز با مقایسه تفاوت رفتار مقاوم در برابر زلزله فریم های V-braced معکوس بسته به روش محاسبه فاصله ترخیص اتصالات صفحات روغنی مورد ارزیابی قرار گرفت.

توجه؛ (این ترجمه توسط نرم افزار انجام شده و ویرایش نشده است و احتمال وجود اشتباه در آن وجود دارد. در صورت ثبت سفارش، ترجمه توسط مترجمین مجرب انجام خواهد شد. برای مشاهده نمونه ترجمه های تخصصی و اخیر مترجمین جهت اطمینان از کیفیت ترجمه، اینجا کلیک نمایید.)

1.Introduction

Until the Northridge earthquake in 1994 and the Kobe earthquake in 1995, building construction experts used to think that “steel structures are safe from earthquake because of the ductility capacity of steel materials themselves.” However, the two earthquakes caused huge damage to buildings with steel structures, and it was found to be mostly attributable to connection failure caused by brittle fracture of welded structures. That is, unless a balance between connection designs and the strength of frame members is secured to ensure the inherent ductility capacity of structural materials is well exhibited, structures can never be safe. A braced frame is an earthquake-resistant design system of steel-frame structures, and thanks to its high rigidity and strength, as well as economic feasibility, it is widely used in strong motion generation areas and frequent earthquake areas. Braces of concentrically braced frames (CBFs) that are used in capacity design methods are subject to deformations caused by repeated tension and compression after buckling, and through this behavior, seismic energy is dissipated. To achieve this behavior, restraint-free plastic rotations should be allowed for a gusset plate to have flexible brace end conditions, which requires sufficient free length (clearance distance) between the end of the brace member and the restrained line of the gusset plate, but short enough to preclude the occurrence of buckling in the gusset plate before brace buckling. CBFs are divided, depending on the shapes of braces, into brace frame, X-braced frame, and V-braced and inverted V-braced frames. Inverted V-braced frames are widely used owing to many advantages in constructional design. In addition to the beam-column connection, another gusset plate should be placed at the middle of a beam due to its geometric characteristics. Under earthquake, compression and tension brace forces coexist in inverted V-braced frames. Compression brace force starts to decrease after buckling, while tension brace force continues to increase until it reaches full tension yield, which results in unbalanced forces between the two braces. Since this creates the vertical unbalanced force in the beam, and in turn imposes additional loads, this should be considered in designing members. Thus, in this study, the failure mode, yield mechanism and overall behavior of inverted V-braced frames were evaluated using finite element analysis methods. As mentioned above, axial force and post-buckling strength imposed on each of tension and compression braces were analyzed, and the vertical unbalanced force acquired from the equation of the current standard (AISC, 2010a) was compared with the vertical unbalanced force that is actually created in the analysis model. It was analyzed how the size of cross sections affects earthquake-resistant performances of the frame by varying the cross section of beams to which additional bending and shear force are applied by vertical unbalanced force. Earthquake-resistant performances were also evaluated by comparing the difference of earthquake-resistant behaviors of inverted V-braced frames depending on the methods of calculating the clearance distance of gusset plate connections.