اثرات اندرکنش خاک و سازه بر عملکردهای لرزه ای قاب های مقاوم خمشی بتن آرمه
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.
چکیده
1. مقدمه
2. تجزیه و تحلیل
3. مدلسازی عددی در نرم افزار اوپن سیز
4. نتایج
5. نتیجه گیری
Abstract
1. Introduction
2. Analyses
3. Numerical modelling in OpenSees
4. Results
5. Conclusions
- اصل مقاله انگلیسی با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه