ارزيابي اثرات مقدار و نحوه‌ي مدلسازي ميرايي ذاتي بر پاسخ‌هاي غيرخطي قاب‌هاي خمشي فولادي كوتاه مرتبه

Investigation of the effects of value and modeling approach of natural damping on nonlinear responses of low rise moment-resisting steel frames

تحليل‌ تاريخچه زماني غيرخطي به عنوان مناسبترين ابزار براي شناخت رفتار واقعي سازه‌ها تحت اثر تحريكات لرزه‌اي به شمار مي‌آيد. ميزان اعتبار نتايج حاصل از اين تحليل به طرز قابل توجهي به نحوه‌ي مدلسازي، جزئيات و پارامترهاي معرفي شده بستگي دارد. يكي از جنبه‌هاي مهم در مدلسازي ديناميكي، روش معرفي ميرايي ذاتي سازه و مقدار نسبت ميرايي )(ξ ξ) مي‌باشد كه در ساليان گذشته تحقيقات چنداني راجع به تاثيرات آن‌ها بر پاسخ‌هاي غيرخطي قاب‌هاي خمشي فولادي انجام نشده است و استفاده از روش رايلي با نسبت ميرايي 5% به عنوان يك روال در بين محققين مرسوم بوده است. در تحقيق حاضر سعي شده تا اثرات مقدار و نحوه‌ي معرفي ميرايي ذاتي بر پاسخ‌هاي غيرخطي قاب‌هاي خمشي فولادي مورد ارزيابي قرار گيرد. براي اين منظور يك سازه 4 طبقه كه در سال 2007 بر روي ميز لرزه اي آزمايش شده است به عنوان معيار در نظر گرفته شده و در نرم افزار OpenSees شبيه سازي گرديده است. ميرايي ذاتي براي اين سازه به 3 روش: متناسب با جرم و سختي (فرض رايلي)، متناسب با جرم و متناسب با سختي، با در نظر گرفتن 5 مقدار متفاوت نسبت ميرايي ( 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05=ξ) تعريف شده است. پس از انجام تحليل تاريخچه زماني غيرخطي براي اين مدل ها، پاسخ‌هاي نرم افزاري و آزمايشگاهي مورد مقايسه قرار گرفته و ميزان خطاي آن ها استخراج گرديده است. نتايج بيان مي‌دارد كه كاهش نسبت ميرايي منجر به كاهش خطاي پاسخ هاي سازه اي به خصوص براي برش و لنگر واژگوني مي شود. استفاده از نسبت ميرايي 5% براي تحليل غيرخطي قاب هاي خمشي كوتاه مرتبه مناسب نيست و دراكثر موارد منجر به پاسخ هاي دست پايين مي شود. در ضمن مدل هاي ميرايي متناسب با جرم و رايلي دقت بالاتري در مقايسه با ميرايي متناسب با سختي دارند و خطاي كمتري را نشان مي دهند.

Nonlinear time history analysis is recognized as the most appropriate tool for assessing the real behaviour of structures during seismic excitations. Validity rate of obtained results from this analysis significantly depends to the modeling, details and defined parameters. One of the main aspects of dynamic modeling is the consideration of natural viscous damping as well as value of damping ratio (ξ), which during last years evaluating the effects of these factors on nonlinear responses of moment-resisting steel frames has been limited, and Rayleigh damping model with ξ of 5% was used by researchers. Therefore, in this study attempt has been made to examine the impacts of value and modeling approach of natural damping on nonlinear responses of moment-resisting steel frames. For this purpose, a full scale 4 story steel structure which tested on shake table in 2007 has been considered as reference and modeled by OpenSees software. Natural damping has been defined with three methods; Rayleigh damping, mass-proportional damping and stiffness-proportional damping, for five different values of damping ratio (ξ=0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05). After conducting the nonlinear time history analyses, difference of obtained structural responses compared to the experimental responses has been investigated, and then errors of them have been extracted. Results indicate that reduce of damping ratio leads to the notable decrease of responses, specially, for story shear and overturning moment. The use of 5% damping ratio for nonlinear dynamic analysis of low rise moment-resisting frames is not appropriate and in most of cases leads to the underestimate and unreal results. Besides, it should be noted that the mass-proportional and Rayleigh damping models have higher accuracy in comparison with stiffness-proportional damping model, and these models show lower error.