نقش قطعات زانويي در بهبود عملكرد قاب فولادي مهاربندي شده قطري و شورن در برابر بار جانبي

Impact of Using Knee Elements to Improve Cyclic Performance of Chevron & Diagonal Braced Steel Frames

قاب هاي مهاربندي شده به عنوان سيستم باربر جانبي معمول در برابر زلزله شناخته شده اند. اگر در يك سيستم مهاربندي، طول محدودي از عضو فولادي داراي رفتار غيرارتجاعي شكل پذير باشد، مي توان رفتار لرزه اي كنترل شده اي را براي سازه فراهم نمود. يكي از سيستم هايي كه اين رفتار را ايجاد مي كند، قاب هاي با مهاربندي زانويي است. در اين مقاله با مدلسازي قاب هاي مهاربندي يك طبقه (قطري و شورن) در نرم افزار ANSYS، رفتار اين سازه ها مورد بررسي قرار گرفته است. با استفاده از معيارهاي سطح منحني هيسترزيس و ضريب شكل پذيري، عملكرد قاب هاي مهاربندي زانويي قطري و شورون با يكديگر مقايسه شده اند كه مشخص گرديد قاب با مهاربندي زانويي شورن با داشتن اعضاي زانويي بيشتر، ظرفيت استهلاك انرژي بالاتري دارد. بر اساس نتايج اين تحقيق، در دو قاب مشابه با داشتن ارتفاع و دهانه قاب و نيز مقاطع يكسان تير و ستون، قاب CKBF1داراي حداكثر تغييرمكان به ميزان 25 ميلي متر بوده در حاليكه اين مقدار براي قاب DKBF2به 15 ميلي متر كاهش يافته است. هم چنين ضريب شكل پذيري در نمونه CKBF1 نسبت به نمونه DKBF2به مقدار 60 درصد افزايش يافته است. مقايسه توزيع تنش فون ميسز و تنش برشي المان زانويي نشان مي دهد كه هر چه قاب مورد بررسي از نظر هندسي متقارن تر باشد، استهلاك انرژي در عضو زانويي بهينه تر و با بهره گيري از ظرفيت بيشينه مقطع صورت مي گيرد

Braced frames have been known as frequently used earthquake resistant systems. If a limited length of a member in such a bracing system can undergo ductile behavior, the structure would sustain in a reliable performance, dissipating a large amount of seismic energy during earthquake. Knee Braced Frames, KBFs, are among the ductile systems having such mechanisms. In this paper, single-story single-bay steel Diagonal and Chevron Knee Braced Frames (DKBF & CKBF) with different configurations have been modeled using ANSYS software and their lateral behavior have been studied and compared. Comparing the hysteretic curves and ductility factors, better performance of CKBF compared with DKBF has been found due to its more knee elements and thus having higher damping. In two similar frame configurations, CKBF1 reaches to 25 mm displacement while DKBF2 displacement limits to 15 mm, such that following the same loading protocol, ductility factor of CKBF1 is 60% more than that of DKBF2.Comparing VonMises and shear stress contours for knee elements, shows the fact that the more symmetric the KBF, the more efficient the knee element in dissipating energy leading to using the whole section capacity.