افزايش استهلاك انرژي در مهاربند همگرا با استفاده از صفحه اتصال سوراخدار

Energy Dissipation Improvement in CBFs Using Perforated Gusset Plates

مهاربندهاي هم محور از جمله عناصر متداول در تامين سختي و مقاومت جانبي سازه‌هاست كه در مقايسه با ساير سيستمهاي لرزه‌اي از جمله قابهاي خمشي و مهاربندهاي برون‌محور از استهلاك انرژي و شكل‌پذيري كمتري برخوردارند. نقايص مذكور موجب گرديد كه طي سالهاي اخير تحقيقات و مطالعات فراواني جهت بهبود شكل‌پذيري و تامين عملكرد لرزه‌اي مناسب اين بادبندها توسط محققين مختلف و با بكارگيري تمهيداتي انجام گردد كه بعضاً نتايج مثبت و قابل تاملي در پي داشته است. در اين مقاله با ايجاد سوراخي در صفحه اتصال مياني يا كناري چند نمونه مهاربند قطري و ضربدري، سعي در تامين شكل‌پذيري و بهبود عملكرد لرزه‌اي آن گرديد و عملكرد آنها با انجام تحليل استاتيكي غيرخطي با استفاده از نرم‌افزار اجزاي محدود ABAQUS مورد ارزيابي واقع شد. اساس كاركرد روش ارائه شده در جلوگيري از كمانش مهاربندهاست، لذا بدين منظور سوراخهاي ايجاد شده بايد به نحوي طراحي گردند كه قبل از آنكه مهاربند به بار بحراني كمانشي خود برسد به تسليم رسيده و به جذب و استهلاك انرژي زلزله كمك نمايند. نتايج تحليل گوياي منحني هاي هيسترزيس پايدارتر و افزايش جذب انرژي طي بارگذاري چرخه‌اي در نمونه‌هاي پيشنهادي نهايي و تعويق در وقوع كمانش در عضو اصلي مهاربند مي‌باشد به طوري كه در منحني هيسترزيس نمونه‌هاي منتخب تا تغييرمكان حدود 2 سانتيمتر نيز افت عملكردي ديده نمي‌شود، ليكن مهاربند معمولي در تغيير‌مكان چرخه‌اي كمتر از 1 سانتيمتر دچار كمانش شده و افت عملكرد آن مشهود مي‌باشد. همچنين كاهش سختي حدود 30% و حصول ميرايي 20% از مزاياي آن مي‌باشد.

Concentrically braced frames, CBFs, are the common systems to provide lateral stiffness and strength in buildings that in Comparison with other systems such as moment resisting frames and eccentrically brace frames have less seismic energy dissipation and ductility. This defect caused many studies in the recent years to improve the ductility and seismic performance of them. In this paper, by making hole in the middle or end gusset plates on diagonal and Xbraces samples by doing nonlinear static analysis with ABAQUS software, it was tried to provide more ductility and to improve the seismic performance of the brace. This performance is based on the brace buckling prevention. Therefore, holes should be designed in such a way that have less axial capacity than brace critical buckling load to help earthquake energy dissipation. Hysteresis Curves show ductile behavior enhancing energy dissipation during cyclic loading of the final specimens and postponing the occurrence of buckling in the brace members until displacement about 2 cm while normal braces buckled in 1 cm displacement. The reduction of frame stiffness approximately 857% and 1217% increment of equivalent damping prove more ductility and better seismic behavior of the proposed system.