ارزيابي شكنندگي لرزهاي سازههاي فولادي جداسازي شده با جداگرهاي آونگي اصطكاكي تحت زلزلههاي حوزه دور

Seismic Fragility Assessment of Steel Structures Supported on Friction Pendulum Isolators Subjected to Far-Field Ground Motions

در مطالعه پيش رو شكنندگي لرزهاي و احتمال خرابي سازه هاي فولادي قرار گرفته بر روي انواع جداگرهاي آونگي اصطكاكي مورد بررسي قرار گرفته است. اين جداگرها عبارتند از جداگر آونگي اصطكاكي تكي، آونگي اصطكاكي دوگانه و آونگي اصطكاكي سه گانه. جهت مقايسه رفتار اين جداگرها، زمان تناوب موثر به عنوان يكي از مهمترين خصوصيات جداگر انتخاب شده و جداگرها طوري طراحي شده اند كه زمان تناوب مساوي با هم داشته باشند. سپس با در نظر گرفتن عدم قطعيت هاي موجود در يك سازه جداسازي شده نظير عدم قطعيت ركورد زلزله، مدلسازي، طراحي و خصوصيات مصالح در چارچوبي احتمالاتي به بررسي مقايسه ي شكنندگي لرزهاي انواع جداگرهاي پاندولي اصطكاكي پرداخته شده است. زمان تناوب موثر جداسازي بين 3 تا 5 ثانيه متغير در نظر گرفته شده و همچنين دو نوع روسازه فولادي داراي قاب خمشي فولادي ويژه به تعداد طبقات 3 و 6 طبقه بر روي اين جداگرها قرار گرفتهاند. اين دو سازه نمايانگر سازههاي كوتاه مرتبه و ميان مرتبه جداسازي شده مطابق با دستورالعمل HAZUS ميباشند. در ادامه تحليلهاي ديناميكي فزاينده غير خطي بر روي مدلها انجام شده و عملكرد سيستمها در سطوح خرابي مختلف يعني سطوح خفيف، متوسط، گسترده و فرو ريزش در قالب منحني شكنندگي براي اجزاي سازهاي و غير سازهاي مورد بررسي قرار گرفته است. در اين مطالعه نشان داده شده كه تمامي مدلها بر اساسFEMA P-695 داراي كفايت در طراحي و احتمال فرو ريزشي كمتر از 10 درصد هستند. همچنين عملكرد بهتر و احتمال خرابي كمتر سازه قرار گرفته بر روي جداگر آونگي اصطكاكي سه‌گانه نسبت به دو نوع ديگر مشهود است. ميزان افزايش حاشيه ايمني فروريزش در جداگر TCFP با افزايش زمان تناوب از 3 به 5 ثانيه تا حدود 70 درصد مشاهده شده است

In this paper, attempts are made to compare the seismic fragility and the probability of failure of steel structures supported on different types of friction pendulum isolators. These isolators including single friction, dual friction pendulum and triple friction pendulum are designed to have similar effective periods as a prominent characteristic of them. The designed bearings have 3- to 5-second effective period and supports 3- and 6-story moment framed steel structures. These two superstructures represent short-range and intermediate-order buildings based on HAZUS technical manual. Three-dimensional nonlinear models of the structures are idealized in a finite element framework and nonlinear time history analyses are performed. In order to compute the fragility of the structure, the probable uncertainty sources in an isolated building such as earthquake record, modeling, design, and properties of materials in a probabilistic framework are considered. Furthermore, incremental dynamic analysis (IDA) is performed and the fragility curves of the structure are obtained in slight, moderate, extensive and collapse damage states (DS). Calculating the failure probability according to FEMA P-695, it is showed that all the isolated structures have less than 10% collapse probability. In addition, it is revealed that the triple concave friction pendulum (TCFP) has greater collapse margin ratio (CMR) than other kind of friction bearings. Growing the effective period of TCFP from 3 to 5 seconds, increases the CMR nearly 70 percent.