ارزيابي احتمالاتي ظرفيت فروريزش لرزه‌اي قاب هاي مهاربند ي كمانش تاب مجهز به آلياژ هاي حافظه‌دار شكلي

Probabilistic Assessment the Seismic Collapse Capacity of Buckling-Restrained Braced Frames Equipped with Shape Memory Alloys

امروزه مهاربندهاي كمانش‌تاب (BRB) باتوجه به عدم كمانش در فشار، به عنوان سيستم مقاوم در برابر بارهاي جانبي در نظرگرفته مي‌شود. ولي اين مهاربندها داراي معايبي نيز مي باشند. ازجمله اين معايب ايجاد تغيير شكل‌هاي ماندگار در سازه بعد از پايان بارگذاري و همچنين هزينه بر بودن تعويض اين اعضا پس از خرابي و جاري شدن هسته‌ي فولادي اين مهاربندها مي باشد. از اين ‌رو استفاده از آلياژهاي حافظه‌دار شكلي (SMAs) در سيستم‌هاي مهاربندي كمانش‌تاب با توجه به ويژگي‌هاي خاص اين آلياژها، مي‌تواند گام مؤثري در بهبود پاسخ‌هاي لرزه‌اي باشد. در اين تحقيق، ابتدا 2 قاب با تعداد طبقات 6 و12 داراي مهاربند‌هاي كمانش‌تاب در نرم-افزار ETABS بر اساس ضوابط آيين‌نامه‌اي به صورت سه‌بعدي طراحي و سپس قاب كناري آن‌ها در نرم‌افزار OpenSees به‌صورت دو بعدي در دو حالت با و بدون آلياژ حافظه دار شكلي مدل‌سازي شده‌اند و در نهايت نقش آلياژهاي حافظه‌دار شكلي در آن‌ با استفاده از تحليل‌هاي ديناميكي غيرخطي افزايشي (IDA) تحت 7‌زوج شتاب‌نگاشت دور از گسل پيشنهادي دستورالعمل FEMA P695 بررسي‌شده‌اند. بر اساس منحني‌هاي IDA، ظرفيت فروريزش قاب‌هاي مذكور ارائه‌شده است. در نهايت منحني‌هاي شكست براي سطح فروريزش توسعه داده‌شده‌اند. نتايج نشان مي‌دهد كه ظرفيت فروريزش قاب‌هاي داراي مهاربند مجهز به آلياژ حافظه دار شكلي نسبت به مهاربند كمانش‌تاب بيش‌تر مي‌باشد. به‌عنوان نمونه، در سطح احتمال 50 درصد، ظرفيت فروريزش قاب ‌12طبقه داراي مهاربند مجهز به آلياژ حافظه دار شكلي نسبت به قاب داراي مهاربند كمانش تاب،30 درصد بيش‌تر مي‌باشد. همچنين نتايج نشان مي‌دهد كه در قاب‌هاي 6 طبقه به ازاي شتاب‌هاي طيفي مختلف، سيستم مهاربندي كمانش تاب مجهز به آلياژ حافظه دار شكلي نسبت به سيستم‌ مهاربندي كمانش تاب مي‌تواند 28 درصد احتمال فروريزش را كاهش دهد. با به كارگيري آلياژ حافظه‌دار شكلي در اين قاب ها مي توان هزينه بازيابي سيستم خسارت ديده ساختماني را كاهش داده و سيستم برگشت پذيرتري داشت.

Today, Buckling-Restrained Braces (BRB’s) are considered as lateral load-bearing systems due to their non-buckling in compression. But these braces also have disadvantages. Among these disadvantages is the creation of permanent deformation in the structure after the end of loading and also the costly replacement of these members after the failure and current of the steel core of these braces. Therefore, the use of Shape Memory Alloys (SMA’s) in BRB systems, given the specific characteristics of these alloys, can be an effective step in improving seismic responses. In this paper, seismic behavior of frames with BRB’s and the effect of utilizing SMA’s were studied. Then, three 2D-frames with 6 and 12 story were utilized. The OpenSees software used for the nonlinear time history analysis of frames. The BRB’s considered in two cases, with and without SMA’s. For development of fragility curves, according to FEMA P695 seven strong ground motion records was utilized. Incremental Dynamic Analysis (IDA) procedure was utilized to achieve probability of frame collapse. The results show that the collapsing capacity of BRB frames equipped with SMA’s is higher than that of the BRB frames. As an example, at the 50% probability level, the collapse capacity of a 12-story frame with a BRB equipped with SMA is 30% higher than that of a frame with BRB. The results also show that in 6-story frames for different spectral accelerations, the BRB system equipped with SMA compared to the BRB can reduce the probability of collapse by 28%. Using SMA’s in these building systems can reduce the cost of restoring and recovering of damaged systems and make the more resilient building system.