تأثير تغيير جزئي مشخصات تيرها بر ايمني قاب خمشي دوبعدي فولادي تحت بار ديناميكي

Effect of Minor Variations in Characteristics of Beam on the Safety of 2D Steel Moment Frame under Dynamic Loads

افزايش مقاومت اعضا و يا اضافه نمودن قيد به سازه، ايمني كلي سازه را به خطر نمي‌اندازد. اين موضوع تحت بارهاي استاتيكي مشخص با استناد بر قضيه ايمن از مجموعه قضاياي بنيادين تحليل پلاستيك قابل اثبات مي‌باشد. از آنجا كه اين قضيه در حالت بارهاي ديناميكي اثبات نشده، وليكن از نتيجه آن در طراحي روزمره تحت بارهاي ديناميكي استفاده مي‌شود؛ اين پژوهش سعي بر بررسي عددي اين نتايج تحت بارهاي ديناميكي دارد. با توجه به اين‌كه تحت بارهاي گذرا مفهوم مكانيزم و فروريختگي قابل بررسي نمي‌باشد، به منظور اطمينان از ايمني سازه، ميزان تقاضاي شكل‌پذيري اجزاء سازه مد نظر قرار گرفته است. بدين منظور با انجام تحليل ديناميكي روي 29 شتاب‌نگاشت، چرخش پلاستيك اعضا پس از تغييرات جزئي مقاومت و سختي تيرها، در يك قاب خمشي دوبعدي پنج طبقه فولادي، استخراج شده است. محدوده اين تغييرات بين 80 الي 150 درصد مقدار اوليه عضو موردنظر مي‌باشد. به منظور مقايسه تقاضاي شكل‌پذيري در تحليل ديناميكي با مقادير معيار، تمامي تغييرات تحت تحليل استاتيكي غيرخطي نيز بررسي شده است. نتايج حاصل از تحليل‌هاي ديناميكي غيرخطي نشان مي‌دهد، با افزايش مقاومت تير، در بيشتر موارد تقاضاي شكل‌پذيري كاهش يافته و در مواردي حداكثر 7/3 درصد افزايش مي‌يابد. با افزايش سختي نيز شكل‌پذيري مورد نياز اعضا حداكثر 16 درصد افزايش يافته ‌است. از مقايسه نتايج تحليل ديناميكي و استاتيكي مي‌توان نتيجه گرفت بطور كلي با افزايش مشخصات تيرها، تقاضاي شكل‌پذيري ناشي از تحليل ديناميكي كمتر از تحليل استاتيكي مي‌باشد. بنابراين افزايش سختي و مقاومت جزئي تيرها در قاب مورد نظر تحت بارهاي ديناميكي، باعث فروريختگي سازه نشده است.

Increasing the strength of members or enhancing the redundancy does not jeopardize the overall safety of the structure. This can be proved under static loads by the safe theorem, which is one of the fundamental theories of plastic analysis. Although this theorem has not been proved in the case of dynamic loads, it has been widely applied to the design of systems under dynamic loads. Therefore, this paper aims to make use of the results of this theorem in the numerical analysis of structures subjected to dynamic loads. Since the structural instability mechanism and collapse do not occur under transient loads, an adequate level of ductility demand has been assigned to the structural components to ensure the safety of the structure. For this purpose, the plastic rotation of the members is determined after a minor variation in strength and stiffness of the beams in a 2D five-story steel moment-frame structure by performing dynamic analysis. To compare the ductility demand obtained by the dynamic analysis with the criteria values, the performance of the structure is also evaluated by conducting nonlinear static analysis. The analysis results showed that the increase in the strength of the beam members generally leads to a lower ductility demand; however, in some cases, the maximum ductility demand increased by about 7.3%. With the increase in the stiffness of the beams, the ductility demand increased by up to 16%. It can be concluded that with the increase in the stiffness and strength of the beams, a lower ductility demand is obtained by the dynamic analysis compared to the static analysis, and thus the structural collapse has not occurred under dynamic loads.