روش طراحي بر اساس جابجايي مستقيم براي قاب‌هاي خمشي فولادي مجهز به ميراگر لزج سيال غيرخطي

Direct displacement based design approach for steel moment frames equipped with nonlinear fluid viscous damper

روش طراحي بر اساس جابجايي مستقيم از جمله روش‌هاي طراحي بر اساس عملكرد مي‌باشد كه به دليل عملكرد موثر اين روش در دست‌يابي به سطح عملكرد طراحي مورد توجه طراحان و پژوهشگران قرار گرفته است. در پژوهش‌هاي پيشين روش طراحي بر اساس عملكرد با اعمال ضرايبي به منظور طراحي سازه‌هاي مجهز به ميراگر لزج سيال خطي اصلاح شده است. اين ضرايب به دليل تاثير مودهاي بالاتر و اختلاف بين شبه سرعت طيفي و سرعت طيفي در فرآيند طراحي اعمال مي‌شود. در اين پژوهش، اين رويكرد طراحي براي ميراگرهاي لزج سيال غيرخطي توسعه داده مي‌شود و قاب‌هاي خمشي فولادي با تعداد طبقات 4، 8 و 12 طبقه با هدف دست‌يابي به سطح عملكرد ايمني جاني تحت خطر زلزله با احتمال وقوع 10 درصد در 50 سال با استفاده از اين روش طراحي مي‌شوند. درصدي از برش طبقات كه بايد توسط ميراگر لزج سيال تحمل شود برابر با 30 درصد برش طبقات در نظر گرفته شده است. براي ارزيابي عملكرد روش طراحي، قاب‌هاي خمشي طراحي شده با استفاده از نرم‌افزار اپنسيس مدل‌سازي شده و تحت 20 شتاب‌نگاشت زلزله تحليل ديناميكي غيرخطي شده‌‌اند. نتايج نشان مي‌دهد كه متوسط حداكثر جابجايي نسبي طبقات با اعمال ضرايب اصلاحي به جابجايي نسبي هدف نزديك‌تر شده و سازه‌هاي طراحي شده به سطح عملكرد مورد نظر دست يافته‌اند. بنابراين روش طراحي بر اساس جابجايي مستقيم اصلاح شده را مي‌توان به عنوان روشي كارآمد براي طراحي قاب‌هاي خمشي فولادي مجهز به ميراگر لزج سيال غيرخطي در نظر گرفت. براي ارزيابي تاثير رفتار غيرخطي ميراگر در نتايج طراحي، قاب‌هاي خمشي همچنين در حالت كنترل شده توسط ميراگر لزج سيال خطي نيز طراحي شده‌اند. نتايج نشان مي‌دهد كه مقاطع سازه‌اي طراحي شده در حالت‌هاي كنترل شده توسط ميراگر لزج سيال خطي و غيرخطي تفاوت زيادي با يكديگر ندارند در حالي كه رفتار غيرخطي ميراگر لزج سيال تاثير قابل توجهي در طراحي ضريب ميرايي ميراگر دارد.

The direct displacement-based design (DDBD) approach is one of the performance-based design methods that has been paid attention by designers and researchers because of its effective performance in the achievement of design performance level. In previous researches, the DDBD approach has been modified for the design of structures equipped with linear fluid viscous damper (FVD) by applying two different modification factors. These factors are applied because of higher mode effects and the difference between pseudo‐spectral velocity and spectral velocity. In this study, this approach is extended for nonlinear FVD and steel moment frames with different heights of 4, 8 and 12 stories are designed using this modified method to achieve life safety performance level under seismic hazard having a probability of occurrence 10% in 50 years. The design force of FVD is also considered as 30% of the design story shear at each story. To evaluate the design method performance, steel moment frames have been simulated in OpenSees and nonlinear time-history analysis has been performed under twenty earthquake records. The results show that average peak story drift becomes close to target drift with applying modification factors in the design process and the designed structures have achieved the desirable performance level. Therefore it can be concluded that the modified DDBD is an effective method for the design of steel moment frames equipped with nonlinear FVD. To evaluate the effect of FVD nonlinearity in design results, steel moment frames have also been designed using DDBD while have been controlled by linear FVD and a comparison has been conducted between design results. The results show that the design sections of structures equipped with linear and nonlinear FVDs are almost the same, whereas the nonlinear behavior of FVD has a significant effect on the design of the damping coefficient.