ارزيابي بيشينه‌ي نياز شكل‌پذيري دوراني تير مستقر در قاب خمشي فولادي با نگاه به اثر مودهاي بالاتر

Analytical Study of the Maximum Rotational Ductility of Beams in Steel Moment Resistant Frames Considering Higher Mode Effects

افزايش آگاهي از پاسخ ديناميكي غيرارتجاعي قاب‌هاي خمشي فولادي (SMRF) و پيشنهاد روش‌هايي براي اندازه‌گيري بيشينه‌ي نيازهاي لرزه‌يي موضعي اين سازه‌ها با استفاده از اطلاعات مربوط به بيشينه‌ي نيازهاي سراسري و طبقه‌يي (قابل تخمين از نيازهاي سيستم SDOF معادل) اصلي‌ترين هدف اين پژوهش است. محاسبه‌ي بيشينه‌ي نيازهاي موضعي تيرها به كمك ضريب شكل‌پذيري كلي با توجه به اثر مودهاي بالاتر از ديگر اهداف اين پژوهش است. بدين منظور تعدادي سازه‌ي SMRF كوتاه، ميان و بلند مرتبه با طبقات و دهانه‌هاي مختلف در نرم‌افزار DRAIN-2DX مدل‌سازي و با تحليل تاريخچه‌ي زماني غيرخطي (NTHA) و پوش‌اُور (CPA) تحليل شده‌اند. كليه‌ي مقادير محاسبه‌شده براساس ميانگين نتايج تحليل تاريخچه‌ي زماني ارايه شده‌اند. مطالعات نشان داده است كه مقادير شكل‌پذيري تير به مراتب بيشتر از شكل‌پذيري طبقه‌يي و كلي است. همچنين تاثير مودهاي بالاتر در افزايش شكل‌پذيري دوراني در طبقات فوقاني در ساختمان‌هاي بلند كاملاً محسوس است. از طرفي هر چه تقاضاي شكل‌پذيري هدف افزايش يابد، بيشينه‌ي شكل‌پذيري دوراني تير بيش از پيش از شكل‌پذيري كلي فاصله مي‌گيرد. به‌علاوه در دوره‌هاي كوتاه، تفاوت شكل‌پذيري دوراني تير و شكل‌پذيري كلي مشهودتر است. با افزايش دوره‌ي تناوب (نرم‌ترشدن سازه) براي سطوح مختلف تقاضاي شكل‌پذيري كلي، شكل‌پذيري دوراني تير تقريباً ثابت و مستقل از دوره‌ي تناوب است. اين موضوع بر روند توزيع نيازهاي نيرويي و تغييرشكلي در دو حالت تحليل CPA و NTHA ملاحظه شده است.

Information regarding the nonlinear dynamic response of steel moment resistant structures affected by earthquake should be as complete and integrative as possible to insure the fulfillment of pre-determined limitations in design. Meanwhile it should be simple enough for implementation by professional engineers. To this end, the main objective of this study is to increase awareness of the nonlinear dynamic response of steel moment resistant frames (SMRF) and to provide methods for measuring the maximum load seismic demands of these structures using maximum global (roof) and interstory (intermediate) demands (which can be estimated by SDOF system demands). A further objective of this study is to provide a relation between interstory drift and the maximum local demand of beams. To this end, a considerable number of SMRF, short, mid and high rise structures, with a different number of stories and bays, were modelled in DRAIN2DX and analysed using nonlinear time history (NTHA) and conventional pushover analyses (CPO). The results of studies showed that beam ductility values are significantly higher than interstory and global ductility. Furthermore, higher mode effects on the increase of rotational ductility in the upper stories of high-rise buildings are completely sensible. This was seen on the distribution of force and deformation demands in CPO and NTHA analysis states. It is possible to calculate maximum beam ductility, in respect to target ductility, the number of bays and the foundamental period of frame, with acceptable precision, by the proposed equation of the models in this study.