Assessment of Seismic Behavior of Steel Moment Frames under earthquake Sequences Using Fragility Curves

Arden, Amin and Shakeri, Kazem and Akrami, Vahid and Shokrgozar, Hamed R (2019) Assessment of Seismic Behavior of Steel Moment Frames under earthquake Sequences Using Fragility Curves. Masters thesis, University of Mohaghegh Ardabili.

[img] Text
payan name.pdf

Download (885kB)
Official URL: http://uma.ac.ir/

Abstract

Research Aim:The purpose of this study is to investigate the seismic performance of special and intermediate moment resisting frames subjected to single and multiple earthquake events. The effect of cyclic deterioration of beam and coloumn plastic hinges, height of structure and type of its design on the seismic response of structure is studied. Research method:Four benchmark perimeter steel moment resisting frames are used for comparative studies. The analyzed models are classified based on their type (intermediate or special) and number of stories (4 and 8-story). The overall width of each frame is 24 meters divided into four bays of equal width. The vertical distance between floors is assumed to be 4.5 meters for the first story and 3.5 meters for other stories. The ST52 steel material are used in design and modeling of structures. The reference models are loaded as per AISC 7-10 for SDC Dmax and designed as intermediate or special moment frames according to provisions of AISC 360-10 and AISC 341-10. Numerical modeling and analysis of the specimens is conducted using open system for earthquake engineering simulation (OpenSees) software. The beams and columns in the frames are modeled using elastic beam-column elements connected by plastic hinge rotational springs (zero-length elements) at the ends. The modified Ibarra-Krawinkler deterioration model is used to model the cyclic hysteretic behavior of these rotational springs. The column panel zones are modeled using the method developed by Krawinkler, which considers the panel zone as an assembly of 8 rigid elements forming a parallelogram. The hysteretic behavior of the panel zone is simulated by a trilinear rotational spring, located in one of the corners of the parallelogram. The columns are modeled with fixed base. The P-delta effects caused by the gravity loads of the interior frames are considered using fictitious bays consisted of pin-ended rigid beam-column elements with co rotational coordinate transformation.Incremental dynamic analysis is conducted for each model to evaluate their seismic collapse capacity under single and multiple record earthquake events. Findings: Neglecting pre-shock and after-shock in the design process will decrease the level of earthquake tolerated by structure. Special moment resisting frames will experience slightly greater decrease of capacity compared to intermediate counterparts. However even after this decrease the special frames demonstrate greater capacity compared to IMFs. Conclusion:Based on the results of nonlinear static (pushover) analysis it can be said that for both 4 & 8 story models, the intermediate frame has greater stiffness and strength compared to the special one. However, the special frames demonstrate greater deformation capacity before losing 20% of their ultimate strength. However, incremental dynamic analysis using single record earthquake events showed that both 4 & 8 story special frames have slightly higher strength and displacement capacity compared with the corresponding IMFs. Incremental dynamic analysis using multi record earthquake events showed that neglecting pre-shock and after-shock in the design process will decrease the level of earthquake tolerated by structure. Even after this decrease the SMFs have higher strength compared to IMFs, but the amount of decrease for SMFs is greater. This can be mainly due to the fact that the intermediate frames rely more on their load carrying capacity than their ductility (compared to special frames). Therefore the sensitivity of these models to ground motion intensity is higher than special frames. On the other hand, as the special frames has to rely on their ductility and hysteric energy dissipation capacity to avoid collapse, they are more sensitive to duration of ground motion.

Item Type: Thesis (Masters)
Persian Title: ارزیابی رفتار لرزه¬ای قاب¬های خمشی فولادی تحت زلزله¬های متوالی با استفاده از منحنی¬های شکنندگی
Persian Abstract: هدف:هدف این پژوهش، بررسی تأثیر مدل¬سازی زوال چرخه¬ای اتصالات تیر به ستون، ارتفاع سازه و زلزله متوالی بر پاسخ لرزه¬ای قاب-های خمشی متوسط و ویژه می¬باشد. همچنین با توجه به اینکه منحنی شکست تابعی است که تجاوز خرابی سازه را از یک معیار تعیین شده، در مقابل افزایش شدت زمین¬لرزه تعیین می¬کند و از این رو یکی از راه¬های بررسی میزان خرابی سازه¬هااست. دراین پژوهش منحنی شکست برای زلزله¬های متوالی بدست آمده و با منحنی شکنندگی زلزله¬هایمنفرد مقایسه می¬شود. روش‌شناسی پژوهش:در این پایان¬نامهاز چهار مدل سازه¬ای با دو قاب خمشی فولادی متوسط و ویژه(سازه¬های 4 و 8 طبقه قاب خمشی متوسط و ویژه) برای انجام بررسی¬هاییادشده، استفاده شده است. مدل¬هابهدوصورتقابخمشی ویژه و متوسط در نرم افزارSAPV20 طراحی شده¬اند،برای شبیه¬سازی واقعی¬تر سازه¬هاییاد شده از مفصل پلاستیک پیشنهاد شده توسط ایبارا-کراوینکلر استفاده شده و پارامترهای مربوط به مقاومت و ظرفیت دوران مفاصل پلاستیک بر اساس روابط پیشنهادی توسط این محققین محاسبه شده است.قاب¬هاییاد شده توسط نرم¬افزارالمانمحدودOpenSees مدلسازی شده و تحت 22 شتابنگاشت حوزه دور ارائه شده در FEMA شامل پیش¬لرزه، زلزله اصلی و پس¬لرزه،باخصوصیات لرزه¬ای متفاوت تحت آنالیز غیرخطی دینامیکی افزایشیIDA قرار گرفته-اند.برای مقیاس¬سازی رکوردهای متوالی نسبت به هم از روابط گسترش یافته بر اساس قانون گوتنبرگ-ریشتر که ارتباط بین بزرگی و تعداد زمین¬لرزه¬ها را بیان می¬کند، استفاده شده است. نمودارهای شتاب طیفی بر حسب بیشینه جابجایی جانبی طبقه و بام برای مدل-های با شکل¬پذیری متوسط و ویژه بدست آمده و با هم مقایسه شده است. برای رسم نمودارهایIDA شتاب طیفی مود اول سازه با میرایی 5٪(Sa(T1,0.05)) به¬عنوانIM و ماکزیمم جابجایی نسبی بین طبقات (θmax) به¬عنوانDM در نظر گرفته شده است. سپس مقادیر نیاز و ظرفیت در مؤلفه¬هايسازهمقایسهو مؤلفهگریز طبقه وگریز بام در ارائه شکنندگی در تعیین آسیب¬پذیري مورد بررسی قرار گرفتهو سپس با اعمال تکنیک¬هاي آماري لازم بر روي داده¬ها،منحنی¬هاي شکنندگی برای هریک از مدل¬هارسمشدهاست. یافته‌ها:در حالت زلزله منفرد، خرابی بیشتر به دلیل افزایش دوران اتصال می‌باشد، در حالی که برای تحلیل با رکورد متوالی خرابی بیشتر به دلیل زوال چرخه‌ای اتصال می‌باشد. نهایتا با بررسی اثرات ناشی از لحاظ زوال چرخه‌ای اتصالات ملاحظه گردید که محدود کردن بیشینه دوران مفاصل پلاستیک در مدل¬سازی به مقادیر حداقل پیشنهاد شده توسط آیین¬نامه، ظرفیت شتاب طیفی و جابجایی جانبی کل سازه را متاثر نموده و آنها را تا حد زیادی کاهش می‌دهد. نتیجه‌گیری:با توجه به نتایج بدست آمده هرچند برش پایه تحمل شده توسط قاب خمشی متوسط بیشتر از برش پایه نهایی قاب خمشی ویژه می باشد، لیکن جابجایی تحمل شده توسط قاب خمشی ویژه تا قبل از کاهش مقاومت به 80% مقاومت نهایی، بیشتر از ظرفیت جابجایی قاب خمشی متوسط می¬باشد که انتظار می¬رود این مسئله عملکرد لرزه¬ای بهتری را برای قاب خمشی ویژه در پی داشته باشد. تحت زلزله¬های متوالی مشاهده می¬شود که سطح شتاب طیفی تحمل شده توسط مدل مورد بررسی در تحلیل¬های دینامیکی غیرخطی کمتر از سطح شتاب طیفی تحمل شده توسط این سازه تحت زلزله¬های منفرد می¬باشد. این مسئله می¬تواند به دلیل تجمع خرابی¬های ناشی از رکوردهای متوالی در مفاصل پلاستیک و زوال چرخه¬ای آنها باشد. تحلیل دینامیکی افزایشی مدل¬ها نشان می¬دهد که سطح شتاب طیفی تحمل شده توسط سازه تحت زلزله¬های متوالی کاهش می¬یابد.
Supervisor:
SupervisorE-mail
Shakeri, KazemUNSPECIFIED
Akrami, VahidUNSPECIFIED
Advisor:
AdvisorE-mail
Shokrgozar, Hamed RUNSPECIFIED
Subjects: Faculty of Engineering > Department of Civil Engineering
Divisions > Faculty of Engineering > Department of Civil Engineering
Divisions: Subjects > Faculty of Engineering > Department of Civil Engineering
Faculty of Engineering > Department of Civil Engineering
Date Deposited: 01 Jul 2019 04:54
Last Modified: 01 Jul 2019 04:54
URI: http://repository.uma.ac.ir/id/eprint/7152

Actions (login required)

View Item View Item