The Effect of Soil-Structure Interaction in Tall Building Equipped with Passive Dampers under Seismic Loads

Ghalami, Mostafa (2020) The Effect of Soil-Structure Interaction in Tall Building Equipped with Passive Dampers under Seismic Loads. Masters thesis, University of Mohaghegh Ardabili.

[img] Text
Final thesis10.pdf

Download (1MB)
Official URL: http://uma.ac.ir/

Abstract

Research Aim: During an earthquake, a large amount of seismic energy is transferred to the structure. This energy must be absorbed and wasted. One of the most considered approaches for seismic energy dissipation is the use of passive control tools.These tools increase the stiffness and damping of the structure and do not require external force to operate. Therefore, one of the objectives of this thesis is to compare the dynamic response of high-rise structures with and without viscous, friction, metal and viscoelastic dampers and to identify the damper that has the best performance in controlling the response of the structure. Past studies have shown that the optimal design of damping parameters and proper distribution of this tool in the stories play an essential role in the optimal performance of this tool in controlling the structural response. Therefore, one of the objectives of this study is the optimal design of dampers and evaluation of the performance of structures with and without soil-structure interaction and identification of classes in need of dampers. In conventional analysis and design, the effect of soil under the foundation is ignored. However, soil flexibility, especially in tall structures, may have a significant effect on the response of the structure. Therefore, in this study, the dynamic response of high-rise structures with and without interaction in structures with and without dampers are compared with each other. Research method: One of the methods used to optimally design the damper parameters and identify the stories that need the damper is the response reduction theory method. In this thesis, this method has been used to design and identify the stories that need dampers for viscous, metalic and viscoelastic dampers. It is also assumed in structures equipped with friction dampers that dampers are installed on all floors. Therefore, to compare the dynamic response of structures with and without dampers and also the effect of soil-structure interaction, two buildings of 20 and 30 story with perimeter moment resisting frame system were designed. Next, to design the parameters of the dampers and determine the classes required for the dampers, the two-dimensional model of these buildings, which also includes the interaction effect, was modeled in Opensees and Were subjected to nonlinear pushover analysis. Before modeling 20 and 30-story buildings with dampers, a verification of dampers in Opensees software was performed based on laboratory and numerical work performed in previous research. In these models, the nonlinear behavior of structures with torsional springs at the beam and column joints is modeled. Finally, to compare the dynamic response of structures equipped with dampers and also the effect of soil-structure interaction on the response of the structure, the structures were subjected to nonlinear dynamic analysis with ten farfield earthquake records. Findings: The results of structural performance analysis based on the response reduction theory method showed that considering the effect of interaction in analysis and design has increased the stories in need of dampers. On the other hand, based on the results of nonlinear dynamic analysis, the use of viscous, friction, metalic and viscoelastic dampers significantly reduces the displacement response, floor drift and base shear. So that the metalic damper has reduced the displacement response, drift and base cut to 54, 56 and 49% in the 20-storey building and 42, 42 and 53% in the 30-storey building, respectively. Also, considering the soil-structure interaction in analysis and design has increased the displacement and drift of floors without damper up to 5 and 14% in the 20-story frame and 1 and 6% in the 30-story frame, respectively, compared to the state without the effect of soil-structure interaction. This increase was greater in the damper installation mode than in the without damper mode. Conclusion: According to the findings of dynamic analysis, among viscous, friction, metalic and viscoelastic dampers, viscous dampers were the weakest and metalic and viscoelastic dampers had the best performance in controlling the structural response. Therefore, equipping structures with metal or viscoelastic dampers will be a safe and reliable way to control the response of the structure. The results showed that the interaction effect in both the main structure and the structure equipped with dampers increases the ductility. But this increase was greater in structures equipped with dampers. Therefore, not considering the interaction between soil- structure will reduce the ductility of the structure.

Item Type: Thesis (Masters)
Persian Title: اثر اندرکنش خاک و سازه در سازه های بلند دارای میراگرهای غیرفعال مختلف تحت اثر بار زلزله
Persian Abstract: هدف: در طول زلزله مقدار زیادی انرژی لرزه¬ای به سازه منتقل می¬شود. این انرژی باید به نحوی جذب و تلف شوند. یکی از رویکردهایی که برای اتلاف انرژی لرزه¬ای مورد توجه زیادی قرار دارد، استفاده از ابزار کنترل غیرفعال می¬باشد. این ابزار سختی و میرایی سازه را افزایش داده و برای عملکرد به نیروی خارجی نیاز ندارند. بنابراین، یکی از اهداف این پایان¬نامه مقایسه پاسخ دینامیکی سازه¬های بلند مرتبه با و بدون میراگرهای ویسکوز، اصطکاکی، فلزی و ویسکوالاستیک و شناسایی میراگری است که بهترین عملکرد در کنترل پاسخ سازه دارد. مطالعات گذشته نشان داده است که طراحی بهینه پارامترهای میراگر و توزیع مناسب این ابزار در طبقات نقش اساسی در عملکرد بهینه این ابزار در کنترل پاسخ سازه دارد. بنابراین یکی از اهداف این مطالعه، طراحی بهینه میراگرها و ارزیابی عملکرد سازه¬ها با و بدون اندرکنش خاک و سازه و شناسایی طبقات نیازمند میراگر است. در تحلیل و طراحی¬های مرسوم، اثر خاک زیر پی نادیده گرفته می¬شود. این در حالی است که انعطاف¬پذیری خاک مخصوصا در سازه¬های بلند ممکن است روی پاسخ سازه اثر قابل توجهی داشته باشد. بنابراین در این مطالعه پاسخ دینامیکی سازه¬های بلند مرتبه با و بدون اندرکنش در سازه¬های با و بدون میراگر با یکدیگر مقایسه شده است. روش‌شناسی پژوهش: یکی از روش¬هایی که برای طراحی بهینه پارامترهای میراگرها و شناسایی طبقات نیازمند میراگر استفاده می-شود، روش تئوری کاهش پاسخ است. در این پایان¬نامه از این روش برای طراحی و شناسایی طبقات نیازمند میراگر برای میراگرهای ویسکوز، فلزی و ویسکوالاستیک استفاده شده است. همچنین در سازه¬های مجهز به میراگر اصطکاکی فرض شده است که میراگر در همه طبقات نصب شده است. بنابراین برای مقایسه پاسخ دینامیکی سازه¬ها با و بدون میراگر و همچنین اثر اندرکنش خاک و سازه، دو ساختمان 20 و 30 طبقه با سیستم قاب خمشی پیرامونی طراحی شدند. در ادامه برای طراحی پارامترهای میراگرها و تعیین طبقات نیازمند میراگر، مدل دو بعدی از این ساختمان¬ها که اثر اندرکنش نیز در آن لحاظ شده است، در Opensees مدل¬سازی و تحت آنالیز پوش¬آور غیرخطی قرار گرفتند. قبل از مدل¬سازی ساختمان¬های 20 و 30 طبقه با میراگر، ایتدا یک صحت سنجی از میراگرها در نرم افزار Opensees براساس کارهای آزمایشگاهی و عددی صورت گرفته در تحقیقات قبلی انجام شد. در این مدل¬ها رفتار غیرخطی سازه¬ها با فنر¬های پیچشی در مفصل تیر و ستون مدل¬سازی شده است. نهایتاً، برای مقایسه پاسخ دینامیکی سازه¬های مجهز به میراگر و همچنین اثر اندرکنش خاک و سازه در پاسخ سازه، سازه¬ها تحت آنالیز دینامیکی غیرخطی با ده رکورد زلزله حوزه دور قرار گرفتند. یافته‌ها: نتایج بررسی عملکرد سازه بر اساس روش تئوری کاهش پاسخ نشان داد که در نظر گرفتن اثر اندرکنش در تحلیل و طراحی باعث افزایش طبقات نیازمند میراگر شده است. از طرفی، بر اساس نتایج حاصل از تحلیل دینامیکی غیرخطی، استفاده از میراگرهای ویسکوز، اصطکاکی، فلزی و ویسکوالاستیک به صورت قابل توجهی پاسخ جابجایی، دریفت طبقات و برش پایه را کاهش می¬دهد. به طوری که میراگر فلزی پاسخ جابجایی، دریفت و برش پایه را به ترتیب تا 54، 56 و 49 درصد در ساختمان 20 طبقه و 42، 42 و 53 درصد در ساختمان 30 طبقه کاهش داده است. همچنین لحاظ کردن اندرکنش خاک و سازه در تحلیل و طراحی، جابجایی و دریفت طبقات بدون میراگر را به ترتیب تا 5 و 14 درصد در قاب 20 طبقه و 1 و 6 درصد در قاب 30 طبقه نسبت به حالت بدون اثر اندرکنش خاک و سازه افزایش داده است که این افزایش در حالت نصب میراگر بیشتر از حالت بدون میراگر بود. نتیجه‌گیری: بر اساس یافته¬های حاصل از تحلیل دینامیکی، از میان میراگرهای ویسکوز، اصطکاکی، فلزی و ویسکوالاستیک میراگر ویسکوز ضعیف¬ترین و میراگر فلزی و ویسکوالاستیک بهترین عملکرد در کنترل پاسخ سازه داشتند. بنابراین مجهز کردن سازه¬ها به میراگر فلزی یا ویسکوالاستیک راه مطمئن و قابل اعتمادی برای کنترل پاسخ سازه خواهد بود. نتایج نشان داد که اثر اندرکنش در هر دو سازه اصلی و سازه مجهز به میراگر، شکل¬پذیری را افزایش می¬دهد. اما این افزایش در سازه مجهز به میراگر بیشتر بود. بنابراین عدم در نظر گرفتن اندرکنش بین خاک و سازه باعث کاهش شکل¬پذیری سازه خواهد شد.
Supervisor:
SupervisorE-mail
Rahman Shokrgozar, HamedUNSPECIFIED
Advisor:
AdvisorE-mail
Jahangiri, VahidUNSPECIFIED
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: 27 Oct 2020 10:00
Last Modified: 27 Oct 2020 10:00
URI: http://repository.uma.ac.ir/id/eprint/11967

Actions (login required)

View Item View Item