Investigation of the Effect of Soil-Foundation-Structure Interaction, Soil Type and Connections on the Behavior of Steel Moment Frames

Zare Aghblagh, Maryam and Rahman Shokrgozar, Hamed and Khodaiee Ardabili, Ahmad Ali (2017) Investigation of the Effect of Soil-Foundation-Structure Interaction, Soil Type and Connections on the Behavior of Steel Moment Frames. Masters thesis, University of Mohaghegh Ardabili.

[img] Text (بررسی اثر اندرکنش خاک – فونداسیون – سازه، نوع خاک و اتصالات بر رفتار قاب¬های خمشی فولادی)
Maryam Zare Aghblagh.pdf

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

Abstract

Structural analysis has significant importance against dynamic and earthquake forces. The responses of structure, foundation and soil to a specified ground motion can be only evaluated using soil-structure interaction. In this study, the effect of modeling beam-column connections, the type of structural systems, the structure height, the type of soil and shallow foundation, and variation of safety factor are studied to assess the seismic responses of steel buildings. For this purpose, five and ten stories buildings with special and intermediate steel moment frames and two different soil types (II and IV) have been considered. Prequalified connections used for these buildings. The footing and strip shallow foundations have been designed for five stories buildings with safety factors of 2, 3 and 4 and strip shallow foundations have been designed for 10 stories buildings with safety factor of 3. Direct method has been selected for the investigation of soil-foundation-structure effects and the nonlinear behavior of soil is modeled using nonlinear Winkler springs. Several 2D finite element models are developed using OpenSees software considering connections, soil-foundation-structure interaction (SFSI) and also without considering these parameters. The modal, nonlinear static pushover and nonlinear dynamic time history analyses are performed for all models. Seven far–fault ground motions are used at this study. Generally, connections and soil-foundation-structure interactions and existing soil type IV have a great influence on structural ductility and responses of steel moment frames, and the lack of them lead to unrealistic consequences. The numerical results are shown that at the models with beam-column connections, SFSI and soil type IV, the maximum lateral displacement and maximum inter-story drift are more than models without connections and fixed based conditions. The maximum base shear of structures at mentioned models are also decreased. At models located on soil type II, maximum values of these three parameters are diminished. At five stories models that situated on soil type IV and included beam-column connections, footing foundations have lower yield resistance and maximum base shear, than models with strip foundations or with fixed based conditions. It is also observed that the structural ductility, maximum base shear are increased with enhancing the safety factor at models with footing foundations, but changing safety factor at models with strip foundations leads to very small difference at above parameters. The safety factor and foundation types have not any effect on yield resistance and seismic responses of structures that located on soil type II. Keywords: Soil-foundation-structure interaction, beam-column connections, nonlinear Winkler springs, soil type II and IV, shallow foundation, safety factor.

Item Type: Thesis (Masters)
Persian Title: بررسی اثر اندرکنش خاک – فونداسیون – سازه، نوع خاک و اتصالات بر رفتار قاب¬های خمشی فولادی
Persian Abstract: تحلیل سازه¬ها در برابر نیروهای دینامیکی بخصوص زلزله از اهمیت فراوانی برخوردار بوده و از دیرباز مورد توجه محققان قرار گرفته است. با در نظر گرفتن اندرکنش خاک – سازه، می¬توان پاسخ سازه، فونداسیون و خاک را نسبت به تحریکات زلزله ارزیابی کرد. در این پژوهش، تأثیر مدلسازی اتصالات تیر به ستون، نوع سیستم سازه¬ای، ارتفاع سازه، نوع خاک، نوع فونداسیون سطحی و ضریب اطمینان طراحی فونداسیون¬ها بر پاسخ لرزه¬ای سازه¬های فولادی ارزیابی شده است. بدین منظور ساختمان 5 و 10 طبقه با دو نوع قاب خمشی فولادی متوسط و ویژه واقع بر دو نوع خاک متفاوت (II و IV) در نظر گرفته شده است. اتصالات به¬ کار رفته برای این ساختمان¬ها از نوع اتصالات از پیش تأیید شده می¬باشد. برای سازه¬های 5 طبقه، دو نوع فونداسیون سطحی (منفرد و نواری) با سه ضریب اطمینان مختلف و برای سازه¬های 10 طبقه، یک نوع فونداسیون سطحی (نواری) با یک ضریب اطمینان طراحی گردیده است. برای بررسی اثر اندرکنش خاک – سازه از روش مستقیم استفاده گردیده و رفتار غیرخطی خاک به صورت فنرهای وینکلر غیرخطی مدلسازی شده است. به منظور ارزیابی عملکرد این سازه¬ها، مدل¬های اجزاء محدود با لحاظ اثر اتصالات و اندرکنش خاک – فونداسیون – سازه و مدل¬های بدون لحاظ اتصالات با تکیه¬گاه صلب توسط نرم¬افزار OpenSees به صورت دوبعدی ساخته شده¬اند. این مدل¬ها تحت تحلیل¬های مودال، استاتیکی غیرخطی و دینامیکی تاریخچه¬ی زمانی غیرخطی توسط هفت رکورد زلزله¬ی حوزه¬ی دور قرار گرفته و پاسخ¬های آن¬ها با یکدیگر مقایسه گردیده است. نتایج بدست آمده نشان می¬دهد که اثر اتصالات و اندرکنش خاک – فونداسیون – سازه و وجود خاک نوع IV، تأثیر بسزایی بر شکل¬پذیری و پاسخ¬های غیرخطی قاب¬های خمشی فولادی دارد و عدم لحاظ آن¬ها منجر به ایجاد نتایج غیرواقعی می¬گردد. با لحاظ اثر اتصالات و خاک در مدل¬های واقع بر خاک نوع IV، ماکزیمم تغییرمکان جانبی و ماکزیمم تغییرمکان نسبی نسبت به مدل¬های بدون لحاظ اتصالات و دارای تکیه¬گاه صلب افزایش و ماکزیمم برش پایه کاهش می¬یابد و در مدل¬های واقع بر خاک نوع II، ماکزیمم تغییرمکان جانبی، ماکزیمم تغییرمکان نسبی و ماکزیمم برش پایه کاهش می¬یابد. در قاب¬های خمشی 5 طبقه واقع بر خاک نوع IV، سازه با لحاظ اثر اتصالات و فونداسیون منفرد، حد تسلیم و برش پایه¬ی کمتری نسبت به سازه با فونداسیون نواری و مدل بدون اتصالات و با تکیه¬گاه صلب دارد. بررسی اثر تغییر ضریب اطمینان طراحی فونداسیون¬ها نشان می¬دهد که شکل¬پذیری و ماکزیمم برش پایه در سازه با فونداسیون منفرد با افزایش ضریب اطمینان، افزایش می¬یابد، اما تغییر ضریب اطمینان در سازه¬های با فونداسیون نواری منجر به تغییر جزئی پارامترهای مذکور می¬گردد. در قاب¬های خمشی واقع بر خاک نوع II، ضریب اطمینان طراحی و نوع فونداسیون تأثیر چندانی بر حد تسلیم و پاسخ¬های دینامیکی ندارد. كليد واژه¬ها: اندرکنش خاک – فونداسیون – سازه، اتصالات تیر به ستون، فنرهای غیرخطی وینکلر، خاک نوع II و IV، فونداسیون¬های سطحی، ضریب اطمینان.
Supervisor:
SupervisorE-mail
Rahman Shokrgozar, HamedUNSPECIFIED
Advisor:
AdvisorE-mail
Khodaiee Ardabili, Ahmad AliUNSPECIFIED
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: 29 Oct 2018 16:52
Last Modified: 29 Oct 2018 16:52
URI: http://repository.uma.ac.ir/id/eprint/1395

Actions (login required)

View Item View Item