عملکرد لرزه ای قاب‌های مهاربندی کمانش تاب دارای آلیاژ حافظه دار شکلی تحت زلزله و پس لرزه متوالی نزدیک به گسل

در دنیای امروز، با پیشرفت سریع علم و تکنولوژی، هر روزه مواد و مصالح جدیدی پا به عرصه ظهور می گذارد، که آلیاژ حافظه دار شکلی (sma) از جمله این مواد می باشد. ازآنجایی‌که استفاده از سیستم قاب با مهاربندهای مرسوم به دلیل محدودیت‌هایی نظیر شکل پذیری پایین، کمانش مهاربند در فشار و کاهش ظرفیت باربری جوابگوی نیاز سازه نیست، لذا استفاده از مهاربندکمانش تاب (brb) و آلیاژ حافظه دار شکلی در سیستم مهاربندی می‌تواند راه گشا باشد. بنابراین در جهت افزایش استهلاک انرژی ناشی از زلزله، استفاده از مهاربندکمانش تاب به همراه آلیاژ حافظه دار شکلی (brb-sma) توصیه می شود. سیستم مهاربندی brb-sma باعث میرایی، اتلاف انرژی و کاهش تغییرشکل های ماندگار در سازه می گردد. در ابتدا، مهاربندهای کمانش تاب به‌عنوان میراگرهای هیسترتیک در کشورهایی چون ژاپن، آمریکا و ایتالیا مورد توجه مهندسین قرار گرفته اند. این مهاربندها با رفتار یکسان در کشش و فشار توانایی جذب و اتلاف مقدار زیادی از انرژی ورودی زلزله را به سازه دارند. مصالح نوین sma، آلیاژهایی با خصوصیات ویژه – حافظه ی شکلی و رفتار فوق الاستیک – می باشند. به علت رفتار فوق الاستیک، این مواد قادر به بازگشت به شکل اولیه خود می باشند که این امر سبب کاهش تغییرمکان باقیمانده طبقات پس از زلزله می شود.در این مقاله، رفتار لرزه ای سازه های مجهز به مهاربند کمانش تاب بررسی می شود و تاثیر اضافه کردن sma در سیستم مهاربندی کمانش تاب موردمطالعه قرار می گیرد. بدین منظور، سه ساختمان سه بعدی با تعداد طبقات 3 ، 6 و 9 بر اساس ضوابط آئین نامه ای طراحی و سپس قاب محور کناری با استفاده از نرم افزارopensees به‌صورت دو بعدی مدل سازی شده اند. در ادامه، رفتار غیر ارتجاعی قاب ها، که در دهانه های مختلف دارای مهاربند کمانش تاب می باشند، در دو حالت با و بدون sma  با استفاده از تحلیل های دینامیکی غیرخطی تاریخچه زمانی تحت 3 رکورد نزدیک به گسل شامل زلزله ی اصلی و پس لرزه بررسی‌شده اند. نتایج نشان داد که حداکثر پاسخ های سازه ای جابجایی نسبی بین طبقه ای، جابجایی بام، برش پایه، شتاب بام و منحنی هیسترزیس در مدل های مجهز به میله های sma به‌طور میانگین کاهش‌یافته است که به دلیل خاصیت فوق الاستیک و میرایی و در نتیجه ی آن استهلاک انرژی زلزله می باشد. مقایسه نتایج تحت لرزه اصلی و پس لرزه با توجه به ماهیت پس لرزه نشان داد که، میزان کاهش پاسخ های لرزه ای در لرزه ی اصلی با در نظر گرفتن sma، به صورت میانگین بیشتر از پس لرزه می باشد.همچنین با افزایش ارتفاع، پاسخ های لرزه ای در قاب های مجهز به sma به میزان بیشتری بهبود یافته اند.  با به کارگیری آلیاژ حافظه‌دار شکلی در این قاب ها می توان هزینه بازیابی سیستم خسارت دیده ساختمانی را کاهش داده و سیستم برگشت پذیرتری داشت.

seismic performance of buckling restrained braced frames with shape memory alloy subjected to mainshock-aftershock near-fault ground motion

buckling-restrained braced (brb) frames are steadily replacing concentrically braced frames because they can yield without buckling when subjected to both tension and compression loads. though brb frames are being widely used in construction industry especially for building structures in high seismicity areas such as iran, it is shown that at large strains, a considerable amount of permanent deformation is generated at the support connector between the brace and the frame. this drawback can be overcome by providing recentering capabilities to the braced frame system. by applying the concept of a recentering system to the design of brb frames, we used braced frames that incorporate brbs with superelastic shape memory alloy (sma). also, the use of sma in the bracing system causes damping and reduction of residual deformation. brbs are considered as lateral load-bearing systems due to their non-buckling in compression. but these braces also have disadvantages. among these disadvantages is the creation of permanent deformation in the structure after the end of loading and also the costly replacement of these members after the failure and current of the steel core of these braces. therefore, the application of sma in brb systems, given the specific characteristics of these alloys, can be an effective step in improving seismic responses. however, recent studies have shown that brb frames are susceptible to residual deformations during earthquakes which makes them vulnerable to aftershock events. the effectiveness of sma-brbs in controlling the seismic response of a structure largely depends on the relative strength and stiffness of sma bars and brb core plates.  the aim of the current study is to investigate the aftershock collapse capacity of brb frames with and without smas. in this paper, seismic behavior of frames with brb’s and the effect of utilizing smas were studied. the selected models are three frames with 3, 6 and 9 story, which in different openings have brbs in two states with and without applying shape memory alloys. these prototypes were modeled in opensees under nonlinear dynamic time history analyses. the results comparison was performed under three records including main shock-aftershock ground motions. the results include comparing the seismic responses of structures with and without applying smas including maximum roof displacement, maximum interstory drift, maximum base shear, maximum acceleration of roof and hysteresis curves in structures with brbs and smas rods. the results showed that by employing smas rods, seismic responses including roof displacement, interstory drift and base shear have been significantly reduced. by reviewing the results, it is clear that improvements in the 6 and 9-story frames compared to the 3- story frame is more tangible. also, the analysis results showed by equipping the frames with smas, the energy dissipation concentration pattern has been changed. in the case of frames without smas, due to the greater absorption of lateral force (larger base shear), the amount of energy dissipation of brbs was higher. in these frames, energy loss was in the first stories and in frames with smas, the energy dissipation concentration was in the final stories. using a sma in these frames can reduce the cost of restoring and recovering of damaged systems and make more resilience building system.