بررسی اثر مودهای بالا و نیاز شکل‌پذیری در تحلیل استاتیکی معادل قاب‌های فولادی

در روش تحلیل استا‌تیکی معادل، نیاز مقاومت سازه بر اساس مود اول ارتعاش و طیف شتاب الاستیک تعیین می‌شود. در این نوع تحلیل، فرض مشارکت نداشتن تمامی مودهای ارتعاش و استفاده از یک ضریب رفتار ثابت برای یک سیستم خاص در تمامی حالت‌ها ممکن است در مورد سازه‌های با زمان تناوب متوسط و بالا، به تخمین نادرست نیاز شکل‌پذیری طبقات بیانجامد. در این مطالعه برای بررسی این موضوع، ضرایب تصحیح برش پایه استاتیکی معادل برای در نظر گرفتن اثر مودهای بالا در پاسخ قاب‌های خمشی، قاب‌های مهاربندی همگرا و قاب‌های مهاربندی واگرای فولادی در محدوده خطی و غیر خطی مورد تحقیق قرار گرفت. در محدوده خطی، پس از انجام تحلیل‌های دینامیکی طیفی و استاتیکی معادل، ضرایب تصحیح برش پایه با تقسیم برش پایه حاصل از روش تحلیل طیفی بر برش پایه استاتیکی معادل محاسبه گردید. نتایج بدست آمده در محدوده خطی، نشان داد که این ضرایب تصحیح به شکل طیف و نسبت زمان‌های تناوب مودال بستگی دارند. هرچه نسبت زمان‌های تناوب مود دوم به مود اول کمتر باشد و شتاب طیفی نیز با افزایش زمان تناوب افت بیشتری پیدا کند، ضرایب تصحیح یا به عبارت دیگر ضرایب اثر مودهای بالا افزایش می‌یابد. ضرایب تصحیح برش پایه در محدوده غیر خطی، پس از انجام تحلیل تاریخچه زمانی غیر خطی و رساندن مقدار حداکثر نسبت شکل‌پذیری طبقات به میزان هدف با روش تکرار محاسبه گردید. برای این منظور قاب‌های خمشی با تعداد طبقات 3، 10 و 20، قاب‌های مهاربندی همگرا با تعداد طبقات 7، 20 و 30 و قاب‌های مهاربندی واگرای فولادی با تعداد طبقات 4، 15 و 25 تحلیل و طراحی گردید. نتایج بدست آمده در محدوده غیر خطی، بیانگر این مطلب است که اعمال این ضرایب تصحیح موجب لحاظ شدن اثر مودهای بالا و محدود شدن حداکثر نسبت شکل‌پذیری طبقات به میزان هدف می‌گردد.

Impact of higher modes and inelastic behavior on the equivalent static loading of steel frame

In the equivalent static analysis (ESA) procedure the response of a structure is determined based on the first vibrational mode and elastic spectrum acceleration. In this procedure, the assumption of not contributing all vibrational modes in a structure behavior and using a constant behavior factor for a specific structural system may lead to an incorrect estimation of story ductility demands in intermediate and longperiod structures. In this thesis, in order to take into account the effects of higher modes in the linear and nonlinear response of steel moment resisting frames (MRFs), concentrically braced frames (CBFs) and eccentrically braced frames (EBFs), the equivalent static base shear correction factor was estimated. In linear regime, the base shear correction factor is determined as the ratio of spectral base shear to the ESA base shear. These factors were determined for the studied systems located on soil types I, II, III and IV. The obtained results for elastic regime showed that the correction factor depends on the spectral shape and the ratio of modal periods. The effect of higher modes increases as the ratio of the periods of second mode to first mode decreases and also increases as the spectral acceleration drops more rapidly with an increase in period. For inelastic regime, the base shear correction factor was determined using nonlinear timehistory dynamic analysis and adjusting story ductility demands to a target value based on an iteration procedure. To this end, some 3. 10 and 20story steel MRFs, 7, 20 and 30story CBFs and 4, 15 and 25story EBFs on soil types I and II were designed. The inelastic regime results showed that applying the base shear correction factor takes into account the effects of higher modes as well as limits story ductility demands to the target ductility.