رفتار دینامیکی غیرخطی قاب‌های خمشی و دوگانه فولادی سه‌بعدی تحت اثر برخورد وسیله‌ نقلیه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

2 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

3 استادیار گروه سازه و زلزله، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

خرابی پیشرونده شاخه‌ای از تحقیقات است که در چند سال اخیر مورد توجه محققین قرار گرفته است. در این تحقیق به بررسی پتانسیل تخریب پیشرونده سازه فولادی چهار طبقه تحت اثر برخورد کامیون دارای وزن 8 تن‌نیرو با ستون‌های طبقه همکف پرداخته شده است. سرعت وسیله نقلیه برابر با 20 متر بر ثانیه در نظر گرفته ‌شد. این سازه فولادی چهار طبقه (در یک‌جهت دارای سیستم قاب خمشی فولادی متوسط و مهاربند همگرای ویژه فولادی و جهت دیگر دارای سیستم قاب خمشی فولادی متوسط) در نرم‌افزار ETABS مدل‌سازی و طراحی گردید. برای شبیه‌سازی سازه تحت سناریوهای برخورد از نرم‌افزار اجزای محدود ABAQUS استفاده‌ شده است. مدل‌سازی‌ها به صورت سه‌بعدی در نظر گرفته شد. در این تحقیق، شش سناریوی برخورد کامیون به ستون‌های مجاور مختلف سازه با انجام تحلیل‌های دینامیکی غیرخطی در نظر گرفته ‌شده است. نتایج نشان داد که ستون‌های گوشه نسبت به ستون‌های پیرامونی در برابر برخورد آسیب‌پذیرتر هستند. همچنین وجود مهاربندها باعث کاهش خرابی و تغییرشکل در سناریوی موردنظر می‌شود. به‌طوری‌که جابه‌جایی افقی در ستون گوشه مورد ضربه در سناریوی چهار (در جهت قاب خمشی) حدود سه برابر سناریوی یک (در جهت سیستم دوگانه) است. این موضوع تأثیر مثبت مهاربند را در کاهش پاسخ‌های سازه در مقابل ضربه نشان می‌دهد. 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Nonlinear Dynamic Behavior of Three-Dimensional Moment Steel Frames and Dual System under Vehicle Impact

نویسندگان [English]

  • Fateme Safari Honar 1
  • Esmaeil Mohammadi Dehcheshmeh 2
  • Vahid Broujerdian 3
  • Mehran Torabi 1
1 M.S. Graduate, School of Civil Engineering, Iran University Science and Technology, Tehran, Iran
2 Ph.D. Candidate, School of Civil Engineering, Iran University Science and Technology, Tehran, Iran
3 Assistant Professor, School of Civil Engineering, Iran University Science and Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this study, the potential of progressive collapse of a four-story steel structure due to the collision of an 8-ton truck with the ground floor columns was investigated. For this purpose, a 4-story steel structure (with intermediate steel moment frame system and special concentric steel bracing in the x-direction and intermediate steel moment frame system in the y-direction) was modeled and designed in ETABS software. ABAQUS finite element software was used to simulate the structure under collision scenarios. In this research, 6 scenarios of truck collision with adjacent columns of the structure have been considered by performing nonlinear dynamic analyzes.  The vehicle speed is assumed to be 20 meters per second. The results showed that corner columns are more vulnerable to impact than perimeter columns. The presence of braces reduces the collapse and deformation in the desired scenario. The horizontal displacement in the impacted column in the direction of the moment frame was about 3 times that of in the direction of the dual system. this shows the positive effect of bracing system in reducing the structural responses to impact.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Progressive collapse
  • Impact
  • Truck Collision
  • Nonlinear Dynamic Analysis
  • ABAQUS
[1] Adam, J. M., Parisi, F., Sagaseta, J., & Lu, X. (2018). “Research and practice on progressive collapse and robustness of building structures in the 21st century”, Engineering Structures, 173, 122-149.
[2] Al-Thairy, H. A., & Wang, Y. C. (2014). Behaviour and design of steel columns subjected to vehicle impact, Trans Tech Publications Ltd, 566, 193-198.
[3] Cao, R., El-Tawil, S., Agrawal, A. K., Xu, X., & Wong, W. (2019). “Behavior and design of bridge piers subjected to heavy truck collision”, Journal of Bridge Engineering, 24(7), 04019057.
[4] Kang, H., & Kim, J. (2015). “Progressive collapse of steel moment frames subjected to vehicle impact”, Journal of Performance of Constructed Facilities, 29(6), 04014172.
[5] Cravotta, S., & Grimolizzi, E. (2015). “Simulation of vehicle impact into a steel building: A parametric study on the impacted column end-connections”, Engineering, Corpus ID: 106606557.
[6] Broujerdian, V., & Torabi, M. (2017). “A Parametric Study on the Progressive Collapse Potential of Steel Buildings under Truck Collision”, Journal of Rehabilitation in Civil Engineering, 5(1), 96-106.
[7] Qian, K., Lan, X., Li, Z., Li, Y., & Fu, F. (2020). “Progressive collapse resistance of two-storey seismic configured steel sub-frames using welded connections”, Journal of Constructional Steel Research, 170, 106117.
[8] Qian, K., Lan, X., Li, Z., & Fu, F. (2021). “Effects of steel braces on robustness of steel frames against progressive collapse”, Journal of Structural Engineering, 147(11), 04021180.
[9] Faghihmaleki, H., Nejati, F., Zarkandy, S., & Masoumi, H. (2017). “Evaluation of progressive collapse in steel moment frame with different braces”, Jordan Journal of Civil Engineering, 11(2), 290-298.
[10] Liu, Z., & Zhu, Y. (2019). “Progressive collapse of steel frame-brace structure under a column-removal scenario”, In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 218(1), 012083.
[11] Jiang, J., & Li, G. Q. (2019). “Mitigation of fire-induced progressive collapse of steel framed structures using bracing systems”, Advanced Steel Construction, 15(2), 192-202.
[12] Salmasi, A. C., & Sheidaii, M. R. (2017). “Assessment of eccentrically braced frames strength against progressive collapse”, International Journal of Steel Structures, 17(2), 543-551.
[13] Auyeung, S., Alipour, A., & Saini, D. (2019). “Performance-based design of bridge piers under vehicle collision”, Engineering Structures, 191, 752-765.
[14] Kiakojouri, F., Sheidaii, M. R., De Biagi, V., & Chiaia, B. (2020). “Progressive collapse assessment of steel moment-resisting frames using static-and dynamic-incremental analyses”, Journal of Performance of Constructed Facilities, 34(3), 04020025.
[15] Rezvani, F. H., Yousefi, A. M., & Ronagh, H. R. (2015). “Effect of span length on progressive collapse behaviour of steel moment resisting frames”, Structures, 3, 81-89.
[16] Xie, F., Gu, B., & Qian, H. (2021). “Experimental study on the dynamic behavior of steel frames during progressive collapse”, Journal of Constructional Steel Research, 177, 106459.
[17] ANSI/AISC 360-16. (2016) Specification for Structural Steel Buildings, An American National Standard, Printed in the United States of America.
[18] ASCE. (2013). Minimum design loads for buildings and other structures. American Society of Civil Engineers.
[19] BHRC. (2016). Seismic Design Code of Buildings, 4th Edition, Building and Housing Research Center, Ministry of Roads and City Planning, Islamic Republic of Iran.
[20] GSA. (2003). Progressive collapse analysis and design guidelines for new federal office buildings and major modernization projects. Washington, DC.
[21] UFC. (2016). Unified Facilities Criteria. WBDG, Whole Building Design Guide.
CAPTCHA Image