ارزیابی عددی عملکرد لرزه‌ای دستگاه پله بتنی جداسازی شده با ستونک فشاری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه قم، قم، ایران

چکیده

دستگاه پله بتنی به عنوان جزء حیاتی مسیر خروج ایمن در ساختمان‌ها، در زلزله‌های گذشته آسیب‌پذیری قابل‌توجهی از خود نشان داده است. با وجود رواج روش‌های جداسازی لرزه‌ای، کارایی آن‌ها نیازمند ارزیابی دقیق است. هدف این پژوهش، ارزیابی عددی عملکرد و مکانیزم‌های خرابی یک روش متداول جداسازی، یعنی استفاده از ستونک‌های فشاری در قاب‌های خمشی بتن آرمه است. بدین منظور، چهار مدل اجزا محدود شامل قاب بدون پله (مبنا)، قاب با پله کاملا متصل و دو حالت جداسازی با ستونک فشاری (با رمپ یکپارچه و با رمپ جداشده در پاگرد میانی) در نرم‌افزار ABAQUS تحت تحلیل استاتیکی غیرخطی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که جداسازی با ستونک فشاری در حالت اجرایی رایج (رمپ یکپارچه)، در کاهش سختی و اندرکنش لرزه‌ای با سازه اصلی ناکارآمد است. این مدل، با تشکیل مفاصل پلاستیک در رمپ‌ها، عملکردی مشابه حالت پله کاملا متصل از خود نشان می‌دهد. در مقابل، جداسازی رمپ‌ها در پاگرد میانی، خرابی را از رمپ‌ها حذف می‌کند؛ اما آسیب را در ستونک‌های فشاری متمرکز می‌سازد که این امر همچنان می‌تواند ایمنی مسیر خروج را تهدید کند. این پژوهش محدودیت‌های ذاتی روش جداسازی با ستونک فشاری را برجسته کرده و بر لزوم جداسازی کامل رمپ‌ها در پاگرد میانی به عنوان یک الزام طراحی تأکید می‌نماید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Numerical Evaluation of the Seismic Performance of a Concrete Staircase Isolated with Compression Struts

نویسندگان [English]

  • Mohammad Chavoshi
  • Ehsan Dehghani
  • Shakiba Kamali
Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Qom, Qom, Iran
چکیده [English]

The reinforced concrete stair system, as a critical component of a safe egress path in buildings, has shown considerable vulnerability during past earthquakes. Despite the widespread use of seismic separation techniques, their effectiveness requires careful evaluation. The objective of this study is to numerically assess the performance and failure mechanisms of a commonly used separation method—namely, the use of compression struts in reinforced concrete moment-resisting frames. To this end, four finite element models were developed: a bare frame (baseline), a fully connected stair–frame system, and two separated configurations using compression struts (one with a continuous flight and another with the flights separated at the mid-landing). These models were subjected to nonlinear static analysis in ABAQUS. The results indicate that the commonly used configuration with continuous flights is ineffective in reducing stiffness and seismic interaction with the main structure. This model exhibits similar behavior to the fully connected stair system, with plastic hinges forming in the stair flights. In contrast, separating the flights at the mid-landing eliminates damage in the flights but concentrates it within the compression struts, which may still compromise the safety of the egress path. This study highlights the inherent limitations of the compression-strut separation method and emphasizes the necessity of complete flight separation at the mid-landing as a design requirement.

کلیدواژه‌ها [English]

  • staircase
  • seismic isolation
  • compression strut
  • finite element analysis
  • seismic behavior

مراجع

[1] Li B, Mosalam KM. Seismic performance of reinforced-concrete stairways during the 2008 Wenchuan earthquake. J Perform Constr Facil. 2013; 27(6): 721-730. doi: 10.1061/(ASCE)CF.1943-5509.0000382
[2] Vetr MG, Saeidian M, Naserpour A. The main reasons for great damages of reinforced concrete buildings on 12 November 2017, Sarpol-e Zahab earthquake. J Seismol Earthq Eng. 2018; 20(3): 73-92.
[3] Building and Housing Research Center. Appendix 6 to Iranian Code of Practice for Seismic Resistant Design of Buildings, Standard No. 2800: Seismic Design and Construction of Architectural Nonstructural Elements. Tehran: Ministry of Roads and Urban Development; 2019.
[4] Feng Y, Wu X, Xiong Y, Li C, Yang W. Seismic performance analysis and design suggestion for frame buildings with cast-in-place staircases. Earthq Eng Eng Vib. 2013; 12(2): 209-219. doi:10.1007/s11803-013-0164-2
[5] Jiang HJ, Gao HY, Wang B. Seismic damage analyses of staircases in RC frame structures. Adv Mater Res. 2012; 446: 2326-2330. doi: 10.4028/www.scientific.net/AMR.446-449.2326
[6] Cong S, Zhang Z, Zheng Q, Xu Z. Seismic behavior of reinforced concrete frame staircase with separated slab stairs. Structures. 2021; 34: 4284-4296. doi: 10.1016/j.istruc.2021.10.026
[7] Wen M, Tian H, Wang W, Chen B, Fu H. Research on seismic performance of frame structure with beam staircases. Buildings. 2022; 12(8): 1106. doi: 10.3390/buildings12081106
[8] Zhang C, Huang Z, Zhou Y, Wang G, Yu T, Huang W. Seismic performance of novel low-damage stair system: precast reinforced concrete stair isolated with a sliding joint. Eng Struct. 2024; 298: 117061 doi: 10.32604/cmes.2020.09054
[9] Ahmed OH, Hazem A-R, Shawky AA. Seismic performance of staircases in the 3D analysis of RC building. Civil Eng J. 2022; 7: 114-123. doi: 10.28991/cej-sp2021-07-08
[10] Bai L, Liang X, Xin L, Liu M, Yu Z, Chu Y. Investigation on the seismic performance of RC frame buildings with rubber isolation bearing installed in staircases. Buildings. 2023; 13(3): 616. doi: 10.3390/buildings13030616
[11] Zhang S, Huo W, Liu K, Yao Y, Sun Q. Experimental study on the new type of connecting nodes of prefabricated stairs using flexible grouting material. J Phys Conf Ser. 2023; 2553(1): 012021. doi: 10.4028/www.scientific.net/AMR.368-373.865
[12] Liu J, Bao Y, Qin K. Experimental and finite element analysis on the structural performance of lightweight hollow slab prefabricated staircases. Buildings. 2025; 15(2): 245. doi: 10.3390/buildings15020245
[13] Wang Y, Sheng D, Wang Y. Research on the performance of lightweight prefabricated concrete stairs with a special-shaped hollow landing slab. Buildings. 2024; 14(5): 1314. doi: 10.3390/buildings14051314
[14] Fathali MA, Hosseini Vaez SR, Dehghani E. Modeling the behavior of link beams to evaluate their performance in accordance with FEMA 356 and calculating target displacements for performance levels. Civil Infrastructure Research. 2018; 4(2): 47-60. doi:10.22091/cer.2018.3193.1118 [In Persian]
[15] Akrami V, Adili Aryaz, Shakeri K, Shahbazi N. Cyclic behavior investigation of an I-beam to circular column moment connection with channel link. Civil Infrastructure Research. 2023; 9(2): 141-161. doi: 10.22091/cer.2023.9497.1485
[16] Dassault Systèmes. Abaqus Analysis User’s Guide. Providence (RI): Simulia; 2014.
[17] Thorenfeldt E, Tomaszewicz A, Jenson JJ. Mechanical properties of high-strength concrete and applications in design. In: Proceedings of the Symposium on Utilization of High-Strength Concrete. Tapir; 1987.
[18] Vahidpour M, Kheyroddin A, Kioumarsi M. Experimental investigation on flexural capacity of reinforced concrete beams strengthened with 3D-fiberglass, CFRP and GFRP. Int J Concr Struct Mater. 2022; 16(1): 18. doi: 10.1186/s40069-022-00508-w
ارسال نظر در مورد این مقاله
CAPTCHA Image

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار