Seismic Evaluation of Dual SMF-SCBF System with Viscous Dampers and Lead-Core Rubber Bearings

Subject Areas : Analysis of Structure and Earthquake

Ali Parvari ¹ , Arash Bayat ² , reza eskandari ³

1 - Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Khomein Branch, Islamic Azad University, Khomein, Iran
2 - Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Khomein Branch, Islamic Azad University, Khomein, Iran
3 - Department of Civil Engineering, Khomein Branch, Islamic Azad University, Khomein, Iran

Received: 2024-02-07 Accepted : 2024-05-30 Published : 2025-03-08

Keywords: Performance Level, Nonlinear Static Analysis, Nonlinear Dynamic Analysis, Viscous Damper, Lead-Core Rubber Bearing Isolator,

Abstract :

This study considers the combined effect of viscous dampers and lead-core rubber bearings seismic isolator systems on the performance and seismic response of structures. Three building frames (10, 20, and 30 stories), each with a dual structural system of special moment frames (SMF) and special concentrically braced frames (SCBF), are designed and analyzed. The study uses nonlinear static (push-over) and nonlinear dynamic analyses, with seven pairs of accelerograms under normal and combined loading modes, incorporating viscous dampers and lead-core rubber bearings isolators. The analyses are performed using ETABS2019 software to evaluate life-safety performance. The implementation of the proposed systems significantly improves structural performance, increasing structural capacity and ductility. Results from the pushover analysis show that the combined use of these systems enhances the target displacement of 10-, 20-, and 30-story frames. Under uniform load distribution, this increase is 3.7, 1.7, and 1.9 times, respectively, while under triangular load distribution, it is 3.1, 1.6, and 2.9 times the target displacement capacity of the original structure. Additionally, these systems significantly reduce the relative story drift.

References:

]1[ بهنام‌فر، فرهاد؛ نورائی، محمد؛ طالبی ولنی، مهدی. روش سه مرحله‌ای انتخاب شتابنگاشت‌های زلزله برای تحلیل دینامیکی سازه‌ها. نشریه مهندسی عمران امیرکبیر، دوره 49، شماره 1، 1396: 138-127.
Doi: https://doi.org/10.22060/ceej.2016.603.

] 2[ قشلاقی، سعید؛ فهیمی فرزام، مازیار؛ ناطقی الهی، فریبرز. ارزیابی رفتار لرزه‌ای ساختمان‌های قاب فولادی SAC مقاوم‌‌سازی شده با میراگرهای ویسکوز تحت تاثیر زلزله‌های گسل دور و نزدیک. نشریه مهندسی عمران امیرکبیر، دوره54،
شماره 5، مرداد 1401: 1983-2004.
Doi: https://doi.org/10.22060/ceej.2021.20042.7324.

]3[ قشلاقی، سعید؛ فهیمی فرزام، مازیار؛ ناطقی الهی، فریبرز. ارزیابی میزان ظرفیت باربری و جذب انرژی قاب‌های فولادی بلندمرتبه مقاوم‌‌ سازی شده توسط میراگرهای ویسکوز. مهندسی سازه و ساخت، دوره 8، شماره 4، اسفند1400: 367-387.
Doi: https://dx.doi.org/10.22065/jsce.2021.270029.2348.
]4[ عباس زاده شهانقی، امیر؛ قدرتی امیری، غلامرضا؛ رئیسی دهکردی، مرتضی؛ اقبالی، مهدی. ارزیابی لرزه‌ای قاب‌های فولادی خمشی کوتاه و میان مرتبه با شکل‌پذیری ویژه مجهز به میراگرهای ویسکوز براساس معیارهای فروریزش FEMA P-695 . نشریه مهندسی عمران امیرکبیر، دوره 53، شماره 6، شهریور1400: 2535-2560.
Doi: https://doi.org/10.22060/ceej.2020.17438.6561.
]5[ ایمانی کله سر، هوشیار. ارزیابی تأثیر سامانه‌های جداساز لرزه ای لاستیکی هسته سربی و اصطکاکی آونگی تک قوسی با دوره تناوب‌های مختلف در بهبود رفتار لرزه‌ای ساختمان‌های فولادی. نشریه علمی – پژوهشی مهندسی سازه و ساخت ، دوره 10، شماره 10، 1402: 48-24.
Doi: https://doi.org/10.22065/jsce.2023.382356.3017.
]6 [ فخاری نیا، میلاد؛ بخشپوری، طاها؛ پورزینلی، سعید. تأثیر جداساز لرزه‌یی لاستیکی با هسته ی سربی بر پتانسیل خرابی پیش رونده‌ی قاب‌های خمشی فولادی تحت بار لرزه‌ای. مجله‌ی مهندسی‌عمران‌شریف، دوره 2․36، شماره 1․1، خرداد1399: 79-90.
Doi:https://doi.org/10.24200/j30.2018.50361.2301.

[7] Sadek F, Mohraz B, Taylor AW, Chung RM. Passive energy dissipation devices for seismic applications. Gaithersburg, MD. National Institute of Standards and Technology. 1996. Report No.: NIST IR 5923.
Doi: https://doi.org/10.6028/NIST.IR.5923.

]8[ مرادپور، سولماز؛ دهستانی، مهدی. توزیع بهینه‌ی میراگر ویسکوز در طراحی بر اساس جا به‌جایی مستقیم سازه‌های کنترل شده. نشریه مهندسی سازه و ساخت، دوره7، شماره 2، 1399: 216-238.
Doi:https://doi.org/10.22065/jsce.2019.152256.1684

[9] Akcelyan S, Lignos D G, Hikino T .Adaptive numerical method algorithms for nonlinear viscous and bilinear oil damper models subjected to dynamic loading. Soil Dynamics and Earthquake Engineering.2018; 113: 488-502.
Doi: https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2018.06.021.

[10] National Earthquake Hazards Reduction Program. Library. Report NO 5: NEHRP recommended provisions for seismic regulations for new buildings and other structures.Washington, DC,USA. Accessed 2020 at URL https://www.fema.gov/sites/default/files/2020-10/fema_2020-nehrp-provisions_part-1-and-part-2.pdf
]11[ فهیمی فرزام، مازیار؛ یوسفی، میرامیر. ارزیابی احتمالاتی عملکرد لرزه‌ای ساختمان‌های قاب خمشی فولادی با جداساز سرب لاستیکی. نشریه مهندسی عمران امیرکبیر، دوره55، شماره 1، فروردین1402: 163-184.
Doi: https://doi.org/10.22060/ceej.2022.20865.7563.
]12[ دفتر نظام فنی اجرایی معاونت برنامه ریزی و نظارت راهبردی رئیس‌جمهور. راهنمای طراحی و اجرای سیستم‌های جداساز لرزه‌ای در ساختمان‌ها. نشریه شماره 523 : 34-40. تهران، 20 مرداد 1398.
at URL https://sama.mporg.ir/sites/Publish/SitePages/ZabetehView.aspx?mdid=5265

[13] American Society of Civil Engineers/Structural Engineering Institute (ASCE/SEI 41-13). Seismic evaluation and retrofit of existing buildings. Reston, Virginia. American Society of Civil Engineers. Accessed 2014 at URL
Doi:https://doi.org/10.1061/9780784412855
]14[ فاروقی، علیرضا؛ حسینی، محمود. ساده سازی رکورد زلزله برای تحلیل تاریخچه زمانی سریع با استفاده از تبدیل معکوس فوریه. فصلنامه‌ آنالیز سازه‒زلزله، دوره16، شماره3، پاییز 1398:31-38 .
Doi: https://dorl.net/dor/20.1001.1.23456310.1398.16.3.4.3.
]15[ سازمان ملی استاندارد ایران، مرکز تحقیقات راه ، مسکن و شهرسازی. آیین نامه طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله (استاندارد 2800 ایران)، ویرایش چهارم. تهران. 1393.
At URL https://pub.bhrc.ac.ir/Index.aspx