كاهش پاسخ لرزه‌اي در دو سازه مجاور به هم بسته شده با استفاده از سیستم جداساز لرزه‌ای براي يكي از سازه‌ها
محورهای موضوعی : آنالیز سازه - زلزلهفاطمه شفق نیا 1 , رضا میلانچیان 2 * , رضا سجودی زاده 3 , امید حداد 4
1 - گروه عمران ،دانشکده فنی و مهندسی،دانشگاه آزاد اسلامی واحد مهاباد ، مهاباد، ایران
2 - گروه عمران ،دانشکده فنی و مهندسی،دانشگاه آزاد اسلامی واحد مهاباد ، مهاباد، ایران
3 - استادیار، دانشکده فنی و مهندسی، واحد مهاباد، دانشگاه آزاد اسلامی، مهاباد، ایران
4 - گروه عمران ،دانشکده فنی و مهندسی،دانشگاه آزاد اسلامی واحد مهاباد ، مهاباد، ایران
کلید واژه: کنترل ارتعاشات سازه, جداساز لرزه‌ای, کنترل غیر فعال, سازه‌های متصل, زلزله,
چکیده مقاله :
وقوع اجتناب‌ناپذیر زلزله‌ها و تحمیل خسارت‌های فراوان جانی و مالی، تاکیدی بر لزوم یافتن راه‌حلی مناسب و قابل اعتماد جهت مقابله با این پدیده طبیعی است. تجربه زلزله های اخیر نشان می‌دهد که سازه‌هایی که بر اساس آیین‌نامه‌های جدید طراحی، و به شکل صحیح اجرا شده‌اند، معمولاً در زلزله‌ها عملکرد خوبی داشته‌اند. پژوهش حاضر، تاثیر اتصال فیزیکی دو سازه مجاور را با استفاده از میراگر و استفاده از سیستم جداساز لرزه‌ای در یکی از آنها و تاثیر آن بر رفتار سازه‌هادیگر مورد بررسی قرار می دهد یا به عبارتی دیگر دو سازه متصل که یکی در حالت کنترل شده و دیگری در حالت کنترل نشده می‌باشد. در حالت کلی هدف اصلی این مقاله بررسی نحوه اندرکنش دو سازه کنترل شده و کنترل نشده می‌باشد به نحوی که تاثیر سازه کنترل شده در بهبود رفتار سازه کنترل نشده بواسطه اتصال آنها مورد بررسی قرار می‌گیرد. در این راستا ابتدا دو سازه ساختمانی 5 طبقه طراحی شده و با ایجاد اتصال در تراز طبقات، به هم وصل می‌شوند. در ادامه سیستم جداساز پایه در یکی از این دو ساختمان پیاده سازی شده و با انجام فرمول‌بندی معادلات حرکت سیستم سازهای، پاسخ‌های کنترل نشده و کنترل شده سازه‌ها محاسبه می‌شوند. پاسخ کنترل شده سیستم سازهای مجهز به جداساز پایه و پاسخ تحت تاثیر قرار گرفته سازه کنترل نشده مجاور مورد محاسبه قرار گرفته و نتایج نشانگر موثر بودن سیستم کنترلی پیاده شده در یکی از سازه‌ها در بهبود عملکرد سیستم سازهای مجاور از نظر کاهش پاسخ سازهای می‌باشد. با توجه به نتایج اگر ساختمان شماره 1 به تنهایی مورد کنترل ارتعاشات قرار گیرد تا 54 درصد در کاهش پاسخ سازه تحت رکورد لرزه‌ای طبس موثر است. با این حال اگر این ساختمان به ساختمان شماره 2 متصل شود و فقط در ساختمان شماره 1 از سیستم کنترل استفاده شود، به مقدار 63 درصد موثر خواهد بود که این نشانگر عملکرد مناسب میراگرهای الحاقی در تراز طبقات می‌باشد که دو سازه را به هم وصل کرده است. اگر ساختمان شماره 1 کنترل شود، در رفتار ساختمان شماره 2 نیز تغییر قابل توجهی به وجود می‌آید که در مورد زلزله لوماپریتا به حدود 33 درصد می‌رسد.
The inevitable occurrence of earthquakes and the resulting significant human and financial losses emphasize the necessity of finding an appropriate and reliable solution to counter this natural phenomenon. The experience of recent earthquakes shows that structures designed according to modern codes and executed correctly generally perform well during seismic events. This study examines the impact of physically connecting two adjacent structures using dampers and implementing a seismic isolation system in one of them, along with its effect on the behavior of the other structure. In other words, it investigates two connected structures, one in a controlled state and the other in an uncontrolled state. The primary objective of this article is to analyze the interaction between the controlled and uncontrolled structures, evaluating how the controlled structure influences the improvement of the uncontrolled structure’s behavior through their connection. In this regard, two five-story building structures are initially designed and connected at the floor levels. Subsequently, a base isolation system is implemented in one of the buildings. By formulating the equations of motion for the structural system, the uncontrolled and controlled responses of the structures are calculated. The controlled response of the structure equipped with the base isolation system and the affected response of the adjacent uncontrolled structure are computed, with results indicating the effectiveness of the implemented control system in improving the performance of the adjacent structural system by reducing structural responses. According to the results, if Building 1 is solely equipped with vibration control measures, its response under the Tabas earthquake record is reduced by up to 54%. However, if Building 1 is connected to Building 2 and only Building 1 employs the control system, the effectiveness increases to 63%, demonstrating the suitable performance of the additional dampers installed at the floor levels connecting the two structures. Controlling Building 1 also leads to significant changes in the behavior of Building 2, which, in the case of the Loma Prieta earthquake, results in an approximately 33% reduction in response
[1] De Domenico D, Gandelli E, Quaglini V. Effective base isolation combining low-friction curved surface sliders and hysteretic gap dampers. Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 2020;130:105989. https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2019.105989
[2] Pérez-Rocha LE, Avilés-López J, Tena-Colunga A. Base isolation for mid-rise buildings in the presence of soil-structure interaction. Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 2021;151:106980. https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2021.106980
[3] Li C, Chang K, Cao L, Huang Y. Performance of a nonlinear hybrid base isolation system under the ground motions. Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 2021;143:106589. https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2021.106589
[4] Peng Y, Ma Y, Huang T, De Domenico D. Reliability-based design optimization of adaptive sliding base isolation system for improving seismic performance of structures. Reliability Engineering & System Safety. 2021;205:107167. https://doi.org/10.1016/j.ress.2020.107167
[5] Maureira-Carsalade N, Pardo E, Oyarzo-Vera C, Roco A. A roller type base isolation device with tensile strength. Engineering Structures. 2020;221:111003. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2020.111003
[6] Khansefid A. Lifetime risk-based seismic performance assessment of buildings equipped with supplemental damping and base isolation systems under probable mainshock-aftershock scenarios. Structures. 2021;34:3647-3666. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2021.07.070
[7] Khan BL, Azeem M, Usman M, Farooq SH, Hanif A, Fawad M. Effect of near and far Field Earthquakes on the performance of various base isolation systems. Procedia Structural Integrity. 2019;18:108-18. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2019.08.014
[8] Li L, Liang Q. Effect of inerter for seismic mitigation comparing with base isolation. Structural Control and Health Monitoring. 2019;26(10):e2409. https://doi.org/10.1002/stc.2409
[9] Fu W, Zhang C, Li M, Duan C. Experimental investigation on semi-active control of the base isolation system using magnetorheological dampers for a concrete frame structure. Applied Sciences. 2019;9(18):3866. https://doi.org/10.3390/app9183866
[10] Habieb AB, Valente M, Milani G. Hybrid seismic base isolation of a historical masonry church using unbonded fiber reinforced elastomeric isolators and shape memory alloy wires. Engineering Structures. 2019;196:109281. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2019.109281
[11] Klein R, Todaro A, Finne I. Investigation of a Method to Stabilize Wind-Induced Oscillations in Large Structures. American Society of Mechanical Engineers. 1972; 1. Available at URL: https://www.asme.org/
[12] Richardson A, Walsh KK, Abdullah MM. Closed‐form equations for coupling linear structures using stiffness and damping elements. Structural Control and Health Monitoring. 2013;20(3):281-259. https://doi.org/10.1002/stc.1485
[13] Bhaskararao AV, Jangid RS. Seismic response of adjacent buildings connected with dampers. In 13th World Conference on Earthquake Engineering. Vancouver, Canada. 2004; No: 3143. Available at URL: https://www.iitk.ac.in/nicee/wcee/thirteenth_conf_Canada/
[14] Kontoni DP, Farghaly AA. Seismic response of adjacent unequal buildings subjected to double pounding considering soil-structure interaction. Computation. 2018;6(1):10. https://doi.org/10.3390/computation6010010
[15] Djerouni S, Abdeddaim M, Ounis A. Seismic response control of adjacent buildings using optimal backward-shared tuned mass damper inerter and optimal backward-shared tuned inerter damper. Asian Journal of Civil Engineering. 2021;22(8):1499-523. https://doi.org/10.1007/s42107-021-00395-1
[16]Ghahari SF, Abazarsa F, Ebrahimian H, Taciroglu E. Output‐only model updating of adjacent buildings from sparse seismic response records and identification of their common excitation. Structural Control and Health Monitoring. 2020;27(9):e2597. https://doi.org/10.1002/stc.2597
[17]Abbood IS, Mahmod M, Hanoon AN, Jaafar MS, Mussa MH. Seismic response analysis of linked twin tall buildings with structural coupling. International Journal of Civil Engineering and Technology. 2018;9(11):208-19. Article ID: IJCIET_09_11_021 Available online at http://iaeme.com/Home/issue/IJCIET?Volume=9&Issue=11
[18] Barrios G, Nanayakkara V, De Alwis P, Chouw N. Effects of slenderness and the fundamental frequency on the dynamic response of adjacent structures. International Journal of Structural Stability and Dynamics. 2019;19(09):1950105. https://doi.org/10.1142/S0219455419501050
[19] Hashash YM, Dashti S, Musgrove M, Gillis K, Walker M, Ellison K, Basarah YI. Influence of tall buildings on the seismic response of shallow underground structures. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 2018;144(12):04018097. https://doi.org/10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0001990
[20] Ramakrishna U, Mohan SC, Kumar KS. Optimal Configuration of Viscous Dampers Connected to Adjacent Similar Buildings Using Particle Swarm Optimization. In Advanced Engineering Optimization Through Intelligent Techniques. Springer, Singapore. 2020;1: 799-807. https://doi.org/10.1007/978-981-15-1002-1_66
[21] Palermo M, Silvestri S. Damping reduction factors for adjacent buildings connected by fluid-viscous dampers. Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 2020;138:106323. https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2020.106323
[22] Milanchian R, Hosseini M. Study of vertical seismic isolation techniques with nonlinear viscous dampers for lateral response reduction. Journal of Building Engineering. 2019;23:144-54. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2019.02.010
[23] Milanchian R, Hosseini M, Nekooei M. Vertical isolation of a structure based on different states of seismic performance. Earthquakes and Structures. 2017; 13 (2): 103-118. https://doi.org/10.12989/eas.2017.13.2.103
[24] Milanchian R, Hosseini M. Torsional response reduction of plan-asymmetric vertical seismic isolation by an appropriate distribution of viscous and viscoelastic dampers. Structures. 2020; 27:962-974. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2020.07.009
[25] Cheng FY, Jiang H, Lou K. Smart Structures: Innovative Systems for Seismic Response Control. CRC Press. 2008; 672. eBook ISBN9780429126963. https://doi.org/10.1201/9781420008173
[26] Naeim F, James MK. Design of Seismic Isolated Structures: From Theory to Practice. 1999. John Wiley & Sons.304 pages.PrintISBN:9780471149217. http://dx.doi.org/10.1002/9780470172742