An Overview of Research Conducted on Various Types of Yield Steel Tubular Dampers

Subject Areas : Analysis of Structure and Earthquake

Yashar Hodaipour ¹ , Adel Ferdousi ^{2 *} , یوسف حسین زاده ³ , لیلا حسین زاده ⁴

1 - Ph.D Student of Structural Engineering, Department of Civil Engineering, Tabriz Branch, Islamic Azad University, Tabriz, Iran
2 - Assistant professor, Department of Civil Engineering, Tabriz Branch, Islamic Azad University, Tabriz, Iran
3 -
4 -

Received: 2024-06-09 Accepted : 2024-10-02 Published : 2024-11-06

Keywords: steel damper, Energy dissipation, Pipe section, Hysteresis behavior.,

Abstract :

Despite significant advancements in structural engineering, unfortunately we continue to witness severe loss of life and extensive damage caused by earthquake. Therefore, providing solutions to counteract this natural event and mitigate its effects has always been a focus of researchers. Structural control systems, such as dampers and isolators, have gained significant popularity due to their remarkable ability to reduce the seismic response of structures. In this research, a comprehensive review of the development and application of tubular yielding steel dampers has been the focus. Dampers are classified based on their behavioral characteristics and geometric configuration, and tubular dampers are among the most commonly used dampers. Based on conducted research, it can be concluded that most tubular dampers have a simple and cost-effective manufacturing technology, and the possibility of replacing damaged components after an earthquake is available for each of these types of dampers. On the other hand, tubular dampers offer advantages such as high energy absorption and dissipation capacity, consistent performance under cyclic loading, high ductility, and high strength and stiffness. In this article, a comparison between different types of yielding tubular dampers has been conducted. It is worth noting that despite the advantages of tubular dampers, their widespread use in the country is not yet evident. Moreover, the existing codes and standards lack design provisions for such energy dissipation systems, which is a significant gap considering the importance of the subject.

References:

1. Javanmardi, A., et al, State-of-the-Art Review of Metallic Dampers: Testing, Development and Implementation, Archives of Computational Methods in Engineering, 2020, 27, 455–478.
2. Spencer BF Jr, Nagarajaiah S, State of the art of structural control. Journal Structural Engineering, 2003, 129:845–856.
3. Saaed TE, Nikolakopoulos G, Jonasson J-E, Hedlund H., A state-of-the-art review of structural control systems. Journal Vib Control,2013, 21:919–937.
[4]. زهرائی، سیدمهدی؛ مرتضی¬قلی، محمدحسین. "بهبود عملکرد میراگرهای بیضی شکل در قاب فلزی مهاربند شورن به کمک ورق¬های سخت کننده جانبی "، هفتمین کنفرانس بین¬المللی زلزله¬شناسی و مهندسی زلزله، پژوهشگاه بین¬المللی زلزله¬شناسی و مهندسی زلزله، ایران-تهران، 1394، صفحه 30-37.
[5]. ناطقی¬الهی، فریبرز؛ تربت اصفهانی، مهدی. "رفتار بهبودیافته¬ی آزمایشگاهی و تحلیلی میراگر فلزی آکاردئونی تحت تأثیر افزایش لایه¬ها "، نشریه مهندسی عمران شریف، دوره 2-31، شماره 1/3، 1394، صفحه 29-19.
[6]. حسن¬زاده، جواد؛ سرافرازی، سیدرضا؛ خطیبی‌نیا، محسن. "ارزیابی عملکرد اتصال تیر به ستون مجهز شده به میراگر لوله¬ای فولادی بیضوی "، مجله علمی-پژوهشی عمران مدرس، دوره بیست و یکم، جلد ۲۱ شماره ۲، 1400، صفحات ۷۷-۶۳.
7. Gullu, A. et al, Numerical Modelling of Energy Dissipative Steel Cushions, International Journal of Steel Structures,2019, Vol. 19, 1331–1341.
8. Lahooti, A. et al, Cyclic Behavior of Pipe Dampers Reinforced with High-performance Fiber-Reinforced Cementitious Composite (HPFRCC) Materials, Jordan Journal of Civil Engineering, 2020, Vol. 14, No. 2.
9. Maleki, Sh. Bagheri, S., Pipe damper, Part I: Experimental and analytical study, Journal of Constructional Steel Research, 2010, 66,1088–1095.
10. Maleki, Sh. Mahjoubi, S., Dual-pipe damper, Journal of Constructional Steel Research, 2013, 85,81–91.
11. Maleki, Sh. Mahjoubi, S., Infilled-pipe damper, Journal of Constructional Steel Research, 2014, 98,45–58.
12. Abebe, D. Choi, J., Analytical Evaluation on Hysteresis Performance of Circular Shear Panel Damper, International Journal of Civil, Architectural, Structural and Construction Engineering, 2014, Vol:8 No:6.
13. Mahjoubi, S. Maleki, Sh., Seismic performance evaluation and design of steel structures equipped with dual-pipe dampers, Journal of Constructional Steel Research,2016, 122,25–39.
14. Abdollahiparsa, H. et al, Seismic behavior of braced steel frames with pipe dampers, Advances in Structural Engineering, 2020, Vol. 24(8), 1526-1538.
15. Behzadfar, B. et al, Improved Seismic Performance of Chevron Brace Frames Using Multi-Pipe Yield Dampers, Journal of Rehabilitation in Civil Engineering, 2020, Vol. 8-4, 137-155.
16. Guo, W. et al, Experimental study of a steel damper with X-shaped welded pipe halves, Journal of Constructional Steel Research, 2020, Vol. 170(5).
17. Guo, W. et al, Development and seismic performance of bolted steel dampers with X-shaped pipe halves, Engineering Structures, 2021, Vol. 239.
[18]. عباسینیا، رضا؛ قاسم‌وتر، محمد؛ احمدی، رسول؛ کافی، محمدعلی. و همکاران، " بررسی آزمایشگاهی و تحلیلی شکل پذیری حلقه‌ی فولادی "، نشریه مهندسی عمران شریف، شماره 51، 1388، صفحه 41-48.
19. Bazzaz, M. Kafi, M., Evaluating the Seismic Performance of Off-centre Bracing System with Circular element in Optimum Place, International Journal of Steel Structures, 2014, Vol 14, No 2, 293-304.
20. Andalib, Z. et al, Experimental investigation of the ductility and performance of steel rings constructed from plates, Journal of Constructional Steel Research, 2014, Vol. 103, 77–88.
21. Andalib, Z. et al, Numerical evaluation of ductility and energy absorption of steel rings
constructed from plates, Engineering Structures, 2018, Vol. 169, 94–106.
[22]. رئیسی، علیرضا؛ میردامادی، حمید؛ رهگذر،محمدعلی. "میراگر فلزی پوسته¬ای تودرتو با رویکرد بهبود در رفتار هیسترزیس "، نشریه علمی-پژوهشی مهندسی عمران امیرکبیر، دوره 53، شماره 1، 1399، ص34-21.
[23]. کافی، محمدعلی؛ خیرالدین، علی؛ حج‌فروش، محمد. " بررسی آزمایشگاهی و تحلیلی شکل‌پذ‌یري حلقه فولادي مرکب جهت نصب در مهاربندهاي هم‌محور "، نشریه مهندسی عمران و محیط زیست، جلد 50، شماره 2، 1399، ص49-41.
[24]. پاچیده، قاسم؛ کافی، محمدعلی؛ قلهکی، مجید. "ارزیابی آزمایشگاهی و عددی سیستم نوین مهاربندی با عضو لوزی¬شکل مجهز به میراگر تسلیم¬شونده "، نشریه علمی-پژوهشی مهندسی عمران امیرکبیر، دوره 53، شماره 11، 1400، ص4576-4557.
25. Gorji, M. et al, Numerical and analytical investigation of cyclic behavior of steel ring
dampers (SRDs), Thin-Walled Structures, 2020, Vol. 151.
26. Gorji, M. et al, Cyclic behavior of an energy dissipation system with steel dual-ring
dampers (SDRDs), Journal of Constructional Steel Research, 2020, Vol. 172.
[27]. معتمدی، مهرتاش؛ ناطقی الهی، فریبرز؛ ضیایی‌فر، منصور؛ کریمی، محمد. "مطالعه استهلاك انرژی در لوله جدارنازك آکاردئونی تحت نیروی رفت و
برگشتی "، نشریه استقلال، سال 25، شماره 1، شهریور 1385، صفحه 119-101.
[28]. ایزدی، اسماعیل؛ ناطقی الهی، فریبرز ؛ معتمدی، مهرتاش. "مقایسه¬ی شاخصه¬ای رفتار میراگر فلزی آکاردئونی توخالی و پر شده با فوم پلیمری در بارگذاری محوری رفت و برگشتی "، مجله علمی-پژوهشی عمران مدرس، دوره دهم، شماره 2، شهریور 1389، ص121-102.
[29]. میرزا گلتبار، علیرضا؛ ناصری، علی؛ نصیری، جابر. "بررسی اثر میراگرهای جدارنازك آکاردئونی در کاهش پاسخ قابها تحت بار انفجاری "، نشریه علمی-پژوهشی مهندسی عمران امیرکبیر، دوره 49، شماره 4، 1396، ص722-707.
[30]. سعیدمنیر، حبیب؛ علیپور، ندا. "کاربرد یک میراگر لوله¬ای شکافدار جدید با مقطع استوانه¬ای در کاهش ارتعاشات لرزه¬ای سازه-ها "، نشریه مهندسی عمران و محیط زیست، جلد 45، شماره 4، زمستان 1394، صفحه 43-29.
31. Leon, D.H. et al, Influence of the Shape of Slit of a Circular Hollow Steel Damper on its Energy Dissipation Capacity, Proceedings of the XLI Ibero-Latin-American Congress on Computational Methods in Engineering, Brazil, November 16-19, (2020).
32. Jarrah, M. et al, Experimental and numerical evaluation of piston metallic damper (PMD), Journal of Constructional Steel Research, 2019, Vol. 154, 99–109.
[33]. قنادی¬اصل، امین؛ عیسی¬زاده، مهدی. "بررسی عملکرد لرزه-ای سازه¬های قاب فولادی با استفاده از میراگر پیستونی با صفحات نیم دایره¬ای "، نشریه علمی-پژوهشی مهندسی سازه و ساخت،دوره 8 شماره45، 1400، ص342-329.
34. Utomo, J. et al, Estimating the ultimate energy dissipation capacity of steel pipe dampers, The 5th International Conference of Euro Asia Civil Engineering Forum, Procedia Engineering, 2015, 125, 1101 – 1107.
35. Abebe, D. et al, Low Cycled Hysteresis Characteristics of Circular Hollow Steel Damper
Subjected to Inelastic Behavior, International Journal of Steel Structures, 2018, Vol. 19, 157–167.
36. Luo, W. et al, Seismic performance of lead-filled steel tube damper: Laboratory test,
parameter identification and application, Engineering Structures, 2020,Vol. 219.
37. He, Zh. Chen, Q., Upgrading the seismic performance of underground structures by
introducing lead-filled steel tube dampers, Tunnelling and Underground Space Technology, 2020,Vol. 108(3),
38. Park, H. et al, Cyclic behavior of shear-type hysteretic dampers with different cross-sectional shapes, Journal of Constructional Steel Research, 2021, Vol. 187.
39. J.M. Franco. et al, Experimental testing of a new anti-seismic dissipator energy device based on the plasticity of metals, Engineering Structures, 2010,Vol. 32.
40. Mahyari, Sh. et al, Investigating the analytical and experimental performance of a pure torsional yielding damper, Journal of Constructional Steel Research, 2019, Vol. 161, 385–399.
41. Cheraghi, A. Zahrai, M., Cyclic Testing of Multi-Level Pipe in Pipe Damper, Journal of Earthquake Engineering, 2017, 23, 1695-1718, Published online (2017).
42. Zahrai, M. Cheraghi, A., Improving cyclic behavior of multi-level pipe damper using infill or slit diaphragm inside inner pipe, Structural Engineering and Mechanics, 2017, Vol. 64, No. 2, 195-204.
[43]. چراغی، عبدالله؛ زهرائی، سید مهدی. "ارزیابی رفتار میراگر تسلیمی لوله در لوله با استفاده از تحلیل دینامیکی غیرخطی فزاینده(IDA) "، نشریه علمی-پژوهشی سازه و فولاد، سال 18، شماره 25، 1397، صفحه15-5.
[44]. تیزهوش، حسین؛ مودب، الهام. "بررسی آزمایشگاهی و عددی میراگر لوله¬ای جهت کنترل دو سطح مختلف زمین‌لرزه "، نشریه علمی-پژوهشی مهندسی سازه و ساخت، دوره 8، شماره 40، 1400، ص95-75.
[45] یوسفی، محسن؛ نصیرا، یحیی؛ قمری، علی. " بررسى عملکرد مدل جدیدی از میراگر مستطیلی درمهاربند همگرای قطری" فصلنامه آنالیز سازه- زلزله. دوره 18، شماره 1، 1400، صفحه 39-52.