ارزیابی روش های مختلف عددی و مدل‌سازی قاب های بتن مسلح دارای میانقاب بنایی در برابر بارهای جانبی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد سازه ، دانشکده فنی و مهندسی ، دانشگاه رازی

2 دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

چکیده

مدلسازی و ارزیابی عملکرد لرزه ای قاب های بتن مسلح دارای میانقاب بنایی به علت وجود پارامترهای متعدد نظیر مشخصات آجر، خصوصیات ملات، اندرکنش بین آجر و ملات و نیز وجود عدم قطعیت های زیاد در مورد این پارامترها یکی از چالش های اصلی مهندسان طراح می باشد. جهت پیش بینی رفتار لرزه ای این عناصر سازه ای باید مدل تحلیلی، جامع و کارا باشد به نحوی که بتواند رفتار واقعی سازه را نشان دهد. در دهه های اخیر مدلسازی رفتار قاب بتن مسلح دارای میانقاب بنایی تحت بارگذاری درون صفحه توجه بسیاری از محققین را به خود معطوف کرده است. هدف اصلی در این مقاله بررسی و مقایسه روش های مختلف مدلسازی قاب بتن مسلح دارای میانقاب بنایی با نتایج آزمایشگاهی و انتخاب روش برتر می باشد. برای دست یابی به این هدف پس از توضیح زمینه های کاربرد هر یک از این روش ها، نمونه ساخته شده در آزمایشگاه به سه روش مختلف مدلسازی شده است. مدل اول با روش کوچک مقیاس (micro) ساده سازی شده و مدل دوم با روش بزگ مقیاس (macro) در نرم افزار Abaqusمدل سازی شده اند. مدل سوم نیز با استفاده از ایده میله معادل فشاری در نرم افزار Opensees مدل سازی شده است. بررسی نتایج حاصل از مدلسازی و مقایسه آن با نتایج آزمایشگاهی نشان دهنده‌ی آن است که مدلسازی به روش روش بزگ مقیاس (macro) با 65/2 درصد خطا در بار نهایی و نمایش بهتر محدوده ترک خوردگی، کم خطاترین روش مدلسازی است. همچنین نیاز به پارامترهای مختلف و پیچیده و در دسترس نبودن آنها و عدم قطعیت در مورد رفتار میانقاب‌ها موجب خطای 12/10 درصدی روش مدلسازی کوچک مقیاس (micro) ساده سازی شده است. مدلسازی با استفاده از ایده میله معادل با خطای 28/9 درصد می تواند سهولت زیادی در مدلسازی ساختمان ها بویژه ساختمان های بلند مرتبه ایجاد کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Comparison of Numerical Techniques of Masonry Infilled RC Frames for Lateral Loads

نویسندگان [English]

  • reza moradi 1
  • ebrahim khalilzadeh vahidi 2
1 MS student, Faculty of engineering, razi university, kermanshah, iran
2 Faculty of Engineering, Razi University, Kermanshah, Iran
چکیده [English]

Due to the influences of several parameters such as brick and mortar properties, interaction between brick and mortar and etc., engineers encounter challenges in modeling and evaluating procedure of the seismic behavior of masonry-infilled reinforced concrete (RC) frames. To predict the seismic behavior of these structural elements, the analytical model must be comprehensive and efficient in such a way that it can show the actual behavior of the structure. Modeling the behavior of masonry infilled reinforced concrete frames under in-plan load, has received much attention over the last decade. The main aim of this paper compares different methods of modeling infilled frame with experimental results in order to choose the appropriate method for modelling of infilled RC frames. To achieve the purpose, after describing the background to the application of each method, the specimen which was tested in the laboratory was modeled in three different methods. The first model was realized by simplified micro-modelling and, the second model was realized by macro-modelling procedure via Abaqus software. The third model was further made by equivalent diagonal compressive strut modelling in OpenSees software. The results showed that the macro-modeling method had maximum and the simplified micro-modeling had minimum accuracy in Abaqus software. The amount of observed differences between experimental results and macro-modeling approach, between experimental results and simplified micro-modeling approach, and equivalent diagonal compressive strut modeling were 2.65%, 9.25% and 10.12%, respectively. These findings maintain that macro-modeling technique in Abaqus software could have an appropriate performance in detecting cracks.

کلیدواژه‌ها [English]

  • micro-modelling
  • macro-modelling
  • In-plan load Infilled masonry
  • RC frame
  • simplified

 

[1]      Zare, Mehdi, F. Kamranzad, I. Parcharidis, and V. Tsironi. "Preliminary report of Mw7. 3 Sarpol-e Zahab, Iran earthquake on November 12, 2017." EMSC Report (2017): 1-10.

[2]     Fabio D.T., Giuseppe M., Liborio C. and Maurizio P. “Masonry infills and RC frames interaction: literature overview and state of the art of macromodeling approach “ Taylor & Francis, European Journal of Environmental and Civil Engineering, 2015 .

[3]     Keyvani J. & Farzadi M. , “impact of brick infill walls on the seismic behavior of reinforced concrete using finite element method” Asian journal of civil engineering VOL. 12, NO. 6(2011); PP. 789-802,

[4]     Lourenco, P.B, “User/Programmer Guide for the Micro-Modeling of Masonry Structures”, Delft University of Technology ; Faculty of Civil Engineering; Report no.03.21.1.31.35 November 1996.

[5]     Bakeer, T. “Collapse Analysis of Masonry Structure under Earthquake Actions“ Chair of Structure Design , TU Dresden, 8 edition , 2009. ISBN 9783867801300

[6]     Chaimoon, K, and Attard, M,M. “Modeling of unreinforced masonry walls under shear and compression” Engineering Structure, Vol. 29,PP. 2056-2068. 2007.

[7]     Gabor, A., Ferrier, E., Jacquelin, E., and Hamelin, P. “Analysis and modelling of the in-plan shear behavior of hollow brick masonry panels.” Construction and Building Materials, Vol. 20, No, 5. PP, 308-321. 2006.

[8]     Gabor, A. Bennani, A. Jacquelin, E. and Lebon, F. “modeling approaches of the in-plane shear behaviour of unreinforced and FRP strengthened masonry panels.” Composite structure, Vol, 74, No, 3, PP. 277-288. 2006.

[9]     P.G. Asteris. “Finite Element Micro-Modeling of Infilled Frames”. Electronic Journal of Structural Engineering, Volume 8(2008), PP. 1-11.

[10] Ioannis Koutromanos a., Andreas Stavridis a, P. Benson Shing a, Kaspar Willam. “Numerical modeling of masonry-infilled RC frames subjected to seismic loads “.Computers & Structures, Volume 89(2011), Issues 11–12, Pages 1026 – 1037.

[11] P.B. Lourenço, J.G. Rots and J. Blaauwendraad. “Two Approaches for the Analysis of Masonry Structures: Micro and Macro-Modelling “. Heron, Vol. 40 (1995) No. 4, pp. 313-340.

[12] C.E. Ventura, W.D. Liam Finn, J.F. Lord, N. Fujita ,”Dynamic characteristics of a base isolated building from ambient vibration measurements and low level earthquake shaking” , Journal of Soil Dynamics and Earthquake Engineering 23 (2003) PP.313–322

[13] Omid Rezaifar, M.Z. Kabir,M. Taribakhsh, “A. Tehranian, Dynamic behaviour of 3D-panel single-storey system using shaking table testing” , Journal of Engineering Structures 30 (2008) PP.318–337

[14] Nawel Mezigheche, Abdelhacine Gouasmia, Allaeddine Athmani, Mouloud Merzoud. “Behavior of the Masonry Infill in Structures Subjected to the Horizontal Loads” International Journal of Civil, Environmental, Structural, Construction and Architectural Engineering Vol:9, No:6, (2015)

[15] Buonopane, S. and White, R.”Pseudo dynamic Testing  of Masonry infilled Reinforced Concrete Frame “. Journal of Engineering, Volume 125, issue 6 ( June 1999 )

[16] .Modan A. Reinhorn A.M, .Fellow, ASCE,J.B.Mander, Member, ASCE, and R.E Valles “Modeling of Masonry Infill Panels for Structure Analysis”  Journal of structural engineering, Vol. 123, No. 10, (1997)

[17] Lila M. Abdel-Hafez, A.E.Y. Abouelezz, Faseal F. Elzefeary.“ Behavior of masonry strengthened infilledreinforced concrete frames under in-plan load “ HBRC Journal (2015)11, PP.213–223

[18] PhD thesis, Andreas Stavridis. “Analytical and Experimental Study of Seismic Performance of Reinforced Concrete Frames Infilled with Masonry Walls”. PhD Thesis, University Of CalIfornia, San Diego, 2009

[19] Abaqus 6.14 Documentation / CAE User Guide.

[20] Wahalathantri, B.L., Thambiratnam, D.P., Chan,T.H.T., & Fawzia, S.”A Material Model For Flexural Crack Simulation In Reinforced Concrete Elementes Using Abaqus” Wahalathantri, Buddhi Lankananda, Thambiratnam, D.P., Chan, T.H.T., &Fawzia, S (2011)

[21] Pinho, R.;Casarotti, c; Antoniou, s. “A Comparison of single-run pushover analysis techniques for seismic assessment of bridges”, Journal of Earthquake Engineering, Vol, 36, PP 1347-1362. (2007).

[22] Hemant B. Kaushik, Durgesh C. Rai. and Sudhir K. Jain. ” Uniaxial Compressive Stress–Strain Model for Clay Brick Masonry” Cuurent Science, Vol. 92, No. 4, 25Feebruary (2007).