تأثیر مقاومت مشخصه بتن در قابلیت اعتماد پدیده تیر ضعیف – ستون قوی

فدائی فتح آبادی, محمد جواد; عزیززاده فروزی, حمیدرضا

doi:10.30478/jcsm.2026.540669.1401

تأثیر مقاومت مشخصه بتن در قابلیت اعتماد پدیده تیر ضعیف – ستون قوی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

محمد جواد فدائی فتح آبادی ¹

حمیدرضا عزیززاده فروزی ²

¹ استاد دانشکده فنی و مهندسی، بخش مهندسی عمران ، دانشگاه شهید باهنر کرمان

² دانشجوی دکتری، دانشکده فنی و مهندسی، بخش مهندسی عمران ، دانشگاه شهید باهنر کرمان

10.30478/jcsm.2026.540669.1401

چکیده

بررسی قابلیت اعتماد معیار تیر ضعیف - ستون قوی در سازه‌ها، از موضوعات کلیدی در طراحی ساختمان‌های مقاوم در برابر زلزله به شمار می‌رود. شرط اصلی تحقق این معیار، که در مباحث نهم و دهم مقررات ملی ساختمان ایران نیز بر آن تأکید شده، برتری ظرفیت خمشی ستون‌ها بر ظرفیت خمشی تیرها در هر گره سازه‌ای است. این پژوهش به ارزیابی احتمال وقوع شکست تیرها پیش از ستون‌ها می‌پردازد و در این مسیر، بر یکی از پارامترهای احتمالی مؤثر، یعنی مقاومت فشاری بتن، تمرکز دارد. تصادفی بودن مقاومت فشاری مشخصه بتن به این معنی است که این مقاومت یک عدد قطعی نیست بلکه میانگین مقاومت چند نمونه با مقداری انحراف معیار میباشد. سایر پارامترها مانند مقاومت مصالح فولاد و ابعاد مقاطع به صورت قطعی در نظر گرفته شده‌اند.

در این مطالعه، با به‌کارگیری مدل‌سازی احتمالی و تعریف تابعی برای توزیع احتمالی مقاومت فشاری بتن، تأثیر تغییرات این مقاومت بر احتمال برقراری شرط تیر ضعیف - ستون قوی بررسی شده است. این تابع با استفاده از معادلات حاکم بر تعادل لنگرها استخراج شده است. نتایج به‌وضوح نشان می‌دهند که تغییر مقادیر میانگین و انحراف معیار در توزیع نرمال مقاومت بتن، احتمال تحقق این شرط را به‌طور معناداری تغییر می‌دهد. این یافته‌ها، اهمیت توجه به عدم قطعیت‌های ذاتی در مشخصات مصالح و لزوم استفاده از روش‌های مبتنی بر قابلیت اعتماد در فرآیند طراحی سازه‌ها را پررنگ می‌نماید.

کلیدواژه‌ها

قابلیت اعتماد سازه

تیر ضعیف - ستون قوی

مقاومت فشاری بتن

توزیع احتمال نرمال

عدم قطعیت

موضوعات

تحلیل و طراحی سازه های بتنی

عنوان مقاله English

The Effect of Concrete Characteristic Strength on the Reliability of the Weak Beam – Strong Column Phenomenon

نویسندگان English

Mohammad Javad Fadaee Fathabadi ¹

Hamidreza Azizzadeh Forouzi ²

¹ Civil Engineering Department, Faculty of Engineering, Shahid Bahonar University of Kerman

² Civil Engineering Department,, Faculty of Engineering, Shahid Bahonar University of Kerman,

چکیده English

The reliability analysis of the "Weak Beam-Strong Column" phenomenon is recognized as a critical subject in the design of earthquake-resistant structures. Investigation on the "Weak Beam-Strong Column" phenomenon indicates that this principle depends on multiple parameters including geometric properties of the members and their physical characteristics. For reinforced concrete frames, the parameters include geometric properties such as beam and column dimensions, reinforcement area, and reinforcement placement in the sections (concerning effective depth), as well as physical properties including elastic modulus of the materials and material strengths.

The specific subject of this paper is the reliability analysis of the "Weak Beam-Strong Column" condition. In structural design, reliability refers to the probability of a structure maintaining its expected performance under stochastic conditions. For the "Weak Beam-Strong Column" phenomenon, this reliability can serve as an indicator of structural behavior under dynamic effects such as earthquakes or other loadings.

In this study, through probabilistic modeling and by defining a probability function for concrete compressive strength – derived from the governing moment equilibrium equations – the probability of fulfilling this condition under variations in concrete compressive strength has been investigated.

The results emphasize that material uncertainties in construction cannot be ignored in component design. This principle is recognized as fundamental in modern codes such as FEMA guidelines. However, a key limitation of this research is its exclusive focus on concrete compressive strength without consideration of other stochastic parameters such as steel tensile strength variability, cross-sectional geometric variations, or material fatigue effects.

These findings could facilitate the development of reliability-based design guidelines that incorporate inherent material uncertainties in calculations. The outcome may optimize both structural safety and economic efficiency.

کلیدواژه‌ها English

Structural reliability

Weak beam - strong column

Concrete compressive strength

Normal probability distribution

Uncertainty

1. شاپور طاحونی. (۱۳۹۷). تحلیل و طراحی سازه‌های بتن مسلح (چاپ چهاردهم). تهران: موسسه انتشارات دانشگاه تهران.

2. وزارت راه و شهرسازی. (۱۴۰۲). آیین‌نامه طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله (استاندارد ۲۸۰۰). تهران: مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی.

3. وزارت راه و شهرسازی. (۱۴۰۱). مقررات ملی ساختمان ایران، مبحث نهم: طراحی و اجرای ساختمان‌های بتن آرمه. تهران: مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی.

4. Liel, A. B., Haselton, C. B., & Deierlein, G. G. (2016). Assessing the collapse risk of California's existing reinforced concrete frame structures: Metrics for seismic safety decisions. Structural Safety, 72, 1-14. DOI: 10.1016/j.strusafe.2017.12.001.

5. Wang, Z., & Li, Y. (2020). Probabilistic seismic demand analysis of RC frames considering material uncertainties. Journal of Structural Engineering, 146(8), 04020159. DOI:10.1061/(asce)st.1943-541x.0002703.

6. Haselton, C. B., & Deierlein, G. G. (2017). Assessing seismic collapse safety of modern reinforced concrete moment frames. ASCE Journal of Structural Engineering, 142(12), 04016130. DOI: 10.1061/(asce)st.1943-541x.0001904.

7. Federal Emergency Management Agency (FEMA). (2018). FEMA P-58: Seismic Performance Assessment of Buildings. Washington, D.C. . DOI:10.1061/9780784414854.

۸. بابایی، ا. ح. و تاروردیلو ، س. (1397). بررسی اشکالات ضابطه تیرضعیف-ستون قوی ACI-318 ، اولین کنفرانس ملی زیرساخت ها(دانشگاه ارومیه)، سیویلیکا - شناسه: .NCIE01_064

۹. احمدی، م.، و طاهری، ب. (۱۳۹۷). تحلیل حساسیت پارامترهای مصالح در قاعده تیر ضعیف-ستون قوی قاب‌های بتن مسلح. مجله مهندسی عمران مدرس، (۴)۱۷، ۱۱۹، . DOI: 10.22068/mce.2018.15545.1325

10. Zhang, Y., Wang, Z., & Li, J. (2019). Machine learning-based prediction of nonlinear behavior of beam-column connections in RC structures. Engineering Structures, 198,109-125. DOI: 10.1016/j.engstruct.2019.109425.

11. Li, X., Chen, Y., & Wang, H. (2020). Experimental investigation of the effect of concrete strength variability on the behavior of beam-column joints. Construction and Building Materials, 258, 119-135. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.119135.

۱۲. کریمی، ح.، و رضایی، ف. (۱۴۰۱). مدل‌سازی عدم قطعیت مقاومت فشاری بتن در اتصالات تیر ضعیف - ستون قوی. مجله مهندسی زلزله، (۲)۲۵، ۶۷-۸۲، شناسه: JSEE-252067.

۱۳. موسوی، س.، و پورزنگنه، ا. (۱۳۹۹). ارزیابی احتمالی فروریزش قاب‌های بتن مسلح با فلسفه طراحی تیر ضعیف - ستون قوی. مجله بین‌المللی مهندسی عمران، (۱)۱۲، ۴۵-۶۰، .DOI: 10.22068/ijce.2019.4652

۱۴. نادری، ع.، و شریفی، م. (۱۴۰۰). بهینه‌سازی مبتنی بر قابلیت اعتماد در سیستم‌های تیر ضعیف - ستون قوی بتن مسلح. مجله مهندسی ساختمان، (۳)۹، ۸۹-۱۰۴. شناسه. JSE-93089 :

۱۵. قادری، ک.، و میرجلیلی، ح. (۱۳۹۸). مدل‌های تقاضای لرزه‌ای احتمالی برای قاب‌های بتن مسلح تیر ضعیف - ستون قوی. مجله مهندسی عمران شریف، (۲)۳۵، ۳۳-۴۸،. DOI: 10.24200/j30.2018.49235.2541

۱۶. فتحی، ا.، و خلیلی، ر. (۱۴۰۲). ارزیابی احتمالاتی رفتار غیرخطیاتصالات در مکانیزم تیر ضعیف-ستون قوی. مجله علوم و فناوری ایران، (۳)۴۵، ۲۵۰-265،. DOI: 10.22078/ijstc.2022.3456.1890

۱۷. رضوان، پ.، و عظیمی، س. (۱۴۰۱). قابلیت اطمینان لرزه‌ای سازه‌های بتن مسلح با در نظر گرفتن عدم قطعیت مصالح. مجله مهندسی سازه و ساخت، (۴)۱۲، ۷۵-۹۰. شناسه: . JSC-124075

۱۸. صالحی، م.، و کاظمی، ن. (۱۳۹۶). تحلیل ارتعاش تصادفی و قابلیت اعتماد قاب‌های بتن مسلح تحت بارهای لرزه‌ای. مجله فناوری پیشرفته بتن، (۱)۱۲، ۱۵۵-۱۷۰، . DOI: 10.22115/scce.2017.48567.1023

۱۹. حسینی، ر.، و تهرانی، م. (۱۳۹۵). مدل‌سازی میدان تصادفی مقاومت بتن در سیستم‌های تیر ضعیف - ستون قوی. مجله مهندسی عمران امیرکبیر، (۳)۴۷، ۹۹-۱۱۴، . DOI: 10.22060/ceej.2016.602

۲۰. شکیب، ح.، و اسدیان، م. (۱۳۹۸). شبیه‌سازی عددی توالی خرابی در قاب‌های بتن مسلح با قاعده تیر ضعیف - ستون قوی. مجله مهندسی عمران شریف، (۴)۳۴، ۸۵-۱۰۰، . DOI: 10.24200/j30.2019.51234.2612

۲۱. نجفی، پ.، و بابایی، ا. (۱۴۰۰). تحلیل قابلیت اعتماد سیستم‌های تیر-ستون ضعیف تحت بارهای لرزه‌ای تصادفی. مجله مهندسی زلزله، (۱)۲۶، ۴۵-۶۰. شناسه. JSEE-26145 :

۲. تاروردیلو، س.، و جوانمردی، ی. (۱۳۹۷). بررسی اشکالات ضابطه تیر ضعیف - ستون قوی در استانداردهای ایرانی. مجله مهندسی ساختمان، (۲)۸، ۱۲۰-۱۳۵. شناسه. JSE-82120:

۲۳. محبی، ب.، و عباس‌نیا، ح. (۱۴۰۱). کمی‌سازی عدم قطعیت در رفتار اتصالات بتن مسلح تیر ضعیف - ستون قوی. مجله بین‌المللی مهندسی عمران، (۲)۱۴، ۶۵-۸۰، .DOI: 10.22068/ijce.2021.4896.1623

24. Ang, A. H. S., & Tang, W. H. (2007). Probability concepts in engineering: emphasis on

applications in civil & environmental engineering (2nd ed.). John Wiley & Sons.