علم تصمیم گیری و سیستم های هوشمند 3060-7574 در دست انتشار 1405 07 01 Development of an Analytical Model and Optimization Framework for the Performance of Truncated-Pyramid Steel Vertical Links in Structures Subjected to Cyclic Loading توسعه مدل تحلیلی و چارچوب بهینه‌سازی عملکرد لینک‌های قائم فولادی با هندسه هرم ناقص در سازه‌های تحت بارگذاری چرخه‌ای 1 20 FA حسن نورانیان گروه مهندسی عمران، واحد سمنان، دانشگاه آزاد اسلامی، سمنان، ایران علی خیرالدین گروه مهندسی سازه، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران علی همتی گروه مهندسی عمران، واحد سمنان، دانشگاه آزاد اسلامی، سمنان، ایران Journal Article 1405 04 09 <p>Steel vertical links are widely used as ductile shear fuses in vertical eccentrically braced frames (V-EBFs), dissipating seismic energy through controlled inelastic deformation while keeping the remaining structural members within the near-elastic range. Unlike prismatic beam-like links, which have been extensively investigated in previous studies, a practically relevant configuration employs a three-dimensional truncated-pyramid member whose circular cross-section varies continuously along the link height. Because the cross-sectional properties vary along the member axis, closed-form relationships developed for constant-section links cannot be directly applied. This study develops a dimensionless closed-form analytical framework for such variable-geometry links. First, the initial stiffness, yield force, and yield displacement are derived for a prismatic member with a constant annular cross-section. These relationships are then extended to the truncated-pyramid geometry by integrating the flexibility along the member axis and identifying the critical cross-section governing the onset of yielding. The post-yield response is represented by a three-region bilinear model, and dimensionless relationships are derived for the normalized force–displacement response, overstrength factor, energy dissipated per cycle, and equivalent viscous damping ratio, expressed solely in terms of the ductility demand and post-yield hardening ratio. A parametric evaluation of the derived relationships over a broad range of taper ratios demonstrates that approximating a truncated-pyramid member using its mean diameter systematically overestimates the initial stiffness compared with the exact solution for the variable geometry. An independent single-member finite element screening analysis of a circular truncated-pyramid specimen from the same cross-sectional category was also conducted. The stress and plastic strain fields concentrate at a critical cross-section, and the specimen exhibits a stable ductility ratio, both of which are consistent with the closed-form idealization. However, the screening specimen represents a different tapering subcase, characterized by a constant wall thickness, and lacks a documented force-transfer arm. The resulting closed-form framework can support the interpretation of experimental and finite element results, parametric design studies, and preliminary sizing of truncated-pyramid steel vertical links. The scope of the present study is limited to analytical derivation and internal consistency verification of the proposed framework.</p> <p>لینک‌های قائم فولادی به‌طور گسترده به‌عنوان فیوز برشی شکل‌پذیر در قاب‌های مهاربندی خارج از مرکز قائم (V-EBF) به کار می‌روند و با تغییرشکل غیرالاستیک کنترل‌شده، انرژی زلزله را مستهلک می‌کنند، در حالی که سایر اعضای سازه در محدوده نزدیک به الاستیک باقی می‌مانند. برخلاف لینک‌های تیرمانند منشوری که در پیشینه پژوهشی به‌طور گسترده بررسی شده‌اند، گونه‌ای با کاربرد عملی از یک عضو سه‌بعدی هرم ناقص استفاده می‌کند که مقطع دایروی آن به‌طور پیوسته در امتداد ارتفاع لینک تغییر می‌کند. از آنجا که خواص مقطع در امتداد طولی متغیر است، روابط بسته توسعه‌یافته برای لینک‌های با مقطع ثابت مستقیماً قابل استفاده نیستند. در این پژوهش یک چارچوب تحلیلی بسته و بی‌بُعد برای چنین لینک‌هایی با هندسه متغیر توسعه داده شده است. ابتدا سختی اولیه، نیروی تسلیم و تغییرمکان تسلیم برای مقطع حلقوی ثابت (منشوری) استخراج می‌شوند و سپس با انتگرال‌گیری از انعطاف‌پذیری در امتداد محور عضو و تعیین مقطع بحرانی حاکم بر آغاز تسلیم، به هندسه هرم ناقص تعمیم داده می‌شوند. پاسخ پس از تسلیم در قالب یک مدل سه‌ناحیه‌ای دوخطی بیان شده و روابط بی‌بُعد برای پاسخ نیرو-تغییرمکان نرمال‌شده، ضریب مقاومت اضافی، انرژی مستهلک‌شده هر سیکل و نسبت میرایی ویسکوز معادل، تنها بر حسب شکل‌پذیری تقاضا و نسبت سخت‌شوندگی پس از تسلیم به دست می‌آیند. ارزیابی پارامتریک روابط استخراج‌شده در محدوده وسیعی از نسبت‌های مخروطی‌شدگی نشان می‌دهد که ایده‌آل‌سازی عضو هرم ناقص با قطر میانگین آن، به‌طور نظام‌مند سختی اولیه را نسبت به جواب دقیق هندسه متغیر بیش‌برآورد می‌کند. غربالگری مستقل اجزای محدود تک‌عضوی یک نمونه هرم ناقص دایروی از همان رده مقطع ، نیز بررسی شده است: میدان‌های تنش و کرنش پلاستیک در یک مقطع بحرانی متمرکز می‌شوند و نمونه یک نسبت شکل‌پذیری پایدار نشان می‌دهد که هر دو با ایده‌آل‌سازی بسته سازگارند، هرچند نمونه غربالگری از نظر زیرحالت مخروطی‌شدگی (ضخامت جداره ثابت) متفاوت است و فاقد بازوی انتقال نیروی مستندشده است؛ چارچوب بسته حاصل می‌تواند در تفسیر نتایج آزمایشگاهی و اجزای محدود، مطالعات پارامتریک طراحی و اندازه‌گذاری اولیه لینک‌های قائم هرم ناقص مورد استفاده قرار گیرد. دامنه پژوهش حاضر به استخراج تحلیلی و صحت‌سنجی درونی (بسته) آن محدود است.</p> https://dsisj.com/index.php/dsisj/article/download/125/57