بخشی از مقاله
چکیده
یکی از سیستمهای نوین مقاوم در برابر بارهای جانبی سیستم دیوار برشی کامپوزیت است که کاربرد آن بهدلیل سختی و مقاومت بالا و نیز شکل
پذیری مناسب، رو به افزایش است. استفاده از دیوارهای کامپوزیت در مقایسه با دیوارهای بتن مسلح، ضخامت کمتری را نیاز دارد که علاوه بر اشغال فضای کمتر از لحاظ معماری، وزن کمتر و به طبع آن کاهش نیروهای لرزهای وارد بر سازههای بلند مرتبه را بهدنبال خواهد داشت. همچنین استفاده از این دیوارها به دلیل عدم نیاز به آرماتورگذاری و قالببندی سبب تسریع در فرآیند ساخت و ساز میشود.
در این پژوهش نمونهای از دیوارهای کامپوزیت تحت عنوان دیوارهای برشی فولادی پرشده از بتن بهوسیله نرمافزار اجزا محدود ABAQUS
مدلسازی و نتایج با مدل آزمایشگاهی صحت سنجی شد که حاکی از برازش خوب مدل اجزا محدود با نتایج تجربی است. سپس با استفاده از
فرضیات تایید شده در مدل اجزامحدود، یک قاب فولادی دارای ستونهای مرکب پرشده با بتن که در آن دیوار بتنی توسط دو ورق فولادی احاطه
و هرسه توسط بولتهای پرمقاومت به هم متصل میشوند طراحی شد. مقایسهای بین رفتار لرزهای این سیستم با دو سیستم دیوارهای برشی
فولادی و قاب خمشی فولادی انجام شد. سختی و حداکثر مقاومت دیوار فولادی پرشده از بتن نسبت به دو سیستم مذکور بیشتر بود. بهعلاوه درصد افزایش پارامترهای شکلپذیری، ماکزیمم جابجایی و مقاومت دیوارهای برشی فولادی پرشده از بتن نسبت به دو سیستم دیگر تعیین گردید. سپس رفتار هیسترزیس سیستم تحت بارهای رفت و برگشتی مورد مطالعه قرار گرفت. منحنی های دوکی شکل حاکی از توانایی خوب سیستم در جذب انرژی در برابر بارهای رفت و برگشتی است.
کلمات کلیدی: دیوار کامپوزیت، رفتار هیسترزیس، شکل پذیری، اجزا محدود
-1مقدمه
در ساختمانهای بلندمرتبه با افزایش ارتفاع ساختمان نیروی فشاری محوری در پای دیوار به سرعت افزایش مییابد. در دیوارهای برشی بتن
مسلح، تنها راه کارآمد برای محدود کردن نسبت بار محوری، افزایش ضخامت دیوار است. ضخامت بیش از حد دیوار و به دنبال آن افزایش حجم آرماتورهای به کار رفته، سختی در ساخت و ساز را افزایش و فضای قابل استفاده بیشتری را اشغال میکند. بهعلاوه مقاطع تیرها و ستونهای قاب بایستی بیش از حد بزرگ طراحی شوند تا مطمئن شویم که قابها میتوانند بخش معینی از نیروهای جانبی را تحمل کنند. افزایش ضخامت دیوار
همچنین ممکن است منجر به افزایش وزن سازه و متناظر با آن افزایش اثرات لرزهای شود. لذا رسیدن به یک طراحی منطقی و اقتصادی در این
نوع دیوارها امری دشوار است. یک راه، استفاده از اشکال جدید دیوارهای سازهای همچون دیوارهای برشی کامپوزیت میباشد که ظرفیت بالای
شکلپذیری تحت بارهای فشاری محوری بزرگ و بارهای رفت و برگشتی با ضخامت قابل قبولی را دارند. بهطور کلی این دیوارها را میتوان به دیوارهای کامپوزیت SPRC (دیوار برشی فولادی تقویت شده با بتن) و CFDSP (دیوار برشی فولادی پرشده با بتن) تقسیم کرد که به موقعیت
قرارگیری ورق فولادی و دیوار بتنی بستگی دارد.[1] مطالعات گسترده تجربی و عددی نشان داده است که این سیستم با ترکیب خوب مقاومت،
سختی و ظرفیت شکل پذیری، عملکرد لرزهای بسیار خوبی در مناطق با لرزهخیزی بالا دارد.
در رابطه با دیوارهای کامپوزیت از نوع ورق فولادی تقویت شده با پانل بتنی، مطالعاتی در دانشگاه برکلی توسط آستانه اصل و همکارانش انجام شد. در این تحقیق نمونهها تحت بارهای رفت و برگشتی قرار گرفتند. علاوه بر تبیین توصیههای طراحی لرزهای برای این دیوارها نشان داده شد که ایجاد یک درز بین دیوار بتنی و تیرها و ستونهای اطراف علاوه بر افزایش شکلپذیری، موجب کاهش آسیب وارده به دیوار میشود.[2] در
سال 2012 عربزاده و احمدی تاثیر فاصله بین برشگیرها در حالتی که از پیچ استفاده شود را مورد مطالعه قرار دادند.[3] در سال 2009 رهایی و
حاتمی در مطالعهای تاثیر صلبیت تیر میانی، اتصال تیر به ستون و فاصله بین برشگیرها را بر رفتار این دیوارها بررسی کردند.[4] در سال 2011 عربزاده و همکاران مطالعاتی آزمایشگاهی بر روی دو قاب یک و سه طبقه دارای دیوار برشی کامپوزیت انجام دادند. تعیین شکلپذیری، ماکزیمم
مقاومت، مود گسیختگی نهایی، تعیین بارهای کمانش و تسلیم از اهداف این آزمایشات بود.[5]
در رابطه با دیوارهای کامپوزیت پرشده با بتن Wright و همکارانش[6] نخست یک دیوار کامپوزیت شامل دولایه ورق موجدار پرشده با بتن را مورد مطالعه قرار دادند. انجام این مطالعات به منظور یافتن عملکرد این نوع دیوارهای کامپوزیت تحت شرایط مختلف بارگذاری و یافتن روابط طراحی بودLink .[7] و همکارانش رفتار استاتیکی یک دیوار کامپوزیت پرشده با بتن با دیافراگمهای عمودی که تحت نیروهای عرضی و طولی بود، بهمنظور شبیهسازی یک دیوار ساحلی، بررسی کردندEmori .[8] یک دیوار کامپوزیت مشابه با دیافراگمهای افقی و عمودی ابداع کرد.[13] در اواسط دهه 90 میلادی یک دیوار کامپوزیت پرشده با بتن برای نیروگاه هستهای ژاپن ایجاد شد و مطالعات مختلفی توسط محققین بر روی آن صورت گرفت.[14] بهعلاوه Eom و همکارانش پنج دیوار کامپوزیت را با سطح مقاطع و اشکال مستطیلی و T شکل تحت بارگذاری چرخهای درون صفحه قرار دادند. دو صفحه فولادی آزمایش آنها با آرماتورهای فولادی به هم متصل شده بودند. در آزمایش آنها نیروی محوری فشاری درنظر گرفته نشد و نمونه آزمایشی، به دلیل شکست کششی جوش در پای دیوار و در محل اتصال تیرها و نیز کمانش ورقهای فولادی گسیخته شد.[15]
-2مدلسازی عددی و صحت سنجی با نمونههای آزمایشگاهی
در مدلسازی اجزامحدود المان Solid برای تیر، ستونها، بخشهای بتنی و آرماتورهای U شکل بهکار گرفته شد. برای ورق فولادی از المان Shell و برای بولت ها از المان Beam با شش درجه آزادی در هر گره استفاده شد که طول آن برابر ضخامت پوشش بتنی میباشد. مشبندی
سیستم به گونهای صورت گرفت که فقط دو گره در دو انتهای بولتها داشته باشیم که این گرهها به گرههای متناظر بر روی ورقهای فولادی و
پوشش بتنی متصل (Couple) گردند. همچنین ورق فولادی و پوشش بتنی باید مشبندی یکسانی داشته باشند تا گرهها در محل اتصال این دو
دیوار به بولتها قرار گیرد. در آنالیز مدل مشهای ریزتری برای دیوارهای بتنی و فولادی به کار رفت تا نتایج دقیقتری در محل بولتها بدست آید.
مدل اندرکنش بین فولاد و بتن از طریق تماس صفحه به صفحه فولاد و بتن صورت میگیرد. با در نظر گرفتن تماس سخت، نفوذ سطح بتن به
سطح فولاد به حداقل رسیده و اجازه انتقال تنش کششی را در طول بخش اندرکنش نمیدهد. در تعریف رفتار تانژانتی از مدل اصطکاکی کلمب با
ضریب اصطکاک 0/3 استفاده شده است. بارگذاری مدل از طریق اعمال جابجایی به تیر بتنی و بر مبنای کنترل تغییرمکان به صورت افزایشی به بالای نمونه اعمال شد. برای سازگاری با شرایط آزمایشگاهی پای مدل گیردار فرض و از خروج از صفحه تیر سقف ممانعت شد
