بخشی از مقاله
ارزیابی دیوار هاي برشی فولادي سینوسی با بازشور
چکیده:
دیوارهاي برشی فولادي یکی از مناسب ترین سیستم هاي رایج جهت مقاومت و پایداري سازه در برابر بارهاي جانبی می باشد که در مقاوم سازي و بهسازي سازه هاي بلند مرتبه و سازه هاي خاص در مناطق لرزه خیز بکار گرفته می شود. از جمله مزیت هایی که سبب رونق گرفتن این سیستم نسبت به سیستم هاي مشابه شده است می توان به شکل پذیري بالا، ظرفیت جذب و استهلاك انرژي فراوان، سختی اولیه بالا، سبک بودن نسبت به مشابه بتنی خود، کاهش زمان و هزینه ساخت اشاره نمود. ایده دیوار برشی فولادي موجدار با این هدف ارائه شده است که به دلیل پایداري خارج از صفحه و درون صفحه اي بالا و عملکرد لرزه اي بهتر، استفاده از این نوع ورق ها در سیستم دیوارهاي برشی فولادي به جاي ورق هاي ساده باعث بهبود رفتار دیوار برشی فولادي می شود. به دلیل اینکه در اکثر مواقع ضرورت وجود بازشود در دیوار برشی فولادي به دلایل معماري امري اجتناب ناپذیر می باشد. در این مقاله به بررسی تأثیر بازشو به رفتار لرزه اي دیوار برشی ساخته شده از ورق فولادي با شکل موج سینوسی پرداخته شده است. نتایج این مقاله براساس روش اجزاي محدود و با استفاده از نرم افزار
ANSYS، به بررسی پارامترهاي هندسی بازشو مانند ابعاد و محل قرارگیري بازشو بر رفتار دیوار برشی فولادي موجدار پرداخته شده است. نتایج حاصل از این بررسی نشان داده است که با افزایش ابعاد بازشو در مرکز ورق فولادي از میزان ظرفیت باربري، سختی، در دیوار کاسته شده ولی شکل پذیري افزایش می یابد.
واژههاي کلیدي: دیوار برشی فولادي، بازشو، ورق موجدار سینوسی، ظرفیت باربري، شکل پذیري
-1 مقدمه:
دیوار هاي برشی فولادي در حدود سه ده اخیر در بیشتر کشورهاي پیشرفته و لرزه خیز از جمله آمریکا، ژاپن و کانادا در سازه هاي بلند مرتبه استفاده می شود. دیوار برشی فولادي از یک سري ورق فولادي که توسط تیر و ستون ها در برگرفته، تشکیل شده است. دیوارهاي برشی فولادي همانند تیرورق طره اي عمل می کنند و همان
طوري که در شکل (1) نشان داده شده است، ستون ها به منزله ي بالهاي آنها، تیرهاي طبقات همانند سخت کننده هاي آن و ورق فولادي به عنوان جان آن می باشند. دیوار هاي برشی فولادي در دو نوع می باشند، نوع اول دیوارهاي برشی سخت نشده و نوع دوم دیوارهاي برشی فولادي سخت شده. این سیستم از نظر سختی برشی از سخت ترین سیستم هاي مهاربندي که X شکل می باشند، سخت تر بوده و با توجه به امکان ایجاد بازشو در هر نقطه از آن کارایی بهتري از همه سیستم هاي مهاربندي را از این نظر دارا می باشد. هم چنین رفتار سیستم در محیط پلاستیک و میزان جذب انرژي آن نسبت به سیستم هاي مهاربندي بهتر است.
شکل(: (1 تشابه دیوار برشی فولادي و تیر ورق طره اي
در زمینه دیوار هاي برشی فولادي سخت شده و سخت نشده مطالعات و فعالیت هاي آزمایشگاهی و نظري متعددي صورت گرفته است. از جمله محققانی که در زمینه دیوارهاي سخت شده و سخت نشده فعالیت هاي تحقیقاتی و آزمایشگاهی انجام داده اند عبارتند از: برمن و برونئو، صبوري قمی و روبرتز، کولاك و همکاران، درایور و همکاران، هیتاکا و ماتسو، صبوري و قلهکی، چو و پارك، کیسز و همکاران و غیره. تحقیقات بر روي دیوار هاي برشی فولادي با ورق هاي موجدار محدود بوده و در این زمینه بر روي تیر ورق ها انجام شده است. از جمله تحقیقات انجام یافته بر روي تیر ورق هاي ساخته شده از ورق موجدار می توان به فعالیت هاي آزمایشگاهی پترسون و کارد، روتول، آراونا و ادلوند، الغالی و داغر و عثمان اشاره کرد. از جمله تحقیقات انجام یافته در زمینه استفاده از ورق هاي موجدار در قابهاي فولادي می توان به فعالیت هاي آزمایشگاهی برمن و برونئو، چوزا و همکاران، تاناکا و همکاران و بترس اشاره کرد.
-2 مدلسازي و صحت عملکرد نرم افزار:
-1-2 صحت یابی مدلسازي:
در این مقاله جهت بررسی صحت فرضیات به کار گرفته شده در مدلسازي نمونه ها در نرم افزار اجزاي محدود ANSYS و صحت عملکرد نرم افزار و تعیین دقت آن، از مطالعات آزمایشگاهی انجام یافته توسط آقاي عثمانی در سال 2001 ، استفاده شده است .[2] لذا در این جا از نمونه اول TS600-3 موجود در این مطالعه
آزمایشگاهی، استفاده شده است. که تحت بارگذاري یکنواخت، در سه نقطه اثر متفاوت بارگذاري قرار دارد.
براي مدل سازي مدل آزمایشگاهی TS600-3 در نرم افزار، از المان Shell143 براي مدل کردن ورق هاي بال، جان و صفحات سخت کننده استفاده شده است. مقاومت تسلیم مصالح 355 مگا پاسکال (N/mm2) و مدول الاستیسیته مصالح 210000 مگاپاسکال است. ضریب پواسون برابر 0/3، مدول الاستیسیته مماسی (ثانویه) معادل
6300 مگاپاسکال می باشد. تیر ها بصورت تک دهانه و دو سر ساده بوده و بارگذاري هر تیر بصورت یکنواخت تحت بار متمرکز بود. جهت تحلیل غیر خطی نمونه ها از روش نیوتن رافسون استفاده شده است و براي همگرایی بهتر و افزایش دقت نتایج، ابعاد المان ها 50 میلیمتر و گام هاي بارگذاري به میزان 0/001 در نظر گرفته شده است.
از این رو با توجه به نتایج ارائه شده در شکل (2) می توان به صحت فرضیات به کار رفته در مدل سازي و دقت قابل قبول آن نسبت به مدل آزمایشگاهی پی برد.
شکل :( 2) نتایج صحت یابی مدل المان محدود و مدل آزمایشگاهی عثمان (A,B,C)
-2-2 مشخصات مدلسازي:
مدل هاي مورد بررسی در این مقاله دیوارهاي یک طبقه و یک دهانه به عرض دهانه 4000 و ارتفاع 3000
میلیمتر می باشند. اعضاي مرزي شامل ستون ها و تیرها از مقاطع IPB200 و IPE200 استفاده شده است. شرایط
مرزي مدل ها به گونه اي است که از تغییر مکان خارج صفحه اعضاي مرزي ممانعت به عمل آمده و دیوار در محل تکیه گاه خود، به صورت کاملا صلب می باشد و در نرم افزار، اتصال تیر به ستون و ورق به اعضاي مرزي به صورت کاملا صلب است، یعنی اتصال از نوع جوش فرض شده است. ورق هاي فولادي پر کننده در دهانه قاب از نوع ورق هاي با موج هاي سینوسی می باشد. براي تحلیل مدل ها از روش استاتیکی غیر خطی استفاده شده است.
مصالح به کار رفته در ساخت تمامی مدل هاي مورد بررسی در این تحقیق، از فولاد St37 با منحنی تنش-کرنش الاستوپلاستیک (دوخطی) بوده است. این فولاد داراي مقاومت تسلیم 240 مگاپاسکال (N/mm2) مدول الاستیسیته 210000 مگاپاسکال و مدول الاستیسیته 6300 مگاپاسکال است. ضریب پواسون نیز برابر 0/3 می باشد.
تمامی نمونه ها با در نظر گرفتن غیر خطی هندسی، غیر خطی مصالح و قانون سخت شوندگی جنبشی تحلیل شده
اند.
شکل :(3) مدل المان محدود دیوار برشی فولادي با ورق موجدار سینوسی
-3 بررسی نتایج:
-1-3 تاثیر ابعاد بازشو بر رفتار دیوار برشی فولادي موجدار:
جهت بررسی تاثیر ابعاد بازشو بر رفتار دیوار برشی فولادي موجدار، شکل و محل قرار گیري بازشو را ثابت فرض کرده و از 9 مدل دیوار برشی با بازشو مستطیلی در مرکز ورق فولادي با نسبت مساحت بازشو به مساحت ورق %1، %4، %16، %25، %36، %49، %64، %81، و دو مدل دیوار بدون بازشو و قاب بدون دیوار برشی استفاده شده است. مطابق با جدول (1) و شکل هاي (4)، (5) و (6) با بررسی مدل ها معرفی شده مشاهده شده است که با افزایش مساحت بازشو از ظرفیت باربري و سختی مدل ها کاسته شده ولی شکل پذیري افزایش می یابد.
جدول (1) نتایج حاصل از تاثیرابعاد بازشو بر رفتار دیوار برشی موجدار سینوسی
شکل :(4) نمودار ظرفیت باربري مدل ها با ابعا متغییر بازشو در مکان L5
شکل :(5) نمودار تغییرات سختی- تغییر مکان مدل ها با ابعاد متغییر بازشودر مکان L5
شکل :(6)مقایسه میزان ضریب شکل پذیري در مدل هاي با ابعاد متغییر بازشو در مکان L5
-2-3 تاثیر محل قرار گیري بازشو بر رفتار دیوار برشی فولادي موجدار
به منظور بررسی تاثیر محل قرارگیري بازشو بر رفتار لرزه اي دیوار برشی فولادي موجدار، شکل و ابعاد بازشو ثابت فرض شده است و نسبت مساحت بازشو به مساحت ورق دیوار فولادي، %9 استفاده شده است. به طوري که در این قسمت از 9 مدل بازشو در موقعیت هاي مختلف استفاده شده است.مطابق با جدول (2) و شکل هاي (7)، (8) و (9) با بررسی مدل هاي معرفی شده مشاهده شده است که بیشترین ظرفیت باربري و سختی مربوط
193
