بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بررسي رفتار لرزه اي ديوار برشي فولدي موج دار در اثر تغيير جهت موج ورق جان با شکل موج سينوسي، مثلثي و ذوزنقه اي
چکيده
ديوار برشي، يک سيستم کارآمدد بداربر جدانيي در سدازه هدا اسدت در ايدن سيستم، نوع رفتار سازهاي، خمشي ، برشي و يا تواماً مي باشد. ديوار برشي فولدي در دو حالت سخت شده و سدخت نشدده کداربرد دارد . يکدي از ندوع آوري هايي که اخيرًا در ديوار برشي فولدي بکار برده مدي شدود اسدتفاده از ورق موج دار بجاي ورق هاي ساده است. ايده جايگزيني ديوار برشي فولدي موج دار به عنوان ديوار برشي فولدي سخت شدده در سدالهاي اخيدر مطدر شده و نتايج مطلوبي نيز بدست آمده است.مطالعات در ايدن مدورد ميدين آن است که ظرفيت اتلف انرژي،نسيت شکل پدييري و سدختي اوليده سيسدتم هاي داراي اين تکنولوژي بدليل داشدتن سدختي خدارج از هدفيه زيداد در مقايسه با نمونه هاي سخت نشده و نيز نمونه هاي سخت شده بيشدتر اسدت. در اين مقاله با استفاده از روش اجزاء ميدود و مدل سازي توسط نرم افدزار Abaqus.CAEبه بررسي و مقايسه رفتار هيسدترزيس مددل هدا بدا تغييدر زاويه جهت انتشار موج هاي سينوسي، مثلثي و ذوزنقه اي، تيت بارگدياري چرخه اي پرداخته شده که نتايج اين پژوهش حاکي از عملکرد لرزه اي بهتدر موج سينوسي نسيت به دو موج مثلثدي و ذوزنقده اي از نقطده نقدر قابليدت جيب انرژي، ميزان شکل پييري و ظرفيت باربري مي باشد و اين پارامتر هدا با تغيير جهت موج در هر مورد نيز تغييدر چشدمگيري دارد و درکدل رفتدار هسيترزيس ديوار هاي با موج قائم مناسب تر از رفتار ديوار با جهات مختلد است.
کلمات کليدي : ديوار برشي فولدي موج دار ، جهت موج سينوسي و مثلثي و ذوزنقه اي ، هيسترزيس ، بار گياري چرخه اي
مقدمه
استفاده از ديوار هاي برشي فولدي در سالهاي اخير به دليل ساخت سريع و آسان و شکل پييري و مقاومت باليي که دارند کاربرد فراواني پيدا کرده است.سيستم باربر جانيي در ساختمانهاي فولدي معمولً به هورت قاب خمشي مقاوم و يا قابهاي مهار بندي شده طراحي مي شوند که هر کدام مزايا و معايب خود را دارند به عنوان مثال شکل پييري در قابهاي خمشي معمولً بالتر از قابهاي مهاربندي شده است و سختي قابهاي مهار بندي شده معمولً بيشتر از قابهاي خمشي است اما هزينه ساخت قابهاي مهار بندي شده بيشتر است. ديوار برشي فولدي همچنين به عنوان يکي از گزينه هاي با اهميت و مورد توجه به عنوان يک سيستم مقاوم باربر جانيي مي باشد که مناسب براي هر سازه جديد يا به عنوان وسيله اي براي مقاوم سازي ساختمانهاي موجود مي باشد . يک ديوار برشي به درستي طراحي شده رفتار بسيار شکل پيير و ظرفيت اتلف انرژي نسيتاً بزرگي دارد و بهخاطر سختي زياد ديوارهاي برشي، معمول درهد باليي از برش طيقه توسط اين سيستم باربر جانيي، تيمل ميگردد. همچنين اين سيستم باربر، از طريق تغيير شکلهاي خميري برشي، انرژي لرزه اي را مستهلک م نمايد.رفتار
کمانش پانل برشي مي تواند از حالت کلي به موضعي يا حالت مابين کمانشي به واسطه اضافه کردن سخت کننده ها تيديل يابد بنابراين ديوار برشي فولدي در دو نوع سخت شده و سخت نشده بکار برده مي شود که نوع سخت شده سختي و مقاومت بالتري دارد همچنين سختي پانل مي تواند به شدت ميزان اتلف انرژي تيت بارگياري چرخه اي را افزايش دهد
[١]. از آنجايي هزينه ساخت و ساز پانل هاي سخت شده فوق العاده بالتر است، پانل برشي موج دار به عنوان يک سيستم مقاوم بار جانيي نوين به عنوان جايگزين در سالهاي اخير پيشنهاد شده است اين نوع از ديوار برشي فولدي بخاطر سختي خارج از هفيه، مقاومت کمانشي بزرگتري دارد. [٢].
ابتدا پژوهش روي رفتار کمانش برشي هفيات موج دار توسط ايزلي و مک فارلند شروع شد[٣]. پس از آن مطالعات عددي و آزمايشگاهي روي رفتار کمانشي و مقاومت جان هاي موج دار توسط الگالي و همکاران انجام شد.[٤,٥]. به طور اساسي هفيات موج دار مقاومت باليي در برابر نيرو هاي درون هفيه اي )در راستاي موج( دارند در حالي که سختي آنها در راستاي عمود بر جهت موج ناچيز مي باشد. در مجموع ديوار هاي برشي فولدي موج دار به عنوان يک گزينه بهيود دهنده با توجه به دليل زير در نقر گرفته شده اند:سخني اوليه بيشتر، کمانش موضعي )يا با اثر متقابل( در برگشت از کمانش کلي، سختي خارج از هفيه بيشتر ، هزينه ساخت و ساز پايين تر و رفتار آکاردئوني پانل هاي موج دار.در اين مقاله بر طيق روش اجزاي ميدود توسط نرم افزار ٦.١١ Abaqus.CAE به بررسي رفتار لرزه اي جهات مختل موج سينوسي، مثلثي و ذوزنقه اي ورق جان نصب شده در ديوار برشي فولدي موج دار پرداخته شده است. همه مدل ها در ضخامتها و شرايط مرزي قابهاي پيراموني و اتصالت آنها مشابه هستند و تمام مدل ها در پايين ثابت شده اند و اتصالت تير به ستون گير دار)مقاومت کننده لنگر( دارند، تست ها و تيليل ها با اعمال بارگياري چرخه اي بر اساس روش تاييد شده براي شييه سازي بار هاي لرزه اي چرخه اي آيين نامه ١٠-٣٤١-AISC انجام شدند[٦] و همچنين بارهاي ثقلي در هيچکدام از مدل ها اعمال نشدند.
فرضيات تيليل مدل ها
در اين مقاله با استفاده از آناليز غير خطي به روش اجزاء ميدود به بررسي اثر پارامتر هاي مختل موثر در تغيير شکل هندسي موج هاي سينوسي، مثلثي و ذوزنقه اي بر رفتار ديوار برشي فولدي موج دار و مقايسه آنها پرداخته شده است به اين منقور از نرم افزار تيليلي به روش اجزاء ميدود آباکوس استفاده شده و براي انجام تيليل غير خطي مدل ها در نرم افزار از مشخصه غير خطي بودن هندسي و غير خطي بودن مصالح استفاده شده است که براي لياظ اثر غير خطي هندسي، تغيير شکل هاي بزرگ و سخت شدگي تنشي و براي اثر غير خطي مصالح مدل الستو پلستيک براي توهي مدل رفتاري مصالح در نقر گرفته شده است. و از روش نيوتني کامل به عنوان تکنيک حل معادلت غير خطي استفاده شده و به منقور حصول همگرايي بهتر و افزايش دقت نتايج ، سايز افزايش ٠.٠١ و سايز مش بندي ٣٠ ميلي متر در نقر گرفته شده است.
همچنين در انجام مدل سازي، تنها مصالح مصرفي، فولد مي باشد، با توجده به مصالح فولد، معيار تسليم فون مايسز انتخاب شده است و خواص مدواد در فشددار و کشددش يکسددان بددوده و قددانون سددخت شددوندگي نيددز سددينماتيک )Kinematic( انتخاب شده است. مدول الستيسيته فولد معادل ٢.١ =E
.kg E٦ ميباشد و ضريب پوآسدون ٠.٣ اسدت و بدراي سداده سدازي مدل سازي رفتار تنش کرنش فولد بده هدورت نمدودار دو خطدي بدا شديب معادل 0.02E بعد از Fy در نقر گرفتده شدده اسدت.خصوهديات مکدانيکي مصالح مورد استفاده نيز مطابق با جدول ١ است .
جدول١- خصوهيات مکانيکي مصالح مورد استفاده [٧]
تست هيت سنجي مدل سازي
جهت بررسي هيت عملکرد نرم افزار و تعيين دقت آن از مقايسه نتايج حاهل از مدل سازي توسط نرم افزار و نتايج مطالعات آزمايشگاهي و نمونه هاي ساخته شده روي رفتارسيکلي ديوارهاي برشي فولدي با موج ذوزنقه اي عمودي، نمونه شماره ٢ [٧] استفاده شده است. اين نمونهها تيت بار مونوتونيک قرار گرفتهاند.مدل هاي مورد بررسي شامل يک قاب يک طيقه و يک دهانه اي مي باشند که از ١٤٠ HEB براي تير فوقاني و ٢٠٠ HEB براي تير تيتاني و پروفيل ١٦٠ HEB براي ستونها استفاده شده است و طول دهنه قاب که تشکيل دهنده جان پانل مي باشد از ورق فولدي موج دار پوشيده شده است مطابق شکل١.
براي مدل سازي نمونه هاي آزمايشگاهي از المان Shell SR٤ )٤ گره مضاع با پوسته نازک يا ضخيم ، به روش انتگرالي کاهش يافته، با کرنش غشايي ميدود( که داراي شش درجه آزادي در هر گره مي باشد)سه درجه آزادي جابجايي در راستاي ميور هاي X,Y,Z و سه درجه آزادي دوراني در راستاي ميور هاي X,Y,Z (، استفاده شده است که شامل هفيات بال و جان و سخت کننده ها مي باشد. اين المان داراي خواص پلستيسيته ، تغيير شکل بزرگ، سخت شدگي تنشي ، خزش و کرنش کوچک مي باشد و براي سازه هاي پوسته اي در حالت غير خطي بسيار مناسب مي باشد.براي انجام تيليل غير خطي مدل ها تغيير شکل هاي بزرگ و سخت شدگي تنشي در نقر گرفته شده و مدل ها تيت بارگياري مونوتونيک تيليل شده اند. با توجه به نتايج ارائه شده در شکل٢ مشاهده ميشود که نمودار مقاومت - تغيير مکان بدست آمده از روند مدل سازي و تيليل بسيار شييه به رفتار نمونه آزمايشگاهي ميباشد اين نمودارها نشان ميدهند که قسمت الستيک دو نمودار مربوط به نمونه مدل سازي شده و نمونه آزمايشگاهي با دقت باليي بر هم منطيق اند. بنا براين روند مدل سازي و نوع المانهاي انتخاب شده که به هورت Shell Extrude در نقر
گرفته شده است قابل قيول ارزيابي ميگردد.
شکل ١-مدل ساخته شده و آناليز شده نمونه شماره ٢ [٧]،تيت
بارگياري مونو تونيک
شکل٢- نتيجه هيت سنجي مدل اجزاي ميدود با نمونه آزمايشگاهي شماره ٢ [٧]
مشخصات هندسي مدل هاي مورد بررسي
همان گونه که در شکل ٣ نشان داده شده است در اين پژوهش از سه شکل هندسي موج ذوزنقه اي، سينوسي و مثلثي براي ورق فولدي جان ديوار برشي موج دار استفاده شده است که در تمام مدل ها ضخامت ورق جان
ديوار برشي ثابت و برابر ٨ ميلي متر در نقر گرفته شده است.
شک ٣- پارامتر هاي در نقر گرفته شده براي سه شکل هندسي موج ذوزنقه اي ، سينوسي و مثلثي
يکي از ميور اهلي در اين پژوهش بررسي رفتار ديوار برشي فولدي موجدار تيت بار استاتيکي سايکليک [٢] است ليا براي اعمال بارگياري سايکليک از استاندارد ١٠_٣٤١_AISC امريکا [٦] که يک استاندارد به روز ومعتير است استفاده شده است .پروتکل بارسايکليک مورد استفاده طيق نمودار شکل ٤ مي باشد .اين پروتکل براساس گامهاي بارگياري ( شماره سيکل ) و دوران ارائه شده است که با توجه به ابعاد قاب ديوار برشي مدل ها )
mm ٢٠٠٠ × mm ٢٣٠٠( و رابطه )١( ميزان تغيير مکان هاي بالي قاب( Δ ) بدست آمده و اعمال شده اند.
که در آن ميزان زاويه دوران و ارتفاع ديوار مي باشد.
شکل ٤ -پروتوکل بارگياري مورد استفاده براي اعمال بارگياري چرخه اي [٦]
شکل٥ مدل المان ميدود آناليز شده سه نمونه ديوار برشي موج دار مختل
