بخشی از مقاله
چکیده
یکی از سیستمهای نوین سازه ای برای مقابله با نیروهای جانبی دیواربرشی فولادی است. این سیستم سازه ای به دلیل قابلیت جذب انرژی بالا، شکل پذیری و سختی اولیه زیاد در دهه های اخیر کاربرد وسیعی پیدا کرده است. به دلیل مسائل عملکردی گاها ایجاد بازشو در دیوار برشی الزامیست. اندازه و شکل این بازشو ممکن است نقش اساسی در رفتار دیوار ایجاد کند. در این مقاله اثرات نوع شکل و اندازه بازشو که در مرکز دیوار برشی فلزی با ورقهای موجدار ایجاد شده اند، بررسی می گردد. بدین منظور تعدادی بازشو با اشکال دایره، مستطیل و مربع در مرکز دیوار ایجاد شده و مدل در نرم افزار المان محدود آباکوس آنالیز گشته است. نتایج نشان می دهد که افزایش اندازه بازشو به افزایش جابجایی جانبی و کاهش شکل پذیری و ظرفیت دیوار برشی فولادی می انجامد.
واژههای کلیدی: دیوار برشی فولادی، ورق موجدار ذوزنقه ای، شکل بازشو و محل بازشو
-1 مقدمه
سازههای فولادی به میزان قابل توجهی در احداث بناهایی که در مناطق خطرناک استقرار یافتهاند، بکارمیرود. مشخصه-ی مطلوب در این سازهها داشتن شکلپذیری مناسب و توانایی اتلاف انرژی به مقدار قابل توجه است. سیستم مقاوم بار جانبی فولادی انواع گوناگونی دارد که در این میان می توان به بادبند، قاب خمشی و دیوار برشی به طور کلی اشاره نمود. در حالت کلی برای هر کدام از این سیستمهای مقاوم جانبی مزایا و معایبی وجود دارد. برای مثال میتوان به قابلیت بالای قابهای خمشی نسبت به بادبندی در زمینهی شکلپذیری، و سختی اولیهی بالاتر قابهای مهاربندی شده نسبت به قابهای خمشی اشاره نمود همچنین در اغلب موارد استفاده از بادبند در مقایسه با قابهای فولادی هزینهی بیشتری در پی خواهد داشت. دیوارهای برشی صفحه فولادیٌ به طور فزایندهای به عنوان یک سیستم مقاوم در برابر نیروی جانبی استفاده میشوند که شامل نیروهای زلزله و باد میباشند. دردهههای اخیراستفاده از این سیستم سازهای شتاب گرفته است. این سازهها دارای ظرفیت بالای جذب انرژیٍ زلزله، شکل پذیریَ بالا، سهولت اجرایی، سختی اولیهی بالا، وزن کم تر هستند و به همین علت استفاده از آنها در ساختمانها افزایش یافته است. در این سیستم، کمانش ورق ها، در صورتی که به طور مناسب به قاب محیطی متصل شده باشند،به معنی خرابی سیستم نمیباشد و مقاومت پس کمانشی ورق چندین برابر مقاومت کمانش الاستیک است. باسلرآزمایشاتی بر روی تیر ورق های سخت شده انجام داد که دلالت بر این دارد میدان کششی پس کمانشی در راستای یکی از قطر های صفحه پانل،می تواند مقاومتی ذاتی،سختی و شکل پذیری را فراهم آورد.[1]کیسیز، الگالی و چن - 1993 - ودرایور - - 1997 و دیگر همکاران،مطرح کردند که این تئوری میدان کششی قطری می تواند در پانل های صفحه فولادی پرکننده در یک دیوار برشی فولادی به کار گرفته شود3]؛.[2در اواسط دهه 1980،صفحات فولادی موجدار به دلیل پایداری هندسی خارج از صفحه و درون صفحه ای بالایشان،جایگزین صفحات فولادی تقویت شده در تیر ورق ها شدند.ویژگی برتر سختی صفحات موجدار، حتی با ضخامت های کوچکتر از نوع مسطح آنها،برای ساخت تیر ورق های سبک مفید واقع شده است. بطور اساسی، صفحات موجدار مقاومت بالایی برای مقاومت کردن در برابر نیروهای درون صفحه ای - درراستای موج - دارند در حالیکه سختی آنها در راستای عمود بر جهت موج ناچیز می باشد.[2] مطالعات آزمایشگاهی بر روی دیواربرشی فولادی موجدار ذوزنقه ای و مقایسه آن بانمونه دیوار برشی فولادی سخته نشده نشان می دهد که تحت شرایط یکسان از نظر المان های مرزی و اتصالات تیر به ستون و ضخامت صفحات فولادی،هردو سیستم ابتدا تسلیم شده سپس محل اتصال تیر به ستون با توزیع منطقه تسلیم،تسلیم می شود.بعلاوه،منطقه تسلیم در نمونه موجدار تقریبا در قسمت داخلی صفحه موجدار توزیع می شود در حالیکه چنین پدیده ای در نمونه سخت نشده اتفاق نمی افتد.[3] مطالعات امامی و همکاران - - 2013 نشان می دهد هرچند که مقاومت نهایی نمونه سخت نشده نزدیک به %17 در مقایسه با نمونه موجدار بزرگتر است اما ظرفیت اتلاف انرژی،ضریب نرمی و سختی اولیه نمونه موجدار به طور تقریبی به ترتیب %52،%40 و %20 بزرگتر از نمونه سخت نشده می باشد. بعلاوه چنانچه دیوارهای برشی فولادی موجداربه طور صحیح طراحی شوند،صفحه موجدار قادر به تسلیم در سطح نیروی از قبل تعیین شده می باشد و اتلاف انرژی لرزه ای از طریق تغییر شکل های پلاستیک بدون هیچگونه تغییری در حلقه های هیسترزیس انجام می شود.[4]
نظر به رفتار سازه ای مناسب دیوارهای برشی فلزی با ورق های موجداروامکان استفاده آنها در ساخت سازه های جدید، بررسی بیشتر رفتار آنها در حالات و شرایط مختلف اهمیت فراوانی خواهد داشت. در ساختمانهای واقعی گاها برای حفظ معماری، نیاز به ایجاد بازشوهایی در دیوارهای برشی است. شناخت از رفتاردیوارها در این شرایط کافی نمی باشد و مطالعات جامعی در این خصوص انجام نیافته است. در مقاله حاضر برای روشن شدن تأثیر ایجاد بازشو در رفتاردیوارهای برشی فلزی با ورق های موجدار، از نرم افزار المان محدود آباکوس بهره گرفته شده است. مدل های سازه ای دیوار با سه نوع شکل متفاوت در مرکز دایره، مربع و مستطیل ایجاد شده و با انجام آنالیزهای لازم پارامترهای رفتاری نظیر شکل پذیری و ظرفیت نهایی مورد بررسی قرار گرفته شده است. نتایج بدست آمده حاکی از تأثیر قابل توجه ابعاد بازشو و شکل آن در مقدار پارامترهای فوق است.
-2 معیار طراحی ورق های موجدار
با توجه به رفتار مناسب دیوارهای برشی فولادی با تیر ورق ها که به صورت قائم در سازه به کار می روند می توان از معیارها و ضوابط طراحی ارایه شده در آیین نامه ها و نتایج آزمایشگاهی ارائه شده در رابطه با تیرورق های فولادی موجدار با جان ذوزنقه ای در ارزیابی های رفتاری و طراحی دیوارهای برشی فولادی موجدار با جان ذوزنقه ای استفاده نمود[5]، [6] و.[7]
مقاومت برشی در ورقهای موجدار همانند ورقهای صاف میباشد با این تفاوت که در ورقهای موجدار این مقاومت در یک ضریب کاهش ناشی از کمان کلی و محلی ضرب میگردد. در ورقهای موجدار کمانش کلی در کل ورق رخ داده ولی کمانش محلی در قسمتهای صاف موجود در ورقهای موجدار مانند ورقههای ذوزنقهای شکل رخ میدهد. مقاومت برشی ورقهای موجدار مطابق با رابطه - 1 - محاسبه میگردد.
که در رابطه فوق، t ضخامت ورق، a پهنای ورق در راستای موج، VRd مقاومت برشی ورق موجدار، fy مقاومت تسلیم، Xc ضریب کاهش مقاومت براساس کمانش جان که از روابط - 2 - و براساس نوع کمانش موضعی یا کلی جان حاصل میشود.
-3 مشخصات مدل های مدلسازی شده المان محدود
مدل های مورد بررسی شامل قاب یک طبقه و یک دهانه می باشند که در هر مرحله از تحقیق مقادیر آنها ذکر شده است.در تحقیق حاضر از دو نوع مصالح فولادی استفاده شده است که یکی مربوط به اعضای قاب ودیگری مربوط به صفحات پرکننده می باشد. ابعاد ورق فولادی 2000×1640 میلیمتر،پروفیل تیرها ازHEB140 وستون ها HEB160 میباشد.مشخصات مکانیکی مصالح مانند مدول یانگ ورق فولادی،تیرهاو ستون ها 210Gpa وضریب پواسون برای تمامی مصالح 0.30 و مشخصات هندسی ورق موجدار در شکل 1 و جدول 1 درج شده است. شرایط مرزی مدل ها به صورتی است که از تغییر مکان خارج از صفحه اعضای مرزی ممانعت به عمل آمده و دیوار در محل تکیه گاه به صورت کاملا صلب می باشد و در نرم افزار اتصال تیر به ستون و ورق به اعضای مرزی نیز به صورت کاملا صلب می باشد. در شکل 2 مدل المان محدود دیواربرشی فولادی نشان داده شده است.
شکل:1مشخصات هندسی ورق موجدار ذوزنقه ای جدول :1مشخصات هندسی ورق های موجدار
