بخشی از مقاله
چکیده
استفاده از دیوارهاي برشی کامپوزیت به عنوان سیستم مقاوم لرزهاي در سازهها در سالهاي اخیر گسترش یافته است، اما اطلاعات کاملی در مورد عملکرد آنها در دسترس نیست. در این مطالعه، در ابتدا، به منظور اعتبارسنجی روش تحلیل، مدل دیوار برشی کامپوزیت با درز آزمایش شده در دانشگاه برکلی، با مدلسازي در نرمافزار آباکوس تحلیل شد، که مطابقت خوبی بین مدل آزمایشگاهی و تحلیلی مشاهده گردید . سپس به بررسی اثر وجود لایه بتنی بر رفتار دیوار برشی و تفاوت هاي دیوار برشی فولادي و کامپوزیت در د و حالت با و بدون بازشو پرداخته شده و در ادامه علل تغییرات سختی دیوار برشی کامپوزیت در روند بارگذاري، به طور کامل تجزیه و تحلیل شده است. نتایج مطالعات نشان میدهد که وجود لایهي بتنی مد کمانشی دیوار برشی فولادي را تغییر داده و سبب میشود که از ظرفیت ورق فولادي به خوبی استفاده شده و در نتیجه مقاومت و سختی دیوار افزایش یابد. همچنین عواملی نظیر کمانش ورق فولادي، تغییر در الگوي توزیع تنش، جاريشدن المانهاي دیوار و سرایت ای ن مسئله به نقاط حساس دیوار مثل پاي ستون ها و یا محل اتصالات تیر و ستون از عوامل تغییر سختی آن میباشند.
-1 مقدمه
دیوارهاي برشی بتنآرمه از کارآمدترین سیستمهاي مقاوم لرزهاي در سازهها می باشند که در سالهاي اخیر این دیوارها از مصالح فلزي نیز ساخته میشوند. ورقهاي فولادي با ایجاد تغییرشکل هاي خارج از صفحه و در انتها کمانش قطري بارهاي زلزله را تحمل میکنند. راههاي گوناگونی براي تقویت دیوارهاي برشی فولادي مطرح شده که از جمله آنها میتوان به استفاده از سختکننده ها به ویژه در شرایطی که ملاحظات معماري و تاسیساتی لزوم استفاده از بازشو در دیوار را ایجاب میکند، اشاره داشت. امروزه استفاده از دیوارهاي برشی کامپوزیت به عنوان یک راهحل جایگزین مطرح است و مطالعات مختلف رفتار قابلقبول این دیوارها را تأیید مینماید 1] و . [2 وجود صفحه بتنی مجاور، مد کمانشی ورق فولادي را تغییر داده و در نتیجه میزان مقاومت آن را افزایش میدهد.
-1-1 تاریخچه مطالعاتی
در سال 2013 به معرفی یک مقایسه بین حالت شکست دیوار برشی بتنی با بازشوهاي منظم و نامنظم پرداخته شد. نتایج حاکی از این بود که دیوار با بازشوهاي نامنظم در مقایسه با دیوار با بازشوهاي منظم، با آرماتورگذاري مشابه، سختتر و در فشار داراي ظرفیت لهیدگی بیشتري می باشد و دیوار با بازشوهاي نامنظم در سطحی از نیروهاي لرزهاي و جابجاییهاي افقی خراب می شود که بزرگتر از نیروها و جابجاییهاي افقی ثبت شده در حالت خرابی دیوار با بازشو منظم میباشد .[3] رهایی و حاتمی در یک مطالعه عددي و آزمایشگاهی اثر فواصل گلمیخ ها بر روي عملکرد دیوار برشی کامپوزیت را مورد بررسی قرار دادند. با توجه به نتایج، تغییر فاصله گلمیخها اثر کمی بر تغییر مکان جانبی درون صفحه دیوار برشی کامپوزیت دارد ولی در کنترل تغییرشکل خارج صفحه بسیار موثر می باشد . همچنین به دلیل تغییر مکان خارج صفحه و یا خرد شدن بتن اثر فاصله گلمیخهاي بیشتر از 1000 میلیمتر بسیار ناچیز است. ضمن اینکه با افزایش فاصله گلمیخها قابلیت جذب انرژي بیشتر میشود .[4]
درطول سالهاي 1998 تا 2001 یکی از تحقیقات مهم انجام شده در دانشگاه برکلی کالیفرنیا، بر روي دیوار برشی کامپوزیت صورت گرفت. هدف اصلی برنامه تحقیقاتی، آزمایش رفتار چرخه اي دو نوع با و بدون درز دیوار برشی کامپوزیت بود. نتایج آزمایش نشان داد که مقاومت دیوار بدون درز کمی بالاتر از مقاومت نمونه با درز بوده و همچنین خرابی پانل بتنی دیوار کامپوزیت بدون درز بیشتر میباشد .[2]
عرب زاده و احمدي در سال 2012 مطالعهاي تحت عنوان اثر فاصله بولتها بر رفتار دیوار برشی کامپوزیت انجام دادند. براي این هدف 14 نمونه یک طبقه یک دهانه با فواصل متنوع بولت ها در نرمافزار آباکوس مدلسازي و تحلیل شد. نتایج نشاندهنده این بود که افزایش فاصله بین بولتها عملکرد لرزه اي سیستم را بهبود میبخشد. اما افزایش فاصله بین بولتها باید محدود شود زیرا افزایش احتمال کمانش ورق فولادي در زیرپانلهاي بین بولت ها منجر به هیچ بهبودي در رفتار دیوار برشی نمیشود. با مقایسه نتایج در منطقه الاستیک به وضوح مشاهده شد که سختی اولیه سیستم با وجود تغییر فواصل بین بولتها تحت تاثیر قرار نمیگیرد .[5]
در سال 2014 در مطالعهاي تحلیلی، اثر بازشو دایرهاي بر رفتار دیوار برشی فولادي یک طبقه را بررسی شد . در این مطالعه رابطهاي نیز براي محاسبه مقاومت برشی صفحه فولادي با بازشو ارائه شده است که پیشبینی خوبی از مقاومت برشی کاهش یافته دیوار برشی فولادي با الگوهاي متنوع بازشوها، قطر متفاوت آنها و نسبت ابعاد ورق فولادي بدست میدهد .[6]
در سال 2012 در یک مطالعه عددي رفتار دیوار برشی فولادي تقویتشده و تقویتنشده با بازشوي مستطیلی مورد بررسی قرار گرفت . نمونههاي با ابعاد و محل بازشوي متفاوت انتخاب شدند. با توجه به نتایج، در هر دو نمونه تقویتشده و تقویت نشده مقدار جذب انرژي سیستم با افزایش نسبت بازشو بصورت خطی کاهش پیدا میکند. سرعت کاهش انرژي جذب شده در نمونه تقویت شده کمتر از نمونه تقویت نشده است و بازشویی که کمترین تداخل را با عملکرد میدان کششی دارد
ایدهآلترین بازشو میباشد .[7] در سال 2012 مطالعهاي روي نمونههاي دیوار برشی فولادي با و بدون بازشو انجام شد. در این تحقیق انواع یک و چند طبقه دیوار برشی فولادي با نسبت ابعاد و ویژگیهاي بازشوي متفاوت مطالعه و مشخص شد که نسبت شکلپذیري دیوارهاي برشی فولادي به سبب معرفی بازشوهاي تقویتشده همیشه کاهش یافته است و نوع، ابعاد و محل بازشوهاي تقویتشده به خودي خود تاثیري روي مقاومت سیستم ندارد در سال 2014 در یک مطالعه تجربی اثر دو بازشو بر روي رفتار سازهاي دیوارهاي برشی فولادي بررسی گردید. تفاوت بین سه نمونه فاصله بین دو بازشو و نزدیکی آنها به ستونها 14/01/1395 بروزسانی فولاد و سازه نشریه مقاله نویسپیش قالب میباشد. نتایج آزمایشها نشان داد که، مقاومت برشی نهایی، سختی و جذب انرژي در سه نمونه با بازشو یکسان بوده و فاصله بین دو بازشو اثري بر این مقادیر ندارد.
وجود بازشو منجر به کاهش سختی اولیه و مقاومت برشی نهایی به ترتیب به میزان 22 و 36 درصد نسبت به نمونه بدون بازشو میشود .[9] در سال 1998 نتایج بارگذاري چرخهاي یک نمونه 4 طبقه دیوار برشی فولادي را منتشر شد. نتایج نشان داد که قبل از خرابی، نمونه رفتار بسیار شکلپذیري دارد و خرابی ستون جایی که به تیر وارد کننده نیرو متصل شده،احتمالاً در اثر تمرکز تنش در محل اتصال به دستگاه آزمایش میباشد. به هر حال حتی با وجود خرابی زود هنگام ستون، رفتار رفت و برگشتی نمونه، افزایش مقاومت و شکل پذیري بسیار خوبی را نشان میدهد در آمریکا مطالعاتی بر روي دیوارهاي برشی فولادي انجام شد. قسمت آزمایشگاهی تحقیقات آنان شامل بارگذاري چرخهاي افقی در قسمت بام 6 نمونه سه طبقه یک دهانه میباشد. بر اساس رفتار این 6 نمونه، این نتیجه بدست آمد که وقتی یک صفحه فلزي بدون سختکننده بعنوان دیوار برشی بکار میرود رفتار غیرالاستیک با جاري شدن دیوار آغاز شده و مقاومت سیستم را تشکیل مفاصل پلاستیک در ستونها تعیین میکند. آنها همچنین به این نتیجه رسیدند که وقتی صفحات نسبتاً نازك به کار میروند مد خرابی را ناپایداري ستونها تعیین میکند و میزان افزایش مقاومت سیستم در اثر افزایش ضخامت صفحات فولادي قابل اغماض است .[11]
در سال 2000 براي ارزیابی عملکرد دیوارهاي برشی فولادي مطالعات چرخهاي آزمایشگاهی انجام شد . آنها سه نمونهي مختلف را آزمایش کردند؛ دو نمونه ي یک طبقه و یک نمونهي چهار طبقه. نمونه هاي یک طبقه با سختی اولیه کافی و شکلپذیري مناسب رفتار مطلوبی داشتند. اما رفتار نمونهي چهار طبقه مطلوب نبود. در نمونههاي یک طبقه سلسلهي تسلیم اعضا ایده آل بود. اما در نمونه ي چهارطبقه تسلیم ابتدا در المانهاي مرزي اتفاق افتاد که مطلوب نبود. میدان کششی ناقص نیز در ورق پرکننده گزارش شد .[12]
در یک تحقیق آزمایشگاهی رفتار لرزهاي دیوار برشی فولادي تقویت شده با و بدون بازشو بررسی شد. مقاومت، سختی، شکل پذیري و جذب انرژي بر اساس نتایج حاصل از بارگذاري چرخهاي معکوس بر روي سه نمونه مورد ارزیابی قرار گرفت. دو نمونه از دیوارها داراي بازشو و یک نمونه بدون بازشو ساخته شد. نتایج آزمایش نشان داد که دیوار برشی فولادي تقویت شده رفتار لرزهاي رضایتبخش داشته و همانطور که انتظار می رفت مقاومت و سختی دیوار در اثر ایجاد بازشو کاهش یافته است .[13]
در سال 2011 ، در یک مطالعه تجربی رفتار دیوار برشی فولادي در شرایطی که تنها به تیر وصل شده بود، مورد بررسی گرفت. نتایج نشانگر این بود که این نوع از نمونه سختی و ظرفیت اتلاف انرژي خوبی دارد. همچنین ظرفیت اتلاف انرژي نمونه با سختکننده بیشتر از نمونه بدون سختکننده بود .[14]
در سال 2015 فرزامپور و لامن مطالعهاي تحلیلی بر روي دیوارهاي برشی فولادي ساده و موجدار، با و بدون بازشو انجام دادند . پارامترهاي مورد مطالعه ضخامت ورق، زاویه موج، ابعاد و محل بازشو بودند. نتایج نشان داد که دیوار برشی فولادي با موج ذوزنقهاي، سختی جانبی اولیه، جذب انرژي و شکلپذیري را افزایش داده ولی مقاومت نهایی را کاهش میدهد. همچنین دیوار برشی فولادي موجدار نسبت به یک دیوار برشی فولادي ساده سختنشده، مقاومت نهایی و نقطه زوال رو به تعویق میاندازد که براي مقاومت لرزهاي یک مشخصه مطلوب میباشد
.[15] در سال 2016 بهرهبر و همکاران مطالعهاي تحلیلی بر روي دیوارهاي برشی فولادي موجدار ذوزنقهاي سوراخدار انجام دادند. در این مطالعه رفتار چرخهاي و توانایی جذب انرژي این نوع از دیوارها مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج مطالعه نشان میدهد که پارامترهایی نظیر ضخامت و زاویه موج ورق و ابعاد بازشو بر عملکرد هیسترتیک این دیوارها بسیار مؤثر میباشند. افزایش ابعاد بازشو منجر به کاهش جذب انرژي و افزایش ضخامت ورق منجر به بهبود عملکرد دیوار و افزایش جذب انرژي میشود .[16]
-2 اعتبارسنجی
به منظور اعتبارسنجی مدلسازي در نرمافزار، از یک نمونه آزمایش شده در دانشگاه برکلی در کالیفرنیا استفاده شده است .[2] نمونه آزمایش دیوار برشی کامپوزیت 3 طبقه و یک دهانه با مقیاس 0/5 و از نوع با درز می باشد که نمودار بار -تغییر مکان این نمونه با خروجی نرمافزار مقایسه شده است . فولاد به کار ر فته در ورق فولادي از نوع رده 136 و تیرها و ستونها از نوع رده 2572 انجمن آمریکایی تست و مواد، بتن دیوارها از نوع بتن
