بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله به بررسی پارامترهای سختکننده تیرهای فولادی همبند بااتصال پیچ و مهره و طراحی سختکنندههای متفاوت و تأثیر آن بر عملکرد لرزهای دیوار برشی دوگانه یعنی دیوارهای هیبرید میپردازیم. تیرهای کوپلینگ بتنآرمه برای توزیع تنش و تغییر شکل بهتر در کل سیستم دیوار به کار میروند، بهجای اینکه تنش را در محدوده مفصل پلاستیک متمرکز کنند. تیرهای کوپلینگ، نوعی انتقال نیروهای عادی بین دیوارهای مجاور را فراهم میکنند که با ایجاد عملکرد کوپلینگی در مقابل بخشی از ممان ناشی از برش پایه مقاومت می کند. این عملکرد کوپلینگ دو تأثیر مفید دارد. اول، ممان هایی را که باید در مقابل دیوارها مقاومت کنند کاهش می دهد و درنتیجه منجر به سیستم سازهای مؤثر می شود. دوم، وسیلهای فراهم می کند که با آن انرژی در کل ارتفاع سیستم دیواره پخش می شود چون تیرهای کوپلینگ دستخوش تغییر شکل غیر کشسان میشوند . به همین دلیل، از تیرهای فولادی سازهای استفاده کرده که انتهای آنها در دو دیواره مجاور قرار میگیرد که جایگزینی برای تیرهای کوپلینگ بتنآرمه است. به همین منظور با طراحی یک سیستم دیوار بتنی هیبرید با تیر فولادی در نرم افزار تحقیقاتی آباکوس به بررسی و تحلیل تأثیر پارامترهای سختکننده در تیرهای فولادی همبند پرداخته شده است.
واژگان کلیدی: سیستم دیوارهای هیبرید، تیر فولادی، دیوار برشی مرکب، عملکرد لرزهای
-1مقدمه
سیستمهای دیوار جفت شده بتنآرمه - RC - که در آن تیرهای RC با دو یا چند دیوار RC بهصورت سری جفت می شوند، معمولاً در ساختمانهایی با ارتفاع متوسط و زیاد به کار میرود. مزایای کوپلینگ چنین سیستمهایی بهخوبی ثابتشده است. تیرهای کوپلینگ، انتقال نیروهای عمودی بین دیوارهای مجاور را فراهم میکنند که عملکرد کوپلینگ اسکلت مانندی ایجاد میکند که در مقابل بخشی از کل ممان واژگونی ناشی از عملکرد لرزه مقاومت میکند . این عملکرد کوپلینگ سه تأثیر عمده و مفید دارد. اول، ممان هایی را کاهش میدهد که ستونهای دیوارها باید در برابر آن مقاومت کنند که منجر به یک سیستم سازهای بسیار مؤثرتر میشود. دوم، وسیلهای فراهم میکند که با آن انرژی لرزهای در کل ارتفاع سیستم دیواره منتقل میشود
چون تیرهای کوپلینگ دستخوش تغییر شکل غیر کشسان میشوند. مزیت مهم دیگر سیستم دیوار جفت شده این است که سفتی جانبی بسیار بیشتر از مجموع سفتی ستونهای دیوار است که اجازه کاهش جای پای سیستم مقاومت بار جانبی را میدهد؛ اما واکنش سازه های در دیوارها به خاطر این واقعیت پیچیده میشود که این سیستم از اجزایی تشکیلشده که ویژگیهای انعطاف پذیری مختلفی نشان می دهند. شکل 1 واکنش تغیر شکل نیروی جانبی ایده آل سازه دیوار جفت شده را بهصورت مجموع واکنشهای خمشی ستون واکنش فریم مانند عملکرد کوپلینگ نشان میدهد که توسط تیرها فراهمشده است. در مقایسه با دیوارها، تیرهای کوپلینگ باید دستخوش تغییر شکل غیر کشسان شوند تا سازه بتواند به قدرت تسلیم جانبی RT برسد. وقتی سیستم به تغییر شکل جانبی به روش انعطافپذیر ادامه می دهد، نسبت انعطاف پذیری دیوار که بهصورت نسبت تغییر شکل نهایی در نقطه تسلیم تعریفشده است، بسیار کمتر از تیرهاست. اگر تیرها نتوانند بر نیاز انعطافپذیری بالای تحمیلشده بر آنها غلبه کنند، عملکرد کوپلینگ از بین رفته و منجر به کاهش مقاومت جانبی و تغییر قابلتوجه در ویژگی های دینامیک میشود چون این سیستم نهاتاًی به دو ستون دیوار جفت نشده و مستقل تقسیم میشود. نیروی برشی و تغییر شکل مورد انتظار در تیرهای کوپلینگ در زمان رویداد لرزهای سطح طراحی همراه با نسبت اندک فاصله به عمق و از بین رفتن مکانیزم های مقاومت در برابر برش که ناشی از بتن در زمان معکوس شدن بار است. ظرفیت برشی محدود تیرهای کوپلینگ RC باعث میشود طراحان، اجزای عمقی را فراهم کنند - هاریس و همکاران . - 2005 برای کاهش این مشکلات، برخی مهندسان از تیرهای کوپلینگ فولادی سازهای بهعنوان جایگزین تیرهای بتنآرمه استفاده کردهاند. سیستم سازه نهایی به نام سیستم دیواره جفتی هیبرید - HCW - شناخته میشود و موضوع این مقاله است.
شکل :1 واکنش جانبی ایده آل ساختار دیوار جفت شده
-2مدلسازی
-1-2 تاریخچه
بامطالعه و برسی مدلهای پیشین ارائهشده ازجمله مدلهای الیاف در کار کورما 2002 - - ، کورما و همکاران - 2002 - و همچنین در رویکرد هیبرید، آنالیزهای مقطعی برای روابط برهمکنش ممان-نیروی محوری یا نیروی محوری -ممان-برش به کار میروند که بعد در سادهترین شکل تیر -ستون پایههای دیوار دیده میشود. این رویکرد باعث حداقل شدن پیچیدگی مدل میشود و بر مشکلات همراه با سادهسازی غلبه می کند. نمونههای این رویکرد توسط هاریس و مک نیس - 2006 - ، هریس و همکاران - 2004 - و ژوان و همکاران - 2007 - نشان دادهشدهاند. باید توجه داشت که رویکرد هیبرید نیز محدودیتهای مدل مشابهی مانند رویکرد اسکلت معادل دارد چون تغییراتی که در یک مکان محور خنثی دیواره در طول آنالیز غیرخطی روی میدهند را نمیتوان نشان داد.
-2-2 مدل اصلی
مدل اصلی الهام گرفته از مدلهای پیشین ارائهشده سیستم دیوارهای دوگانه با تیر همبند است که در شکل تیر و نحوه اتصال آن تغییراتی صورت گرفته است. ازجمله تغییرات صورت گرفته شامل: - 1 تغییر در شکل تیر همبند - 2 تغییر در اتصال - 3 نوع اتصال - 4 طراحی سختکنندهها - 5 ضخامت سختکننده ها است. مدلسازی مدل مطابق با پلان ارائهشده در توصیهنامه ASCE سال 2013 انجامشده که ابعاد و دیتیل دیوار برشی استفادهشده در پلان است - شکل . - 2
شکل :2 پلان سیستم موردنظر
