بخشی از مقاله
خلاصه
دیواره های برشی فولادی در سه دهه اخیر به عنوان سیستم باربر جانبی سازه ها مورد توجه قرار گرفته اند. از آنجا که دیوار برشی فولادی حتی تحت بارهای برشی زیاد دارای ضخامت اندکی می باشند. این ورق همواره در معرض کمانش قرار دارد. برای جلوگیری از کمانش ورق بخصوص درناحیه الاستیک معمولاً از سخت کننده ها بر روی ورق استفاده می شود.
این سخت کننده ها علاوه بر تعبیه امکان به کارگیری ورق نازکتر و افزایش مقاومت کمانش ورق در ناحیه الاستیک، رفتار پس کمانش ورق را نیز در ناحیه پلاستیک بهبود می دهند. هدف اصلی تحقیق حاضر بررسی اثرات ناشی از پارامترهای هندسی سخت کننده ها از جمله تاثیرعرض دهانه و تاثیر محل قرارگیری سخت کننده ها بر رفتار دیوار برشی فولادی و استخراج این پارامترها بر مبنای حصول طراحی بهینه می باشد. برای این منظور از شبیه سازی رایانه ای مبتنی بر روش های عددی استفاده خواهد شد. پس از ساخت مدل اجزاء محدود برای دیوار مجهز به سخت کننده، مدل مذکور مورد صحت سختی قرار خواهد گرفت پس از اطمینان از عملکرد صحیح مدل اجزاء محدود، از آن برای انجام مطالعات پارامتریک و استخراج هندسه سخت کننده ها در محدوده معمول ابعاد دیوار فولادی، بهره گیری خواهد شد.
.1 مقدمه
یکی از الزامات طراحی لرزهای دیوار برشی فولادی در [1]FAMA این است که دیوار برشی فولادی تحت اصول روش ظرفیت طراحی شود. در طراحی ظرفیتی سازهها، نقاط شکلپذیری محلی به عنوان فیوز جهت جذب انرژی انتخاب میشوند . در دیوار برشی فولادی تسلیم کشش قطری در صفحه فولادی تحت برش طبقه اتفاق میافتد که به وسیله صفحه فولادی، انرژی اعمالی جذب و قاب محیطی از جذب انرژی دور میماند. محققان تلاش کردهاند رفتار دیوار برشی فولادی را تحت بارهای جانبی بهبود ببخشندکه برخی پیشنهادهای محققان عبارتند از: استفاده از فولاد با حد تسلیم پایین ، افزون سختکننده یا پوشش بتن بر روی صفحه فولادی. دیوار برشی فولادی تحت بارهای جانبی تغییر شکلهای درون صفحه و برون صفحهای را تجربه خواهد کرد و به دلیل لاغری بالای صفحه فولادی در مراحل اولیه و تحت بارهای کم، دیوار دچارکمانش میشود.
کمانش برشی الاستیک خللی در مقاومت برشی به وجود نمیآورد زیرا این مقاومت به هندسه دیوار بستگی دارد و برای بررسی آن می توان از تشکیل میدان کشش قطری و رفتار پس کمانشی بهره جست. جهت بررسی مقاومت پسکمانشی ورقها تاکنون تئوریهای مختلفی ارائه گردیده است. در سال 1996 یک نمونه آزمایشی در مقیاس %50 اندازه واقعی توسط درایور و همکارش[2] مورد بررسی قرار گرفت
سیستم باربر جانبی دیوار برشی فولادی همراه قاب خمشی بود. منحنی هیسترزیس برای طبقه اول ارائه شده است. آزمایش بر اثر گسیختگی ستون سمت چپ در ناحیه اتصال ستون به کف ستون خاتمه یافت . این مسئله در چرخه بیستم آزمایش همراه با کمانش موضعی بال ستون اتفاق افتاد. این نمونه قبل از گسیختگی رفتار شکل پذیری از خود نشان داد. از این آزمایش ضریب اضافه مقاومت 1/3 و ضریب شکل پذیری 6 به دست آمده همچنین آنها یک مدل تحلیلی برای نمونه آزمایش شده ارائه دادند.
در این مورد با استفاده از المان پوسته ای ورق دیوار برشی فولادی مدل سازی گردید که با استفاده از روش اجزاء محدود تحلیل گردید. در مدل ساخته شده ورق فولادی در هر طبقه به 36 قسمت تقسیم گشته بود، در تحلیل انجام شده مواد غیر خطی مادی و مهندسی در نظر گرفته شده بود. در شکل - 1 - نتایج بدست آمده از تحلیل غیر خطی نیز نشان داده شده است. آنها یک مدل ساده تر نیز ارائه دادند که در آن به جای ورق از المان های میله ای فقط کششی استفاده کردند. زاویه میله ها را در مدل 45 درجه در نظر گرفتند که در پایان رفتار مدل را مناسب گزارش نمودند و استفاده از این مدل را برای تحلیل های اولیه و سریع توصیه نمودند.
شکل : - 1 - نمونه آزمایشی و جزئیات هندسی و فیزیکی و منحنی تنش پسماند پانل طبقه اول
لیوبل و همکاران [3] جهت بررسی سختی ارتجاعی پس کمانشی، افزایش مقاومت، تشکیل میدان کششی و کمانش فشاری قطری ورق، پایداری منحنی تنش پسماند، تأثیر سختی تیر و ستون و تأثیر متقابل - اندرکنش - رفتار قاب و ورق یک سری آزمایشات تکمیلی را با استفاده از میز لرزه ای بر روی دیوارهای برشی فولادی انجام دادند.
در این آزمایشات بارهای برشی دوره ای بر روی دو نمونه یک طبقه دیوار برشی فولادی با سیستم ترکیبی - دیوار برشی فولادی به همراه قاب خمشی - وارد گردید. تفاوت دو نمونه آزمایشی در جزییات ورقهای اتصالی بود بطوریکه در نمونه دوم اتصالات قویتری در پای ستون و تیر بالایی به کار رفته بود. این نمونه ها تغییر شکل های قابل توجهی را تجربه کردند که شکل پذیری به بیش از 6 رسید و مقاومت نمونه ها تا بیش از1/5 الی 4 برابر مقاومت حد تسلیم افزایش یافت. شکل - 2 - یکی از نمونه ها را بعد از آزمایش نشان می دهد. همچنین در این شکل منحنی تنش پسماند نمونه نیز آورده شده است.
شکل - : - 2 نمونه مورد آزمایش به همراه منحنی تنش پسماند آن
محققین بر اساس رفتار این دو نمونه یک طبقه به این نتیجه رسیدند که ورق فولادی پرکننده با ایجاد مهارهای قطری اضافی با کاهش دوران اتصالات تیر به ستون به طور قابل ملاحظه ای نیاز به قاب خمشی مقاوم را کاهش می دهد.
صبوری و همکاران[4] آزمایشی روی 16 نمونه انجام دادند. بارگذاری روی قطر نمونه ها صورت می گرفت. نمونه ها شامل یک ورق فولادی مربع و چهار عضو محیطی در محیط ورق بود که دارای اتصالات مفصلی بودند. در این آزمایش ها بعضی از ورق ها دارای یک سوراخ بودند و رفتار ورق دارای بازشو مورد مطالعه قرار گرفت. ابعاد ورق 305*305 میلی متربود و ضخامت آنها از0/8 تا 1/2 میلی متر متغیربود.
دراین آزمایشها نمونه ها چهار چرخه پلاستیک را طی می کردند و دارای شکل پذیری خوبی بودند. ضریب شکل پذیری را هفت به دست آوردند و همچنین نشان دادند که مقاومت نمونه به صورت خطی با افزایش - 1-D/d - کاهش می یابد. شکل - 3 - نتایج کاهش مقاومت نمونه بر اثروجود سوراخ را نشان می دهد.
شکل : - 3 - افت مقاومت نمونه براثربزرگ شدن سوراخ
همچنین به وسیله مدل رفتاری پیشنهاد شده یک تحلیل دینامیکی بین خطی انجام دادند. در خاتمه نتیجه گیری کردند شکل پذیری بالای دیوار برشی فولادی به صورت یک نوع میرایی به نام میرایی هیسترزیس عمل کرده است
