بخشی از مقاله
خلاصه
امروزه دیوار های برشی فولادی به عنوان یکی از سیستمهای مقاوم در برابر زلزله شناخته شده و کاربرد فراوانی پیدا کرده است. استفاده از سخت کننده مناسب در دیوار برشی فولادی از کمانش کلی ورق جلوگیری کرده و باعث بهبود رفتار کمانشی و افزایش جذب انرژی میشود. در این تحقیق حداقل ممان اینرسی لازم برای جلوگیری از کمانش کلی ورق فولادی با استفاده از تئوری اندرکنش ورق و قاب - PFI - به وسیله رسم منحنی تنش برشی کمانشی بر حسب ممان اینرسی سخت کننده محاسبه شده است.
نتایج آنالیز های انجام شده روی دیوارهای برشی فولادی با سخت کننده های افقی، قائم و متعامد نشان میدهدکه استفاده از سخت کننده با ممان اینرسی در محدوده انتقال منحنی یاد شده باعث می شود تا کمانش دیوار برشی فولادی بدون بازشو به سمت کمانش موضعی متمایل گردد. بنابراین استفاده از ممان اینرسی در ناحیه انتقال منحنی یاد شده برای این دیوارهای برشی نتایج قابل قبولی به همراه خواهد داشت.
.1 مقدمه
امروزه دیوار برشی فولادی به عنوان یک سیستم کارآمد برای مقابله با زلزله در جهان شناخته شده است. این دیوارها در نوع با و بدون سخت کننده به کار میروند. بررسی رفتار دیوارهای برشی فولادی با سختکننده به منظور رسیدن به طرحی بهینه با جذب انرژی بیشتر از اهمیت زیادی برخوردار است. در طراحی سختکنندههای دیوارهای برشی فولادی بهتر است مقدار این سختکنندهها باید در حدی باشد که در زیرصفحهها کمانش موضعی رخ داده و در عین حال مقدار آنها بهینه و از نظر اقتصادی به صرفه باشد.
یکی از تئوریهای مهم و کاربردی در بررسی رفتار دیوارهای برشی فولادی، تئوری اندرکنش ورق و قاب میباشد[1]و.[2] در سال 1388 صبوری و سجادی روشی برای تخمین حداقل ممان اینرسی مورد نیاز برای سختکنندههای انواع مختلف دیوارهای برشی فولادی به منظور جلوگیری از کمانش کلی ورق ارائه دادند.
این روش بر پایه تئوری اندرکنش ورق و قاب پیشنهاد شد. صبوری و سجادی در سال 1388 نمونههای المان محدودی بدست آمده از این روش را با نمونههای آزمایشگاهی مشابه مقایسه کرده و نتایج قابل توجهی بدست آمد. در این تحقیق دیوارهای برشی فولادی بدون بازشو با استفاده از نتایج این تحقیق، تحت آنالیز غیر خطی قرار گرفته و بررسی شدهاند. هدف از این تحقیق بررسی تاثیر ممان اینرسی سخت کننده ها بر رفتار کمانشی زیرصفحهها در انواع دیوارهای برشی با سخت کننده و بدون بازشو میباشد.
.2 تعیین حداقل ممان اینرسی سخت کننده برای جلوگیری از کمانش کلی ورق بر اساس تئوری اندرکنش ورق و قاب
تئوری اندرکنش ورق و قاب - PFI - توسط صبوری ارائه شد[1] و . [2] در این تئوری دیوار برشی فولادی به صورت یک طبقه مجزا فرض شده و منحنی رفتاری نیروی برشی- تغییر مکان برای ورق و قاب پیرامون به طور جداگانه محاسبه می شود و با جمع آنها منحنی نیروی برشی- تغییر مکان دیوار برشی فولادی بدست میآید که در شکل 1 نشان داده شدهاست. این تئوری، توانایی محاسبهی رفتار نیروی برشی- تغییرمکان دیوارهای برشی فولادی با و بدون سختکننده، با و بدون بازشو را دارد.
شکل - 1 منحنی نیروی برشی - تغییرمکان دیوار برشی فولادی در تئوری اندرکنش ورق و قاب
تعیین حداقل ممان اینرسی لازم سختکنندهها برای جلوگیری از کمانش کلی ورق با استفاده از المان محدود مطابق مراحل زیر پیشنهاد میشود:[3] -1ورق و سختکنندهها به همراه قاب پیرامون با استفاده از المان محدود و اتصالهای قاب پیرامون آن به صورت مفصل مدل شود تا تنش برشی کمانش به دست آمده مربوط به رفتار ورق و سخت کنندهها باشد. همچنین سختی قاب پیرامون باید به اندازهای باشد که همراه با ورق کمانه نکرده و تغییر شکل آن ناچیز باشد.
-2پس از انتخاب ضخامت مناسب برای سختکنندهها، عرض سختکنندهها از کم به زیاد افزایش یافته و هر بار با استفاده از آنالیز کمانش الاستیک مقدار تنش برشی کمانش به دست آید.
-3نمودار منحنی تنش برشی کمانشی بر پایهی ممان اینرسی سختکننده رسم شود.
-4در نمودار یاد شده پس از ممان اینرسی مشخصی تنش برشی کمانشی تقرباًی ثابت میشود. مقدار این ممان اینرسی به عنوان حداقل ممان اینرسی لازم برای جلوگیری از کمانش کلی تعیین شود.
.3 مشخصات هندسی نمونهها
در این تحقیق 4 دیوار برشی فولادی بدون سخت کننده با چهار آرایش مختلف سختکننده مورد بررسی قرار گرفته است.
این نمونهها به ترتیب شامل دوسخت کننده افقی، دو سخت کننده قائم، دو سخت کننده افقی و یک سخت کننده قائم، و دو سخت کننده افقی و دو سخت کننده قائم مبیاشند.ابعاد نمونهها شامل ارتفاع 3 متر و طول دهانهی 6 متر میباشد. ضخامت ورق فولادی 8 میلیمتر و ضخامت سختکنندهها 7 میلیمتر میباشد. جنس ورق نمونهها از نوع فولاد با تنش تسلیم شدن 192/4 مگاپاسکال و جنس تیر و ستونها از نوع فولاد با تنش تسلیم شدن 414/8 مگاپاسکال انتخاب شده است. سختکنندهها از نوع یکطرفه هستند. فاصله عمودی سخت کننده های افقی 1 متر و فاصله بین سخت کنندههای عمودی در حالت یک سخت کننده قائم 3 متر و در حالت دو سخت کننده قائم 2 متر میباشد.شمایی از مدلهای مورد استفاده در شکلهای 2 و 3 نشان داده شده است.
شکل - 2 شمایی از نمونهها با سخت کننده غیر متعامد.
شکل - 3 شمایی از نمونهها با سختکننده متعامد.
مراحل یاد شده برای تعیین حداقل ممان اینرسی لازم برای جلوگیری از کمانش کلی برای این چهار نمونه شده انجام شده و نمونه نمودار بدست آمده به شکل شماتیک در شکل 4 نشان داده شدهاست.برای مدل کردن نمونه ها از نرم افزار ANSYS 14.0 استفاده شده است
المانها از نوع SHELL 181 انتخاب شدهاند.عرض سختکنندهها از مقدار صفر - ورق بدون سختکننده - تا 400میلیمتر در نظر گرفته شده و با استفاده از آنالیز کمانش الاستیک تنش برشی کمانشی متناظر هر ممان اینرسی سختکننده به دست آمده است. با استفاده از رسم مماس بر این منحنی دو نقطهی P1 و P2 مشخص میگردد. هرگاه ممان اینرسی سختکننده کم باشد شکل مود کمانشی ورق و سختکننده بسیار شبیه به ورق بدون سختکننده است.
با افزایش ممان اینرسی سختکننده کمانش موضعی و کمانش سختکنندهها با ورق همزمان دیده میشود که در اطراف نقطهی P1 این پدیده ایجاد می شود. با افزایش ممان اینرسی حالتی ایجاد میشود که زیرصفحهها کمانش موضعی میکنند و سختکنندهها با ورق کمانه نمیکنند که این پدیده در اطراف نقطهی P2 اتفاق میافتد. از نقطهی P2 به بعد با افزایش ممان اینرسی سختکنندهها همواره کمانش موضعی در زیر صفحهها ایجاد می شود. نقطهی P2 نقطهی متناظر حداقل ممان اینرسی لازم برای جلوگیری از کمانش کلی ورق است. نقطهی P1 به P2 ناحیهی انتقال از کمانش کلی به موضعی نامیده میشود.
