بخشی از مقاله
خلاصه
در دهه های اخیر، سیستم دیوار برشی فولادی بعنوان یکی از سیستم های مقاوم در برابر بارهای جانبی مورد توجه محققین قرار گرفته است. نیازهای معماری و ملاحظات غیرسازه ای نظیر عبور سیستم های تاسیساتی از جمله عوامل ایجاد بازشو در دیوارهای برشی فولادی می باشند. در این تحقیق، 18 مدل دیوار برشی فولادی با بازشو دایره ای و مربعی در دو موقعیت یک سوم وسط و یک سوم کناری ورق فولادی، با در نظر گرفتن تقویت وعدم تقویت مدلسازی و تحلیل شده است.
از این رو، ضمن بررسی تاثیر موقعیت و شکل بازشو بر رفتار دیوار برشی فولادی، به منظور بهبود رفتار دیوارهای برشی فولادی بازشودار به بررسی تقویت این سیستم پرداخته شده است. بدین منظور دیوار برشی فولادی بازشودار در دو حالت تقویت لبه بازشو و تقویت با سخت کننده قطری مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج این تحقیق نشان می دهد دیوار برشی فولادی با بازشو دایره ای رفتار و عملکرد مناسب تری نسبت به دیوار برشی فولادی با بازشو مربعی دارد و موقعیت بازشو با هر شکلی در مرکز پانل بحرانی تر بوده و جذب انرژی با وجود بازشو در این موقعیت، کمتر می شود. همچنین تقویت دیوار برشی فولادی باعث افزایش جذب انرژی و کاهش ضریب شکل پذیری می شود.
.1 مقدمه
سیستم های دیوار برشیکه منحصراً از بتن مسلح ساخته شده اند به طور مرسوم در ساختمان های بلند مرتبه در سراسر دنیا استفاده می شوند . اما از سال 1970 مهندسان سازه، از دیوار برشی فولادی نیز به عنوان یک سیستم موثر مقاوم باربر جانبی و اقتصادی در ساختمانهای جدید بلند مرتبه، برای مقابله با نیروی ناشی از باد در برخی از ایالت های آمریکا و زلزله در نواحی با لرزه خیزی بالا مانند کالیفرنیا، ژاپن و کانادا استفاده نموده اند. همچنین از این دیوارها برای مقاوم سازی سازه های موجود به منظور افزایش مقاومت و سختی استفاده شده است. وظیفه ی اصلی دیوار برشی فولادی، مقاومت در برابر برش افقی طبقه و لنگر واژگونی ناشی از بارهای جانبی است.
استفاده از دیوارهای برشی فولادی در مقایسه با قاب های فولادی ممان گیر تا حدود %50 صرفه جویی در مصرف فولاد را در سازه ساختمان ها به همراه داشته است. دیوارهای برشی فولادی جایگزینی تمیزتر و سریعتر به لحاظ اجرایی و مطمئن تر به لحاظ مقاومت و رفتار نسبت به دیوارهای برشی بتنی می باشند. علاوه بر موارد فوق به دلیل اینکه میزان جابجایی جانبی این نوع دیوار برشی نسبت به مشابه بتنی خود کمتر است لذا در سازه های بلند مرتبه بیشتر مورد استفاده است. از مزایای دیگر استفاده این سیستم نسبت به مشابه بتنی می توان به مواردی مانند، کاهش وزن مرده ساختمان و در نتیجه کاهش نیروی زلزله وارد بر آن، کاهش ابعاد تیر و ستون ها و در نتیجه افزایش فضای مفید طبقات و نیز استفاده در مناطق سردسیر که عمل آوری بتن دشوار است، اشاره نمود.
اولین تحقیق بر روی ورق نازک بدون سخت کننده در کانادا توسط توربرن انجام شده است .[3] در این تحقیق یک مدل آنالیز برای مقاومت برشی این نوع ورق توسعه یافته است.این مدل بر مبنای تئوری کشش قطری خالص توسط واگنر [4] بوده است. رابرتس و همکاران در سال 1992 نتایج 16 آزمایش شبه استاتیکی تناوبی بر روی صفحات برشی فولادی سخت نشده را که بصورت قطری بارگذاری شده بودند گزارش نموده اند. برخی صفحات دارای حفره هایی در مرکز صفحه با قطر حفرات - D - و صفحات فولادی نیز دارای ارتفاع - d - بودند. بر اساس نتایج آنها، مقاومت تقریبی و ضریب کاهش سختی با معادله ی - 1-1 - برای پانل با یک سوراخ منفرد می باشد
که در این رابطه و به ترتیب نسبت های مقاومت و سختی ارتجاعی برای صفحه ی سوراخ شده با یک حفره تنها به یک صفحه بدون حفره می باشند.[1] آستانه اصل در سال2001 نمونه ای از دیوار برشی فولادی را مورد آزمایش قرار داد و نمونه ها رفتار بسیار شکل پذیری را ازخود نشان دادند
در سال 2012، حسین زاده و محسن تهرانی زاده، رفتار غیر خطی دیوارهای برشی فولادی یک طبقه و چند طبقه ی دارای بازشوهای مستطیلی بزرگ دارای سخت کننده را که در ساختمان ها به عنوان در یا پنجره به کار می روند، مورد مطالعه قرار دادند. مشاهده شد که نوع، موقعیت و هندسه بازشوهای دارای سخت کننده به خودی خود بر روی مقاومت سیستم تاثیری ندارند، اگرچه اندازه های مختلف المان های مرزی محلی مورد نیاز برای بازشوهای مختلف می تواند برخی تاثیرات را داشته باشد.
در سال 2012 ، ولیزاده و همکاران، رفتار چرخه ای دیوار برشی فولادی با بازشو دایره ای را، مورد مطالعه قرار دادند دراین پژوهش، اثر باز شو، ابعاد و عوامل موثر لاغری صفحات در رفتار لرزه ای دیوارهای برشی فولادی بصورت آزمایش تجربی مورد مطالعه قرار گرفته است و مشاهده شد که بازشو در مرکز پانل کمانش خارج از صفحه و تغییر شکل را در امتداد قطر اصلی متمرکز می کند و این با افزایش قطر بازشو آشکارتر می باشد همچنین با وجود بازشوها با ابعاد بزرگ ، نمونه آزمایش شکل پذیری و جذب انرژی بالایی داشت .
در سال 2013، علوی و ناطقی، بصورت آزمایشگاهی رفتار دیوار برشی فولادی با بازشو مرکزی و سخت کننده قطری را مورد مطالعه قرار دادند. آزمون چرخه ای نشان داد که نمونه های دارای سخت کننده های قطری، حلقه های هیسترزیس پایداری داشته و براساس رفتار موجود به عنوان سیستم اتلاف انرژی مناسب می باشند.[8] در سال 2014، صبوری و مام عزیزی، بصورت آزمایشگاهی رفتار دیوار برشی فولادی سخت شده با دوبازشوی مستطیلی را مورد مطالعه قرار دادند. در نمونه سوراخ شده، وجود سوراخ منجر به کاهش سختی اولیه و مقاومت برشی نهایی در مقایسه با نمونه بدون بازشو می شود
-2 معرفی نمونه ها و مدلسازی
1-2 مدلسازس هندسی
برای مدل سازی عددی از بسته ی نرم افزاری اجزا محدود ABAQUS 6.10-1/Standard استفاده می گردد. به دلیل نازک بودن کلیه ی مقاطع مورد استفاده و عدم اهمیت توزیع تنش در ضخامت جداره های نازک، از قطعات دو بعدی - صفحات - برای مدل سازی استفاده می شود و المان پوسته - shell - برای مدل سازی رفتار دیوار کافی تشخیص داده می شود. 18 مدل هندسی ساخته شده در نرم افزار جهت تحلیل اجزا محدود، در شکل 1 نشان داده شده است.
مدل های دیوار برشی فولادی بدون وجود تیر در تراز پایه
مدل های دیوار برشی فولادی با وجود تیر در تراز پایه
