بخشی از مقاله
چکیده
رخداد زلزلههای گذشته در کشورهای لرزهخیز و بررسیهای انجام شده توسط محققین و پیشرفتهای قابل توجه در حوزههای مختلف زلزله شناسی و مهندسی زلزله، جوامع علمی را به سوی راهکارهای مختلف کاهش خطر و آسیبپذیری سازهها سوق داده است. اغلب سازهها پس از رخداد زلزله دچار تغییر مکان نسبی ماندگار شده و بهرهبرداری از ساختمان، ناممکن و در مواردی بازسازی، هزینههای سنگینی را طلب میکند.
امروزه روشهای نوینی برای طراحی لرزه ای سازهها ابداع شده است که سطح عملکرد را از ایمنی جانی تا حفظ سرمایههای استفاده شده در فرآیند ساخت سازه، تغییر داده است. در طول دو دهه گذشته، محققین سازه و زلزله، سیستمهای لرزهای جدیدی را معرفی کردهاند که به سیستمهای مرکزگرا معروفند و علاوه بر قابلیت استهلاک انرژی و کاهش خسارت به سازه، تغییرشکلهای ماندگار کمتری به سازه تحمیل میکنند.
افزودن سیستم مرکزگرا به دیوار برشی پیشساخته، حرکت گهوارهای آن را افزایش داده و تغییرمکان نسبی ماندگار را در بالاترین تراز دیوار کاهش میدهد. در این مقاله یک نمونه آزمایشگاهی دیوار برشی بتن مسلح پیشساخته ترکیبی با تمام جزئیات در نرم افزار اجزای محدود مدل سازی شده و پس از انجام تحلیل غیرخطی عددی، پاسخ آن در برابر بارهای ثقلی و جانبی ناشی از زلزله مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده نشان میدهد که نحوه مدلسازی در تطبیق با فیزیک نمونهی آزمایشگاهی به خوبی انجام شده است.
مقدمه
در سیستمهای متداول مقاوم در برابر زلزله اغلب از تسلیم فولاد در ترکیب با سایر مصالح برای استهلاک انرژی استفاده میشود. این نوع از سیستمها پاسخ چرخهای - هیسترتیک - کامل مانند آنچه در شکل -1 - الف - نشان داده شده است، ارائه میدهند. نکته حائز اهمیت این است که این سیستمها بعد از وقوع زلزله مستعد تغییرمکان نسبی ماندگار بوده و هزینههای بازسازی قابل ملاحظهای نیاز دارند. ممکن است تعمیر سازههایی که پس از زلزله متحمل تغییر شکل ماندگار میشوند امکانپذیر باشد اما بدلیل خسارت و تغییرمکان نسبی ماندگار منطقی به نظر میرسد که به جای تعمیر و بازسازی، سازه کاملاً تخریب شود.
در نتیجه میزان تغییرشکلهای ماندگار پس از وقوع زلزله عامل اساسی برای ارزیابی عملکرد سازهها است. به منظور حذف تغییر شکلهای ماندگار، در دو دهه گذشته سیستمهایی که اصطلاحاً مرکزگرا نامیده میشوند توسعه یافته و مورد استفاده قرار گرفتهاند. در سیستمهای مرکزگرا سازه دچار خسارت و تغییر شکل ماندگار کمی گردیده در حالی که مقاومت و سختی سیستمهای مرسوم را دارد. وجه اشتراک بین این سیستمها پاسخ چرخهای پرچمی شکل مطابق آنچه که در شکل -1 - ب - آمده است، میباشد. در سیستمهای مرگزگرا، تغییرمکان بعد از هر چرخه بارگذاری از مرکز گذشته و تغییرمکان نسبی ماندگار در سازه حذف میگردد. لازم به ذکر است که سازههایی که دارای سیستم مرکز گرا هستند چون به طور مداوم بعد از هر چرخه بارگذاری به تغییر شکل صفر برمیگردند اثر تصاعدی پی-دلتا را ندارند.
معرفی دیوار برشی مرکزگرای ترکیبی
دیوار برشی پیشساخته ترکیبی مورد بررسی در این مقاله از پانلهای مستطیلی پیشساخته تشکیل شده است که در زمره سیستمهای نامتداول پیش ساخته قرار می گیرد. رفتار این قبیل سازهها تحت بارهای جانبی از طریق باز و بسته شدن درزهایی که بین اعضای پیشساخته تعبیه شده است، کنترل میگردد .[2] بعد از اعمال بار جانبی اولین مود جابجایی در این دیوارها، بازشدگی درز افقی موجود بین پانل پایه و فونداسیون میباشد. به عبارت دیگر به دلیل وجود این درز و امکان بلند شدن دیوار، سازه عمدتاً رفتار چرخشی صلب دارد. به محض باربرداری، نیروی پیشتنیدگی موجود در کابلها به همراه نیروی ثقلی، نقش نیروی بازگرداننده را داشته و دیوار را به موقعیت اولیه بر میگرداند.
واژه ترکیبی به این دلیل به کار میرود که در این سیستمها، از ترکیب میلگردهای فولادی و کابلهای پیشتنیده نچسبیده با مقاومت بالا استفاده میشود. میلگردهای فولادی مورد استفاده در این دیوارها طوری طراحی میشوند که در کشش و فشار تسلیم شوند تا وظیفه استهلاک انرژی را به خوبی انجام دهند. با این روش کابلهای پیشتنیده قابلیت مرکزگرایی را برای سیستم فراهم میکنند که در نتیجه باعث کاهش تغییر مکان ماندگار بعد از وقوع زلزلههای بزرگ میگردد.
جزئیات نمونهی آزمایشگاهی مورد بررسی
نمونه آزمایشگاهی شامل دو پانل پیشساخته است. پانل پایه - زیرین - نمایندهی طبقهی اول و پانل بالایی نماینده طبقات 2 تا 4 میباشد. درز بین فونداسیون و پانل پایه، بنام درز 1 و درز بین پانل پایه و پانل بالایی بنام درز 2 نامگذاری شده است. پانلهای پیشساخته در درون خود یک شبکه فولادی شامل میلگردهای افقی و قائم به قطر 9/5 میلیمتر میباشند. فونداسیون نمونه آزمایشگاهی به عنوان یک مجموعه صلب شامل یک قسمت میانی و دو بلوک انتهایی است.
با توجه به ضریب مقیاس مورد استفاده که 0/4 بوده است مشخصات هندسی نمونه آزمایشگاهی که برای مدلسازی عددی نیز مورد نیاز است به شرح زیر میباشد. طول دیوار: 243 سانتیمتر، ارتفاع پانل پایه: 145 سانتیمتر، ارتفاع پانل بالایی: 269 سانتیمتر، ضخامت دیوار: 15/9 سانتیمتر، محل اعمال بار جانبی: 366 سانتیمتر از روی فونداسیون، طول، ارتفاع و ضخامت تیر میانی فونداسیون به ترتیب: 350، 110 و60 سانتیمتر، طول، ارتفاع و ضخامت بلوک انتهایی فونداسیون به ترتیب: 150، 140 و70 سانتیمتر میباشد .[3]
شکل:2 طرح شماتیک نمونهی آزمایشگاهی [3]
بار ثقلی وارد بر دیوار که شامل وزن خود دیوار و بار سرویس وارد بر آن میباشد 361/2 کیلونیوتن است که از طریق یک کابل پیشتنیده که در مرکز دیوار قرار میگیرد به نمونه اعمال شده است. با توجه به اینکه در دو انتهای پانل پایه، نیروی فشاری زیادی وجود دارد برای جلوگیری از خردشدگی، بتن این نواحی باید محصورگردد. طول ناحیهای که بتن آن محصور میشود 406/4، فاصله خاموتها در راستای ارتفاع دیوار76/2 و فاصله اولین خاموت از کف پانل پایه 19/05 میلیمتر است. برای جلوگیری از بازشدگی درزی که بین پانل پایه و پانل بالایی وجود دارد، از میلگردهای فولادی - میلگرد دوخت - به قطر 19/1 میلیمتر استفاده شده است که خروج از مرکزیت این میلگردها نسبت به مرکز دیوار 1117/6میلیمتر میباشد.
این میلگردها طوری طراحی میشوند که الاستیک باقی بمانند و برای جلوگیری از گسیختگی ناشی از خستگی دارای یک طول کوچک نچسبیده به اندازهی 76/2 میلیمتر میباشند. کابلهای پیشتنیدگی که وظیفه کاهش تغییرشکلهای پسماند وارد بر نمونه را بر عهده دارند دو دسته بوده که هر کدام شامل سه کابل به قطر 12/7 میلیمتر بوده که به صورت متقارن نسبت به مرکز دیوار با خروج از مرکزیت 279/4 میلیمتر قرار گرفتهاند. لازم به ذکر است که تنش پیشتنیدگی اولیهی این کابلها f pu ِ /ً است. میلگردهای مستهلککننده انرژی شامل 4 میلگرد فولادی به قطر 19/1 میلیمتر میباشد که با خروج از مرکزیت 88/9 و 190/5 میلیمتر نسبت به مرکز دیوار قرار گرفتهاند و در این میلگردها نیز در طولی به اندازه 381 میلیمتر با استفاده از یک ورق نازک پلاستیکی از تماس میلگرد با بتن جلوگیری شده است.
