بخشی از مقاله
چکیده
دیوار برشی فولادی به عنوان سیستم باربر جانبی در طراحی سازه های بلند و یا مقاومسازی سازههای موجود کاربرد دارد. استفاده از این سیستم به دلیل جذب انرژی و سختی بالا و همچنین شکلپذیری مناسب مورد توجه طراحان سازه قرار گرفته است.
روشهای تحلیلی مختلفی برای بررسی عملکرد سازهای دیوار برشی فولادی استفاده میشود. یکی از این روشها که برای انواع مختلف دیوار برشی فولادی کاربرد دارد، روش تحلیلی اندرکنش قاب و ورق است. این روش تحلیلی نسبت به روش تحلیلی مدل نواری محدودهی بیشتری از کاربردهای این سیستم را در بر میگیرد.
در این مقاله با توجه به آزمایشهایی که بر روی سه نمونه دیوار برشی فولادی تقویت شده دارای دو بازشوی مستطیلی با مقیاس یک سوم انجام شده است، روش تحلیلی اندرکنش ورق و فولاد مورد بازبینی قرار گرفته و برای حالت وجود دو بازشو تعمیم یافته است. با استفاده از تعمیم روش اندرکنش ورق و قاب و مقایسه پارامترهای سازهای، نتایج قابل قبولی بین نتایج آزمایشگاهی و روابط تئوری به دست آمده است.
مقدمه
دیوار برشی فولادی یک سیستم مقاوم در برابر بارهای جانبی است که با توجه به مزایای آن استفاده از این سیستم
مخصوصاً در ساختمانهای بلند و همچنین مقاومسازی ساختمانهای غیر ایمن مورد توجه طراحان قرار گرفته است. برخی از مزایای استفاده از این نوع دیوارها عبارتاند از: شکلپذیری بالا، قابلیت جذب انرژی زیاد، دارا بودن سختی قابلتوجه که باعث فراهم آمدن یک سیستم موثر برای کاهش دریفت بخصوص در سازههای بلند میشود و همچنین داشتن وزن کمتر در مقایسه با نمونههای بتنی مشابه که کاهش وزن کل سازه را به همراه دارد.
دیوارهای برشی فولادی بهصورت تقویتشده و بدون تقویت و نیز با وجود بازشو و یا عدم وجود آن، طراحی و ساخته میشوند. دیوار برشی فولادی تقویتشده از سختکنندههای قائم و افقی تشکیل شده است. راه حل موثر و عملی برای بهبود پایداری کمانشی و جلوگیری از کمانش الاستیک زودرس ورق فولادی افزایش دادن ضخامت ورق و یا استفاده از سخت کننده های افقی و قائم برای وادار کردن کمانش ورق فولادی از مود کمانش کلی به مود کمانش موضعی در زیر صفحه ها است
ایده استفاده از مقاومت میدان کششی برای اولین بار در طراحی تیرورقها بوده است، اما کاربرد آن در سیستم دیوار برشی فولادی در یک سری مطالعات تحلیلی و آزمایشگاهی به اثبات رسیده است.
در این مقاله با توجه به اینکه آزمایشها بر روی نمونههای دیوار برشی فولادی از نوع تقویتشده دارای دو بازشو و با ورق دارای حد جاری شدن پایینتر نسبت به فولاد قاب انجام شده است، در همین راستا فقط آزمایشهای مرتبط با همین موضوعات، مورد بررسی اجمالی قرار میگیرند.
اولین آزمایش انجامشده بر روی دیوار برشی فولادی تقویتشده دارای بازشو توسط تاکاهاشی و همکاران انجام شد. در این آزمایشها به این نتیجه رسیدند که نمونههای دارای سختکنندههای دو طرفه رفتار بهتری داشته و برای بهبود رفتار نمونهی دارای بازشو ضخامت ورق باید افزایش و پیرامون بازشو تقویت مناسبی گردد. همچنین برای داشتن رفتار مطلوبتر دیوار برشی فولادی میبایست علاوه بر جلوگیری از کمانش الاستیک ورق، کمانش موضعی به جای کمانش کلی در ورق اتفاق بیفتد
ناکاشیما و همکاران - Nakashima et al, 1994 - ، چن و هانگ - - Chen and Jhang, 2011 و لی و همکاران - Li et al ,2010 - آزمایشهایی را بروی دیوارهای برشی تقویتشده بدون بازشو و دارای ورق پرکننده از نوع حد جاری شدن پایین - LYP3 - انجام دادند. ناکاشیما و همکاران نشان دادند که دیوار برشی فولادی با ورق LYP دارای جذب انرژی بالا بوده و منحنیهای هیسترزیس پایداری دارد
چن و هانگ نشان دادند که اتصال گیردار تیر به ستون رفتار بهتری نسبت به اتصال مفصلی دارد
لی و همکاران با انجام چهار تست بر روی نمونههای دو طبقه به بررسی تشکیل گرههای پلاستیک در ستونها، تأثیر نگهدارندههای افقی ورق روی کاهش نیروی محوری تیرها و ظرفیت خمشی ستونها و همچنین RBS4 بودن بالهای تیرها پرداختند
نخستین مطالعات آزمایشگاهی انجامشده بر روی نمونههای دیوارهای برشی فولادی بدون تقویت دارای یک بازشو با فولاد با گریدهای مختلف از جمله فولاد نرم توسط رابرتز و صبوری انجام شد. در این آزمایشها علاوه بر ایجاد یک مدل تئوری اندرکنش ورق و قاب - PFI5 - برای پیشبینی رفتار ورق و قاب، به بررسی وجود یک بازشوی دایروی در مرکز ورق پرداخته و مشخص گردید که مقاومت و سختی ورق به صورت خطی با افزایش قطر بازشو کاهش مییابد
ویان و برنئو - Vian and Bruneau , 2004 - و چوی و پارک - Choi and park , 2008 - یک سری آزمایشهایی را به روی
نمونههای دیوار برشی ورق نازک دارای بازشو و با ورق پرکننده LYP انجام دادند. ویان و برنئو با آزمایش یک نمونه با ورق دارای سوراخهای با فواصل منظم نشان دادند که در صورت در دسترس نبودن ورق LYP در مواردی که نیاز به کاهش سختی و مقاومت در ورقهای گرم نورد شده است، این ایده میتواند به کار آید
چوی و پارک ضمن مشاهده جذب انرژی و شکلپذیری بهتر دیوار برشی فولادی نسبت به سیستمهای CBF و EBF نشان دادهاند که اتصال جوشی ورق فولادی به قاب پیرامونی نسبت به اتصال پیچی رفتار بهتری دارد
در آزمایشهای انجامشده توسط خرازی - Kharrazi et al, 2011 - ، دینو و همکاران - Dino et al, 2010 - ، و لی و همکاران - Li et al, 2011 - جنس ورق پرکننده مورد استفاده LYS بوده است. خرازی با در نظر گرفتن اثر خمش ستونها، روش PFI را تعمیم داده است
دینو و همکاران با بررسی اتصالات صلب و نیمه صلب تیر به ستون نشان دادند که نسبت جابجایی نهایی نمونهها به نسبت جاری شدن ورق در همه نمونهها تقریباً مقدار ثابت 5 میباشد
لی و همکاران با انجام آزمایشی روی دیوار برشی فولادی کوپله ضمن توجه به رفتار هیسترزیس دیوار به بررسی تشکیل مفاصل پلاستیک در ستونها و رفتار تیر پیوند پرداخته شده است
تنها آزمایشهای انجامشده بر روی دیوار برشی فولادی تقویتشده دارای تک بازشوی مرکزی که جنس ورق پرکننده از نوع مقاومت پایین باشد، توسط صبوری و سجادی انجام گردید. در این آزمایشها سختی و مقاومت نمونههای دارای بازشو با افزایش عرض بازشو، نسبت به نمونههای مشابه فاقد بازشو بوده کاهشیافته و نشان داده شده که تقویت ورق میتواند تا حد خوبی اثر کاهش سختی را در نمونههای تقویتشده جبران نماید
در این مقاله به بررسی آزمایشهایی که بر روی دیوارهای برشی فولادی تقویتشده که دارای دو بازشوی مستطیلی متقارن از نوع تقویتشده بوده و همچنین ورق پرکننده از نوع فولاد با حد جاری شدن پایین میباشد، پرداخته شده است. توانایی پیشبینی و درک رفتار سازهای سیستمهای دیوار برشی تقویتشده که هم دارای دو بازشو بوده و هم مصالح ورق فولادی با ستونها متفاوت باشد، از طریق راههای ساده و مهندسی دارای اهمیت میباشد. در این مقاله این نیاز با تعمیم دادن روش ساده و روشن اندرکنش ورق و قاب - PFI - برآورده شده و موثر بودن این روش تحلیلی از طریق مقایسه نتایج این روش تئوریک با نتایج عددی و دادههای آزمایشگاهی ارزیابی میگردد.
مشخصات نمونه های آزمایشگاهی
نمونههای آزمایشگاهی در این تحقیق شامل 3 نمونه دیوار برشی فولادی تقویتشده دارای دو بازشوی مستطیلی متقارن به نامهای SSW2O1، SSW2O2 و SSW2O3 با مقیاس یک سوم میباشد. تنها پارامتر متغیر در این سه نمونه، فاصله دو بازشو از یکدیگر بوده که در نتیجه آن نسبت ابعاد پانل میانی بین دو بازشو و همچنین پانلهای کناری متفاوت است. نمای کلی نمونهها و عناصر تشکیل دهندهی آنها در شکل - 1 - و ابعاد و اندازههای نمونهها در شکل - 2 - آورده شده است. با توجه به تشابه نمونههای آزمایشگاهی فقط یکی از نمونهها در شکل - 2 - آورده شده و اندازه پارامتر متغیر پانل میانی و پانلهای کناری بهصورت مجزا برای هر سه نمونه نشان داده شده است.
