بخشی از مقاله
خلاصه
در این تحقیق رفتار دیوارهای برشی سرد نورد شده با ورق صاف ارزیابی و بررسی می شود و راهکارهایی جهت افزایش باربری آنها ارایه می شود. برای این منظور یک پانل برشی با استفاده از نرم افزار Abaqus مدلسازی شد و تحت اثر بارگذاری بارافزون - پوشاور - قرار گرفت. و پس از بررسی اولیه مخص شد پانل مورد نظر دچار کمانش زودهنگام شده و منحنی پوش اور آن رفتار غیرخطی نامطلوب و همراه با افت شدید مقاومت است.، راهکارهای همچون افزایش ضخامت، استفاده از مهار افقی، استفاده از سختکننده گوشه در محل اتصال تراک به استاد، استفاده از سختکننده افقی و قائم در ورق و ... جهت افزایش باربری و بهبود عملکرد آن ارایه و ارزیابی می شود.
کلمات کلیدی: قاب فولادی سبک، مقاطع سرد نوردشده، دیوار برشی فولادی، عملکرد لرزه ای
.1 معرفی
دیوارهای برشی فولادی با مقاطع سرد نورد شده یکی از انواع سیستم های باربر هستند که برای ساختمان های کوتاه مرتبه مناسبند. وزن سبک، اجرای سریع و آسان، قابلیت بازیافت و مونتاژ مجدد، ایزولاسیون حرارتی و صوتی خوب و مقاومت مطلوب در برابر زلزله از مزایای ساختمان های فولادی سبک هستند. دیوار باربر فولادی، از اعضای فولادی قائم، افقی و قطری سردنورد شده ساخته میشود. اتصالات اعضای مختلف در قاب سبک فولادی معمولا به کمک پیچ و مهره انجام میگیرد .[1] اولین استاندارد طراحی بر مبنای تحقیقات انجام یافته با پشتیبانی[2]AISI و بر پایه تحقیقات انجام شده توسط [3] Winter از سال 1939 در دانشگاه کرنل تدوین گردید. این تحقیقات در سالهای بعد توسط Karren [4] و [5] Peköz در این دانشگاه توسعه یافت.
بر اساس تحقیقی که [6] Dai در زمینه رفتار دیوارهای باربر فولادی سرد نورد شده تحت بارهای صفحه ای تک محوره انجام داد، استادها یا وادارها، تنها 8 درصد از مقاومت برشی دیوار را تامین میکنند و ظرفیت برشی دیوار به وسیله ورقه های فولادی و مقاومت اتصالات فراهم می شود. [7] Dubinaیک تحقیق عددی و آزمایشگاهی بر روی عملکرد لرزه ای و رفتار غیرخطی سازه های فولادی با نورد سرد انجام داد و نشان داد که سازه های فولادی سبک، از نوع سازه های با اتلاف انرژی پایین بوده و نیروی لرزه ای مورد استفاده در تحلیل خطی را می توان با ضریب - 1q2 - q کاهش داد. Gad و همکارانش [8]، مقاومت جانبی و عملکرد یک قاب فولادی سرد نورد شده با ابعاد 2/4× 2/4 متر را در سه حالت -1 بدون پوشش با 25 میلیمتر عرض و یک میلیمتر ضخامت تسمه،
-2 دیوار با روکش گچ و -3 دیوار مهاربندی شده با روکش گچ در معرض بارگذاری دینامیکی و رفت و برگشتی قرار گرفتند بر اساس گزارش، همهی نمونه ها در برابر بارگذاری لرزه ای به خوبی رفتار کردند و در نمونه های با روکش، مقاومت جانبی افزایش چشمگیری داشته است. دو حالت مختلف شکست شامل پارگی مقطع عرضی مهاربند و گسیختگی اتصال در دیوارها مشاهده شد. Esmaeili Niari و همکارانش [9]، یک مدلسازی عددی و تحلیل المان محدود بر روی دیوارهای برشی فولادی سردنوردشده با پوشش فولادی تحت بارگذارییک طرفه انجام دادند. نشان داده شد که کمانش پوشش فولادی، واپیچش استادهای مرزی و بیرون آمدگی پیچها، حالتهای اصلی گسیختگی دیوار برشی فولادی سردنوردشده هستند. همچنین مشاهده شد که کاهش فاصله پیچها در پیرامون دیوارها، مقاومت برشی اسمی را افزایش میدهد. Fulop و [10] Dubina در سال 2003 تعداد زیادی از نمونه های دیوار برشی سرد نورد شده را مورد تحلیل آزمایشگاهی قرار دادند و در معرض بارگذاری بارافزون و چرخهای قرار دادند. نتایج این تحقیق نشان داد که نقاط آسیب پذیر دیوار در گوشه ها، یعنی محل اتصال مهاربند به پانل دیوار متمرکز می باشد. چرخه هیسترزیس دیوار برشی با مهار فولادی قطری نسبت به نمونه مشابه با ورق فولادی موجدار دارای پایداری بیشتری است هرچند که به دلیل کمانش مهاربند فشاری و آسیب های موضعی در اتصالات، اثر تیزشدگی حلقه های هیسترزیس در نمونه با مهاربند فولادی شدیدتر است.
مقاله حاضر به بررسی عملکرد قاب های فولادی سبک تحت اثر بارگذاری فزاینده میپردازد. برای انجام این تحقیق یک دیوار باربر فولادی سرد نورد شده در نظر گرفته شده است و پس از بررسی اولیه با هشت راهکار گوناگون تقویت می شود. در این تحقیق نیز دیوارها با ضخامتهای گوناگون استاد، تراک و ورق مدل می شوند و تاثیر ضخامت اعضای مختلف در عملکرد کلی سیستم ارزیابی می شود.
.2 صحت سنجی
در سال 2008، [11] Balh بر روی مجموعه ای از دیوارهای برشی سرد نورد شده پوشش دار، با پیکربندی های گوناگون آزمایشهایی را به انجام رساند. این آزمایش ها در دانشگاه مکگیل* انجام شد و نتایج حاصل از آن برای توسعه ضوابط طراحی این گونه از دیوار ها به کار گرفته شده است.
یکی از نمونه های آزمایش شده توسط Balh به منظور صحت سنجی درنظر گرفته شده است. دیوار برشی موردنظر دارای ارتفاعی برابر با 2438 میلیمتر و طولی برابر با 610 میلیمتر میباشد. اعضای قائم یا استادهای استفادهشده در این نمونه آزمایش دارای مقطع دوبل C شکل و تراکها دارای مقطع U شکل هستند. اتصل تراک به استاد و همچنین اتصال پوشش فلزی به اعضای افقی و قایم بهوسیله پیچ های خودکار انجام شده است. بارگذاری بهوسیله محرکی با قدرت 250 کیلونیوتن به تراک بالایی دیوار صورت میپذیرد. جابجایی دیوار در جهت عمود بر صفحه با استفاده از تکیهگاههای جانبی مهار شده است.
در شکل زیر منحنی مقاومت-جابجایی دیوار حاصل از آزمایش و مدلسازی در اثر بارگذارییکنواخت به تصویر کشیده شده است. حداکثر مقاومت در طول دیوار در آزمایش 13.02 kN/m و حداکثر مقاومت در طول دیوار در مدلسازی13.30 kN/m بهدست آمده است که تنها 2 درصد اختلاف را نشان میدهد. شکل کلی نمودار و همچنین سطح زیر نمودار حاصل از مدلسازی، با دقت قابلقبولی مشابه نمودار حاصل از آزمایش بهدست آمده است که نشاندهنده صحت مدلسازی انجامشده است.
شکل :1 مقایسه منحنی مقاومت-جابجایی دیوار حاصل از مدلسازی با منحنی حاصل از آزمایش
.3 مدل های مورد بررسی
یک دیوار برشی سردنوردشده با ورق فولادی صاف، با نام B-1 به عنوان دیوار اولیه در نظر گرفته شده است و پس از ارزیابی، روش هایی برای تقویت آن ارایه می شود. پانل B-1 دارای عرض 120 و ارتفاع 240 سانتیمتر می باشند. این دیوار در بالا و پایین دارای تراک و در دو سمت چپ و راست دارای استاد با مقطع دوبل میباشند. علاوه بر این در وسط دهنه نیز دارای استاد با مقطع تک میباشد.
در شکل 2، نمای پانل مورد بررسی به تصویر درآمده است. همچنین مشخصات اولیه پانل B-1 در جدول 1 ارایه شده است.
جدول :1 مشخصات کلی پانل های مورد مطالعه
شکل :2 پانل مورد مطالعه
