بخشی از مقاله
چکیده
در چند دههی اخیر دیوار برشی فولادی نقش اساسی در بهبود رفتار لرزهای سازهها ایفا کردهاست. رفتار این سیستم مشابه رفتار تیرورق کنسولی است که در آن ستونها به عنوان بال و تیرها به عنوان سخت کنندهی عرضی عمل میکنند. سختی اولیهی زیاد، ظرفیت پس کمانشی، استهلاک انرژی بالا و شکلپذیری مناسب دیوار برشی فولادی از سوی محققان و مهندسین سازه پذیرفتهشده و منجر به طراحی اقتصادی گردیده است.
مقایسهی رفتار دیوار برشی فولادی سخت شده با نوع سخت نشده آن نشان میدهد استفاده از سخت کننده موجب افزایش ناحیه تسلیم و افزایش مساحت زیر نمودار هیسترزیس و به تبع آن جذب انرژی بالا میشود، درحالیکه نوع سخت نشدهی آن رفتار بسیار شکلپذیری تأمین میکند. در نظرگیری هر دو حالت مهم، همزمانی شکل-پذیری بالا و جذب انرژی مناسب، نمیتواند مورد انتظار باشد. در این تحقیق عددی، تأثیر سخت کننده و آرایش آن بر جذب انرژی، کنترل کمانش کلی صفحه فولادی و مقاومت نهایی دیوار برشی فولادی در یک قاب با تیر با مقطع کاهشیافته - - RBS مورد مطالعه قرار گرفت و مشاهده شد که آرایش افقی سخت کنندهها با مقدار یکسان نسبت به سخت کننده قائم جذب انرژی و برش پایه بیشتر و کمانش خارج از صفحه کمتری را تأمین میکند.
1 مقدمه
دیوارهای برشی فولادی یک سیستم باربر جانبی بدیع است که مستعد برای کاربرد مؤثر جهت مهاربندی یک ساختمان در مقابل نیروهای باد و زلزله است. دیوارهای برشی فولادی میتوانند به صورت سخت شده یا بدون سخت کننده به کار بروند، بسته به فلسفه طراحی، دیوار برشی فولادی یک سیستم مناسب برای ساختمانهای در حال ساخت و بهسازی ساختمانهای موجود است، هر چند دارای قاب بتنی باشند. دیوارهای برشی فولادی مشخصاتی دارند کهاساساً در مهار نیروی لرزهای مؤثر هستند، این مشخصات شامل شکلپذیری بالا، ایستادگی بالا در مقابل کاهش مقاومت تحت بارگذاری چرخهای، سختی اولیه بسیار بالا و افزونگی ذاتی، زمانی که اتصال تیر به ستون خمشی باشد، و جذب انرژی بالا است.
[Alinia, M, 2006, 706-719 ] تحقیقات اخیر بر روی نمونههای واقعی نشان میدهد که صفحه فولادی به تنهایی، ناشی از ظرفیت باربری پس کمانشی آنها، به طریق خیلی شکلپذیر، مطلوب و مؤثر رفتار میکنند. [Habashi, 2010, 150-158 ] تحقیقات انجامگرفته در دانشگاه بریتیش کلمبیا1 نشان می-دهد که دیوار برشی فولادی نیاز به قاب خمشی را با تولید اضافی مهاربندهای قطری طبقه کم میکند. نتایج ایگالی2 و کاسس3 نشان میدهد زمانی که یک صفحه نازک به عنوان دیوار برشی استفاده شود، رفتار غیر ارتجاعی با تسلیم دیوار شروع میشود و مقاومت سیستم تحت حاکمیت شکلگیری مفصل پلاستیک در ستونها قرار میگیرد.
آنها همچنین نتیجه گرفتند زمانیکه صفحاتنسبتاً ضخیم استفاده شوند، مود گسیختگی حاکم ناپایداری ستون خواهد بود و افزایش ضخامت صفحه تأثیر ناچیزی در افزایش مقاومت سیستم خواهد داشت.[ Elgaaly, 1993, 588-605 and Caccese, 1993, 573-587 ] در دو دهه اخیر دیوارهای برشی فولادی در برخی از ساختمانها در ژاپن و آمریکای شمالی به عنوان بخشی از سیستم مقاوم در برابر بارهای جانبی استفاده شده است و دیوار برشی فولادی سخت نشده بهجای دیوارهای سخت شده قرارگرفتند. بااینحال، در ساختمانهای موجود و مقاومسازی و نوسازی ساختمانها در مناطق لرزهخیز و دیوارهای برشی دارای بازشو، استفاده از سختکننده اهمیت پیدا میکند.
بدین سبب مقایسه رفتار دیوار برشی فولادی سخت شده با نوع سخت نشده آن و بررسی تأثیر آرایش سختکنندهها بر سختی اولیه، جذب انرژی و کمانش کلی صفحه فولادی و نیز تأثیر بر برش پایه جذب شده توسط دیوار برشی فولادی ضروری مینماید. سخت کنندهها با جلوگیری از کمانش الاستیک وکمانش کلی صفحه فولادی قبل از جاری شدن، باعث بهبود رفتار آنها شده و علاوه بر این باعث افزایش سختی، مقاومت و جذب انرژی میشوند.
-2 روش تحقیق
-1-2 مدل
در این تحقیق یک دیوار برشی فولادی با توجه به رهنمودهای طراحAISC20 [ AISC, 2007] و مقررات AISC341-05 [JAISC, 2005] یک دهانه یک طبقه با داشتن مشخصات ابعادی tw = 1, h/l =1 , h =3000 mm طراحی و مدل سازی شد. دیوار برشی فولادی با پیروی از اصول طراحی بر اساس ظرفیت طرح گردید، بنابراین فرض شد که صفحه فولادی در برابر نیروی متناظر مورد انتظار به طورکامل به تسلیم برشی رسیده و نواحی جاری شدگی به سراسر صفحه توسعه یابد. تیرها و ستونها طوری طراحی شدند که اجازه دهند خطوط کامل تسلیم بر روی صفحه فولادی شکل گرفته و در مقابل بارهای وارده از صفحه فولادی مقاومت کرده و به صورت الاستیک باقی بمانند.
مفاصل پلاستیک فقط مجاز به شکلگیری در انتهای تیرها و پایینترین نقطه ستونها هستند. با این روش، سیستم تا زمانی که ناحیه تسلیم در سرتاسر صفحه فولادی انتشار یابد، به صورت پایدار خواهد ماند. جهت اطمینان از رفتار غیرخطی تیر در مکان مناسب جزئیات اتصال تیر به ستون شامل تیر با مقطع کاهشیافته - RBS - انتخاب شد. به این طریق امنیت اتصال تیر به ستون تضمین یافته و معیار تیر ضعیف و ستون قوی رعایت شد. مشخصات هندسی تیر با مقطع کاهشیافته - شکل - - 1 - طبق مقررات [AISC, 2005] AISC358-05 و مشخصات تمامی اعضای مدل - شکل - - 1 - مطابق جدول - 1 - انتخاب شد.
-2-2 مصالح
استاندارد عمومی فولاد سازهای ASTM-A36 و ASTM-A572 به ترتیب برای صفحه فولادی پرکننده جان و اعضای مرزی استفاده شد. جهت مطالعه رفتار غیرخطی صفحه جان و اعضای محیطی قاب، نمودار تنش-کرنش مصالح مطابق با نمودار شکل - - 2 و شکل - - 3 و مشخصات مکانیکی مصالح مطابق با جدول - - 2 انتخاب شد. نوع سختشوندگی برای فولاد صفحه جان، سختشوندگی کینماتیکی و برای اعضای محیطی از نوع همسان گرد انتخاب شد.
