بخشی از مقاله
چکیده
یکی از سیستمهاي مقاوم که در مناطق لرزهخیز به کار برده میشوند، دیوارهاي برشی بتنآرمه کامپوزیت ویژه با المانهاي مرزي فولادي میباشند که به دلیل دارا بودن شکلپذیري و قابلیت جذب و استهلاك انرژي بیشتر نسبت به دیوارهاي برشی بتن مسلح رایج، در سال هاي اخیر مورد توجه قرار گرفتهاند. نظر به اینکه در خصوص رفتار این قبیل قابها مطالعات بسیار کمی انجام شده و همچنین روش طراحی سازه بر مبناي نیرو، باعث تقریب در سنجش رفتار واقعی سازه در حین وقوع زلزله خواهد شد، در تحقیق حاضر به بررسی رفتار لرزهاي غیر خطی این نوع از سیستمهاي سازهاي که بر مبناي روش مستقیم بر مبناي تغییرمکان طراحی شدهاند پرداخته میشود.
بدین منظور ابتدا تعداد 4 دیوار برشی بتنس آرمه کامپوزیت ویژه با المانهاي مرزي فولادي با تعداد طبقات 4 ،8 ، 12و 16 با استفاده از روش طراحی مستقیم بر اساس تغییرمکان براي یک سطح عملکرد مشخص، طراحی شده و سپس مورد تحلیلهاي تاریخچه زمانی دینامیکی غیرخطی قرار میگیرند. نتایج بدست آمده نشان میدهد که دیوارهاي برشی کامپوزیت طراحی شده در این تحقیق به روش طراحی مستقیم بر مبناي تغییرمکان، میتوانند به خوبی سطح عملکرد مورد نظر را به لحاظ کنترل تغییرمکان نسبی بین طبقهاي ارضاء نمایند.
مقدمه
از جمله سیستمهاي سازهاي مقاوم در برابر زلزله میتوان به دیوارهاي برشی بتن مسلح اشاره کرد که به طور گسترده مورد استفاده قرار میگیرند. اینگونه از سیستمهاي سازهاي نسبت به قابهاي خمشی فولادي از شکلپذیري کمتري برخوردار بوده و استهلاك انرژي در آنها کمتر است. به همیمنظورن محقّقین به دنبال روشهایی بودهاند که رفتار این سیستمها را بهبود بخشیده و نواقص آنها را برطرف کنند. استفاده از المانهاي مرزي در دیوار هاي برشی بتن مسلح ویژه، یکی از این روشهاي پیشنهادي براي افزایش شکلپذیري و قابلیت جذب و استهلاك انرژي آنها می باشد.
دیوار برشی بتنی که در آن به جاي المانهاي مرزي بتنی از پروفیلهاي فولادي استفاده شود، سیستم دیوار برشی بتنی کامپوزیت نامیده میشود. در مطالعات انجام گرفته در زمینه دیوارهاي برشی بتن مسلح کامپوزیت، برتريهایی از قبیل افزایش شکلپذیري و بهبود قابلیت جذب و استهلاك انرژي نسبت به دیوارهاي برشی بتن مسلح ویژه رایج مشاهده شده است . - Dan et al., 2011 - در روش طراحی مستقیم بر مبناي جابجایی که یکی از روشهاي طراحی بر مبناي عملکرد میباشد، ابتدا جابجایی حداکثر متناسب با سطح عملکرد مورد نظر انتخاب میگردد و با استفاده از این جابجایی و یک روند خلاقانه، تلاشهاي طراحی اعضاي سازهاي ساختمان به دست میآید .
هدف از این تحقیق، ارزیابی روش طراحی مستقیم بر اساس تغییرمکان در حیطه کنترل جابجایی نسبی بین طبقهاي و تخمین برش پایهي دیوارهاي برشی بتن مسلح کامپوزیت ویژه با المان هاي مرزي فولادي است. بدین منظور تعدادي دیوار برشی با تعداد طبقات متفاوت با استفاده از این روش طراحی شده و سپس با استفاده از شتابنگاشتهاي اصلاحشده مختلف تحت تحلیلهاي دینامیکی تاریخچه زمانی غیر خطی قرار میگیرند. در نهایت، با توجه به نتایج تحلیلها و مقایسهي آنها با نتایج طراحی بر اساس روش طراحی مستقیم بر مبناي تغییرمکان ، دقت این روش در پیشبینی پارامترهاي طراحی مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت.
روش طراحی مستقیم بر اساس تغییرمکان
معرفیروش طراحی مستقیم بر اساس تغییرمکان
در روش طراحی مستقیم بر مبناي جابجایی که یکی از روشهاي طراحی بر مبناي عملکرد میباشد، ابتدا جابجایی حداکثر متناسب با سطح عملکرد مورد نظر انتخاب میگردد و با استفاده از این جابجایی و یک روند خلاقانه، تلاشهاي طراحی اعضاي سازهاي ساختمان به دست میآید. بدین ترتیب که با فرض یک سیستم یک درجه آزادي معادل بهجاي سیستم سازهاي موردنظر و به دست آوردن پارامترهاي مربوط به آن - سختی کاهشیافته و میرایی هیسترزیس - ، نیروي برش پایه طراحی نظیر سطح عملکرد مورد نظر با فرض رفتار غیرخطی سازه تخمین زده میشود. سپس، برشپایه طراحی به دست آمده در سازه اصلی توزیع شده و تحلیل سازه انجام میگردد. این روش در ابتدا براي سازههاي با دیوار برشی بتنی پیشنهاد داده شده است.
روند طراحی مستقیم بر اساس تغییرمکان براي دیوارهاي برشیبتن مسلح
نخستین گامی که میبایست در طراحی مستقیم بر مبناي جابجایی برداشت، محاسبه پروفیل - الگوي - جابجایی طراحی دیوار در ارتفاع میباشد. این جابجاییها شامل جابجایی الاستیک و جابجایی پلاستیک سازه میباشند.
طراحیسازههاي مورد بررسی
در این تحقیق از چهار دیوار برشی بتن مسلح کامپوزیت ویژه با المانهاي مرزي فولادي با تعداد طبقات مختلف استفاده شده است. این دیوار ها به ترتیب داراي 4، 8، 12 و 16 طبقه - هر طبقه به ارتفاع 3 متر - هستند. تمامی دیوارها داراي توزیع جرم و بارهاي ثقلی یکسانی در طبقات مختلفاند. مقدار بار ثقلی هر یک از طبقات نیز برابر 50 تن در نظر گرفته شده است. این دیوارها با استفاده از روش طراحی مستقیم بر مبناي جابجایی براي تغییرمکان نسبی - دریفت - %2 طراحی شدهاند. محل مورد نظر داراي پهنه با خطر نسبی لرزه خیزي بسیار زیاد و نوع خاك آن مطابق با خاك نوع II استاندارد - 1389 - 2800 در نظر گرفته شده است.
محاسبه مشخصات طراحی سیستمیک درجه آزاديمعادل برايدیوارهايبرشی4، 8، 12و 16 طبقه مقاومت فشاري بتن برابر با 300 کیلوگرم بر سانیمتر مربع و فولاد میلگردهاي مورد استفاده از جنس AIII با مقاومت 4000 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع فرض شده است. همچنین فولاد المانهاي مرزي از نوع ST37 بوده و مقاومت تسلیم آن برابر با 2400 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع اختیار میگردد. با توجه به توضیحات ارائه شده در بخش 2-2، اقدام به محاسبه مشخصات سیستمهاي یک درجه آزادي معادل براي دیوارهاي برشی بتن مسلح کامپوزیت ویژه باالمانهاي مرزي فولادي میشود. نتایج محاسبات همه دیوارهاي برشی بتن مسلح کامپوزیت ویژه بر اساس تغییرمکان در جدول 1 ارائه داده شده است.
پس از دستیابی به برشپایه طراحی و پخش نیروهاي طراحی با استفاده از رابطه - 10 - در تراز طبقات، لنگر پایهي طراحی دیوارها به دست میآید که نتایج آن در جدول 1 نشان داده شده است. با استفاده از برشپایه طراحی و لنگرپایهي طراحی دیوارها، اقدام به طراحی مقطع دیوارهاي برشی بتن مسلح کامپوزیت ویژه با المانهاي مرزي فولادي میشود. براي طراحی المانهاي مرزي از روابط مقاومت مصالح و یکسان سازي مصالح موجود در مقطع - روش تبدیل مقطع - به منظور دستیابی به نیروي محوري طراحی اجزاء استفاده شده است. پلان جزئیات مقطع دیوار برشی 4 طبقه در شکل 1 به نمایش در آمده است.
نحوه مدلسازي و اعتبارسنجی
به منظور مدلسازي عددي دیوار برشی بتن مسلح کامپوزیت ویژه با المانهاي مرزي فولادي، از نرمافزار - Seismosoft, 2012 - Seismostruct استفاده شده است. المان ارائه شده براي دیوار برشی بتن مسلح در این نرمافزار از نوع المان تیرستون رشتهاي میباشد . با توجه به عدم مدلسازي شکست برشی مقاطع بتن مسلح توسط المانهاي رشتهاي تیرستون، میبایست دیوار به گونهاي طراحی شود که رفتار آن به صورت خمشی باشد.
