بخشی از مقاله
چکیده
ساختمانهای فولادی با سیستم قاب خمشی در مقابله نیروهای جانبی دارای تغییرمکان جانبی زیاد و به عبارتی عدم سختی کافی میباشند که برای رفع این مشکل از ترکیب سیستم دوگانه قاب خمشی فولادی و مکملهای مانند دیوار برشی فولادی یا مهاربند همگرا استفاده میشود. در آییننامه CSA کانادا به طور صریح یک بخش به سیستم دوگانه قاب خمشی فولادی همراه با دیوار برشی فولادی اختصاص داده شده است در صورتی که در آییننامه 2800 از این سیستم سخنی به میان نیامده است.
در این مقاله برای بررسی عملکرد لرزهای سیستم دیوار برشی فولادی با در نظر گرفتن اثر بازشو با استفاده از تحلیل استاتیکی غیرخطی از چند قاب با تعداد دهانه و تعداد ارتفاع مختلف ووزن یکسان با استفاده از بازشوهای با ابعاد 1.33×1m و 1.33×2mاستفاده شده استکه به دلیل غیرخطی بودن رفتار سازهها از تحلیل استاتیکی غیرخطی - Pushover - با توجه به دستورالعملهای ATC-40، FEMA356 و FEMA440 استفاده شده است. با استفاده از مدلسازی های متعددمنحنی ظرفیت، ضریب رفتار، میزان اتلاف انرژی محاسبه شده است.نتایج بدست آمده از پژوهش بیانگر آن است که بازشوی درب در پانل دیوار برشی فولادی دارای شکلپذیری بالاتر میباشد.
-1مقدمه و پیشینه پژوهش
کشور ایران ازجمله کشورهای است که در برابر زلزله خسارات مالی و جانی زیادی دیده است بنابراین توجه به سیستمهای مقاوم در برابر زلزلهکاملاً ضروری میباشد. یکی از روشهای افزایش عملکرد ساختمانها در برابر زلزله تقویت آنها با دیوار برشی است، نحوه رفتار قابهای خمشی در ترکیب با دیوار برشی از مهمترین فاکتورهای بررسی رفتاری ساختمانهای ترکیبی میباشد که در اکثر آییننامههای معتبر در این مورد پرداخته است. برای بدست آوردن اطلاعات مناسبی در مورد رفتار قابها در این حالت باید ارتفاع را بررسی کرد و برای سازههای با ارتفاعهای مختلف الگویی بدست آورد تا بتوان نتیجه گرفت که استفاده از دیوار برشی در چه نوع ساختمانهایی با چه ارتفاعی مناسبتر است.
در سالهای اولیه یعنی در دهههای 70 و 80 از دیوار برشی فولادی با تقویت سنگین ورق فولادی برای جلوگیری از کمانش آن در تعداد محدودی ساختمان با ایده از صنایع کشتی سازی استفاده گردید. اما اساس استفاده از دیوارهای برشی فولادی در سالهای اخیر بهره گیری از عمل میدان کششی قطری است که پس از کمانش ورق فولادی در آن ایجاد میگردد. اما تاریخچه مربوط به استفاده از عمل میدان کششی به سالهای دور بر میگردد.
طرح استفاده از دیوارهای برشی فولادی با ورق نازک براساس نتایج مطالعات انجام شده بر روی تیرورقها برای اولین بار در دههی 80 میلادی در دانشگاه آلبرتای کانادا توسط کولاک و همکاران مطرح گردید. آنها بررسیها و مطالعات تئوریک و آزمایشگاهی خود را صرفاً بر روی دیوارهای برشی فولادی نازک متمرکز کرده و ضمن انجام آزمایشاتی، یک مدل تحلیلی برای محاسبه ظرفیت نهایی دیوارهای نازک ارائه دادند. در این مدل، ورق فولادی با تعدادی اعضای کششی مورب جایگزین میشود. همچنین مطالعاتی نیز توسط دکتر صبوری و همکارانش در دهه 80 انجام شد و مدلهای ریاضی ارائه شد.
به طور کلی مطالعات و سوابق مربوط به پژوهش به صورت زیر میباشد:
- هاشم شریعتمدار، مجید عباس زادگان، سال1391،درمطالعهیخودتحتعنوان "رفتار لرزهای دیوارهای برشی مرکب" نشان میدهد که با توجه به آنالیزهای دینامیکی غیرخطی تاریخچه زمانی و منحنیهای پاسخ و اهمیت به ظرفیت شکل پذیری مقدار استهلاک انرژی بین 10 درصد تا 31 درصد و مقاومت دینامیکی حدود 20 درصد افزایش مییابد که بیشتر آن برای افزایش ضخامت ورق دیوار برشی میباشد
- مجید قلهکی و سعید صبوری، سال 1388، در مطالعه خود تحت عنوان "تأثیر ضریب شکلپذیری بر رفتار دیوارهای برشی فولادی با ورق نازک" با کمک آزمایشهای انجام شده نشان میدهد که با فرض ثابت بودن ضریب اضافه مقاومت، ضریب رفتار دیوارهای برشی فولادی با ورق نازک بر اساس روش یانگ، بیشتر از قابهای خمشی فولادی میباشد.
- فرزاد حاتمی، علیرضا رهایی، سال 1387، درمطالعهیخودتحتعنوان "رفتار دیوارهای برشی مرکب تحت بارگذاری لرزهای" نشان میدهد که رفتار دیوار برشی تقویت شده مستقل از صلبیت تیرهای میانی و نوع اتصال تیر به ستون است ولی در دیوارهای برشی فولادی بدون سخت کننده، افزایش صلبیت تیرهای میانی باعث یکنواختی بهتر توزیع تنش در ورق فولادی میشود. همچنین مقاومت برشی دیوار برشی مرکب با ضخامت پوششی بتنی نسبت مستقیم و با فاصلهی بین برشگیرها نسبت عکس دارد
-2 مواد و روشها
.1-2 دیوار برشی فولادی نازک
دیوار برشی دیواری است که برای مقاومت در برابر اثر توأم تلاش محوری، تلاش خمشی و تلاش برشی ناشی از بارهای قائم و بار زلزله طراحی میشوددیوارهای. برشی معمولاً بیشترین سهم نیروی برش پایه را تحمل میکنند که باعث افزایش چشمگیر سختی ساختمان و کاهش قابل ملاحظه خسارت به عناصر غیرسازهای میگردد.همانطور که در شکل - 1 - نشان داده شده است، این سیستم شامل یک سری پانلهای مجزا میباشد که هر پانل در داخل دو تیر و ستون محاط شده و یک صفحه فولادی به این المانهای محیطی متصل شده است. این نوع استقرار، دیوار برشی فولادی را به تیر ورق طرهای که ستونها در حکم بال آن، تیرها در حکم سختکنندههای قائم و ورق در حکم جان آن، شبیه میسازند
شکل - 1 - تشابه دیوار برشی فولادی با تیر ورق طره فولادی
.2-2 تحلیل استاتیکی غیرخطی
تحلیل استاتیکی غیرخطی - پوشآور - معمولاً با این فرض که مود اصلی ارتعاش سازه مود غالب بر پاسخ لرزهای سازه باشد، انجام میشود این فرض برای سازههایی که پریود اصلی ارتعاش آنها کمتر از یک ثانیه است معتبر میباشد. ولی برای سازههایی که دارای پریود اصلی بزرگتری میباشد اثرات مدهای بالاتر نیز ممکن است روی برخی از المانهای سازه بحرانیتر از اثرات مد اول باشد. به همین دلیل باید در این موارد آنالیز استاتیکی غیرخطی برای مدهای بالاتر نیز انجام گیرد. در این روش، سازه تحت الگوی بارگذاری مشخص در مکان جرمهای قابل ملاحظه در سازه قرار میگیرد و این بار های جانبی تا رسیدن به تغییرشکل مورد انتظار در زلزله طرح - تغییرمکان هدف - تدریجاً افزایش مییابد.
در این حالت نیروهای اعضاء و تغییرشکلهای کلی و موضعی سازه محاسبه میشود که تخمینی است از آنچه سازه در زلزله طرح تجربه میکند. نهایتاً این ارزیابیها به منظور کنترل ایمنی و در صورت نیاز بهبود سیستم سازه استفاده میشود. در این نوع تحلیل الگوی نیروها یا جابجاییهای جانبی وارد بر مدل سازه در گامهای متوالی به طور تدریجی افزایش داده میشود و در هر گام مدل به گونهای اصلاح میشود که کاهش سختی ناشی از المانها یا افت مقاومت در مفصلهای پلاستیک منظور گردد و در هر گام یک آنالیز خطی روی مدل اصلاح شده انجام میگیرد. افزایش بار تا حدی ادامه مییابد که المانهای دیگر نیز جاری شوند
