1
موضوع
رفتار لرزه ای دیوار برشی صفحه فولادی (SPSWs) با سوراخ دایروی مرکزی
استاد راهنما:
دانشجو:
2
3
در این تحقیق رفتار لرزه ای صفحات فولادی دیوار برشی با سوراخ مرکزی بررسی می گردد. نسبت های ظاهری و قطرهای سوراخ های مختلف برای دستیابی به معادله مقاومت برشی پشنهادی مورد تحلیل قرار گرفت و نتایج این مدل پیشنهادی با تحلیل غیر خطی pushover تطابق خوبی داشت. سپس این مدل پیشنهادی برای طراحی ستون های لبه ای صفحات برشی
4 طبقه و 6 طبقه بکار گرفته شد. نیروهای طراحی پیش بینی شده این صفحات برشی با تحلیل لرزه ای غیر خطی مقایسه شد و این معادله پیشنهادی، نتایج خیلی خوبی برای نیروهای طراحی ستون های لبه ای می دهد.
4
خلاصه
5
تحقیقات انجام شده
6
مقاومت عرضی خوب در برابر باد و زلزله
انعطاف پذیری بالا
سختی اولیه بالا
ظرفیت جذب انرژی بالا خصوصاً در برابر فشار
سبکی و راحتی نصب
ضخامت ورق کم همراه با تحمل نیروهای برشی
ویژگی های دیوار برشی
برای توسعه مدل کلی مقاومت، فرض می شود که صفحات برشی با میدان کششی با زاویه ای که در استاندارد CAN/CSA-S16-09 و مشخصات لرزه ای AISC تعیین می شود محکم نگه داشته می شوند. دروه صفحه یک تیغه قطری به پهنای D قرار گرفته است که شامل سوراخ به قطر D است. اگر این تیغه در همان زاویه قرار گرفته باشد آنگاه چهنای موثر صفحه به صورت:
7
روابط حاکمه
روابط حاکمه
8
روابط حاکمه
9
مقاومت برشی صفحات پر شده جامد به صورت:
که w ضخامت ورق و σ تنش در ورق پر شده هستند. بنابراین با استفاده از معادله صفحه قبل مقاومت برشی صفحه پر شده شوراخ دار به صورت زیر است:
با استفاده از دو معادله قبل:
تحلیل ورق فولادی دیوار برشی سوراخ دار
10
در این قسمت ورق فولادی دیوار برشی سوراخدار با نرم افزار ABAQUS آنالیز می شود. 9 نوع قطر سوراخ در نظر گرفته شده است. در این تحلیل هم غیر خطی هندسی و هم غیر خطی مواد ذ فرض شده است.
روابط حاکمه
انتخاب سیستم دیوار برشی
11
در این تحقیق ساختمان اداری متقارن در ونکور کانادا به مساحت 2014 متر مربع و ارتفاع 8/3 متر مطابق شکل زیر در نظر گرفته می شود. این ساختمان ازط دو دی.ار برشی که بارهای عرضی را در هر جهت تحمل می کند ساخته شده است. برای شاده سازی فرض می شود که هر دیوار برشی نصف بارهای لرزه ای را تحمل می کندو یه نسبت ظاهری متفاوت 1، 1/5 و 2 در این تحقیق بررسی می گردند. دیوارهای برشی پهناهای 3/8، 5/7 و 7/6 دارند که از مرکز ستونها اندازه گیری شده اند. ساختمان بر روی صخره نرم یا خاک متراکم قرار دارد. بار مرده 1.12 کیلو پاسکال برای سقف استفاده گردید. بار برف روی سقف معادل 1/48 کیلوپاسکال در نظر گرفته شد.
روابط حاکمه
بار کف به صورت D+.5L+Eکه D، بار مرده، L، بار زنده و E، بار زلزله است و بار سقف به صورت D+0.25S+E که S بار برف است انتخاب شدند، ضریب اهمیت برابر1، ضریب بار تصحیح برابر 5 و ضریب تصحیح نیروی بیش از استحکام ماده برابر 1/6 در اینجا استفاده شد. زاویه میدان کشش 45 درجه فرض شده است. محدوده پارامتر انعطاف پذیری به صورت زیر داده شد:
روابط حاکمه
12
در این تحلیل از المان 4 گره ای S4R نرم افزار ABAQUS استفاده شد تیرها و ستون ها به صورت صلب به صفحه وصل شدند. نقص ا.لیه برای کمانش اولیه به مدل اضافه شد. ابتدا تحلیل کمانشی مقدار ویژه برای پیدا کردن مود اولیه کمانش بر روی صفحه مسطح انجام شد. سپس تحلیل دیگر برای صحت نتایج با تحقیقات انجام شده [7] برای دیوار برشی با سوراخ های مرکزی تحت بار ارزه ای سیکلی با حلقه هیسترزیس انجام شد. تحلیل غیر خطی بر روی مدل انجام شد و مدل المان B31 برای عناصر قابی انتخاب شد. حلقه هیسترزیس به دست آمده از مدل اجزای محدود با نتایج تست در شکل زیر مقایسه شده است.
مشخصات مدل اجزای محدود
13
مول یانگ تمام اجز.اGPa200 و تنش تسلیم برابر 385 مگاپاسکال برای صفخه و 350 مگاپاسکال برای تیرها و ستون ها می باشند. جابجایی هدف برابر 11 میلی متر برای تمامی تحلیل های pushover انتخاب شد
مشخصات مواد
14
نتایج
15
جدول 2 برش های پایه برای صفحه دیوارهای برشی مختلف نشان می دهد. همان طور که در جدول مشاهده می شود مقاومت تا حدودی بالا محاسبه شده است که به علت ضخامت بالای صفحه پر شده برشی است با این وجود نیاز به ستون های لبه ای سنگین تر می باشد.
شکل زیر نتایج نسبت مقاومت برشی را بر حسب نسبت قطر به طول نشان می دهد. در این زمینه نیز تطابق خوبی بین معادله پیشنهادی و مدل اجزای محدود مشاهده می شود.
نتایج
16
تحلیل فرکانسی دیوارهای برشی صفحه فولادی سوراخ دار
17
تحلیل فرکانسی دیوار برشی با 3 میلی متر ضخامت ورق پر شده با سوراخ دایروی در ورق پر شده برای بررسی اثرات سوراخ ها بر روی دوره ها دیوار برشی صفحه فولادی مورد بررسی قرار گرفت. همه مدل در تحلیل فرکانسی تحت پیک 1 میلی متر برای مود اول کمانشی قرار گرفتند. همچنین تحلیل ارتعاشی دیوار برشی تک طبقه جامد برای نسبت های ظاهری مختلف نیز انجام شد. دوره تناوب اصلی برای صفحه جامد برابر 0/115 ثانیه، 0/139 ثانیه و 0/174 ثانیه به ترتیب برای نسبت های ظاهری 2، 1/5 و 1 به دست آمد. در شکل زیر نسبت دوره تناوب اصلی دیوار برشی سوراخ دار به دوره تناوب اصلی صفحه جامد بر حسی قطر سوراخ نشان داده شده است. مشاهده گردید که وقتی قطر سوراخ افزایش می یابد، برای همه نسبت های ظاهری سختی صفحه کاهش می یابد و دوره تناوب اصلی افزایش می یابد. همچنین دوره تناوب اصلی با نسبت ظاهری نسبت عکس دارد.
نتایج
تحلیل فرکانسی دیوارهای برشی صفحه فولادی سوراخ دار
18
نتایج
19
طراحی ستون های لبه ای و مرزی دیوارهای برشی صفحه فولادی سوراخ دار
برای تیر بین طبقات، بارهای گسترده برای طبقات مختلف با اختلاف بارهای هر طبقه با طبقه دیگر به دست می آید و سپس با بارهای گرانش با یک ضریبی جمع می شوند.
بارهای محوری بر اساس راهنمای AISC به دست می آیند که شامل نیروهای وارده از طرف صفحه به ستون و نیروهای وارده از طرف بالا و پایین صفحه به تیر است:
نتایج
طراحی ستون های لبه ای و مرزی دیوارهای برشی صفحه فولادی سوراخ دار
20
همه تیرها در انتها به صورت مفصلی فرض می شون و ظرفیت گشتاور کاهشی آن به صورت زیر است:
Zxi مدول پلاستیک تیر،Abi سطح مقطع تیر و Fyb مقاومت تسلیم تیر است. با استفاده از ظرفیت گشتاور پلاستیکی تیر، مقاومت برشی تیر به صورت زیر به دست می آید:
نتایج
طراحی ستون های لبه ای و مرزی دیوارهای برشی صفحه فولادی سوراخ دار
21
بارهای ستون با فرض اینکه ستون ها به صورت صلب به تیرها وصل شده اند طبقه به طبقه به صورت زیر محاسبه می شوند:
برای ستون هایی که در انتها در برابر چرخش ثابتند گشتاور میدان کشش صفحه پر شده به صورت زیر است:
نتایج
با مفروضات قبلی مدل دیوار برشیمورد تحلیل قرار گرفت. در جدول 5 نیروهای لرزه ای را برای مدل های مختلف نشان می دهد.
22
مثال های طراحی
نیروهای توزیعی مختلف برای دیوار برشی سوراخ دار 4 طبقه برای زاویه میدان کشش مختلف در جدول 6 آمده است.
23
مثال های طراحی
گشتاور پلاستیک کاهشی برای طرف های چپ و راست انتهای تیرها برای دیوار برشی سوراخ دار 4 طبقه در جدول 7 نشان داده شده است.
24
مثال های طراحی
بارهای محوری و گشتاور خمشی برای ستون های هر طبقه برای دیوار برشی سوراخ دار 4 طبقه و 6 طبقه در جدول 8 نشان داده شده است.
25
مثال های طراحی
نسبت مقاومت برشی دیوار برشی سوراخ دار به مقاومت برشی دیوار برشی برای 4 طبقه و 6 طبقه در جدول زیر مشاهده می کنید. تطابق خوبی بین مدل ارائه شده و حل اجزای محدود مشاهده می شود و بزرگترین اختلاف بین این دو مدل برای دیوار برشی 4 طبقه در طبقه سوم به میزان 5 % است.
26
مثال های طراحی
جدول 10 پارامترهای مختلف انتخاب شده برای حرکت زمینی لرزه در این تحقیق را نشان می دهد.
27
مثال های طراحی
جدول 11 نتایج اجزای محدود و استاندارد NBCC 2010 ( با معادله زیر) تخمین 4 دوره تناوب اصلی داخل صفحه ای دیوارهای برشی 4 طبقه و 5 طبقه را نشان می دهد.
28
مثال های طراحی
جدول 12 نتایج بارهای محوری و گشتاور ستون تحلیل دینامیک غیر خطی با 7 طیف تاریخچه لرزه ای ونکوور کانادا برای دیوارهای برشی 4 طبق و 6 طبقه را نشان می دهد. نتیجه گرفته شد که دیوار برشی سوراخ دار در حالت پایدار و رفتار انعطاف پذیری دارد.
29
مثال های طراحی
تحلیل لرزه ای دیوار برشی نرم سوراخ دار با قطرهای مختلف و نسبت ظاهری مختلف با استفاده از روش اجزای محدود انجام شد.
نتایج معادله پیشنهاد شده تطابق خیلی خوبی با روش اجزای محدود در پیش بینی مقاومت برشی دیوار برشی با سوراخ های مرکزی خصوصا در محدوده قطر به طول 0/2> D/Lp>0/1 دارد.
نتایج طراحی نیروهای محور و گشتاور ستون با معادلات پیشنهاد شده برای دیوار برشی با سوراخ مرکزی تطابق خیلی خوبی با نتایج تحلیل لرزه ای غیر خطی داشت و مزیت استفاده از دیوار برشی با سوراخ های مرکزی مشخص می باشد.
افزایش دوره تناوب اصلی دیوار برشی با وجود سوراخ مرکزی کم و می توان از آن صرفه نظر نمود و نتایج حاصل از تحلیل لرزه ای دیوار برشی با سوراخ های کوچک مرکزی را می توان برای تحلیل لرزه ای دیوار برشی توپر و با دیوارهای برشی سوراخ دار مشابه به کار گرفت.
نتیجه گیری
30
[1] RobertsTM,Sabouri-GhomiS.Hysteretic characteristics of unstiffened perfo-rated steel plates hear panels.ThinWalledStruct1992;14:139–51.
[2] Purba RH,BruneauM. Finite element investigation and design recommenda- tions for perforated steel plates hear walls. ASCE J Struct Eng 2009; 135(11): 1367–76.
[3] Vian D, Bruneau M. Steel plates hearwalls for seismic design and retrofit of building structures. Buffalo, N.Y.: State University of New York at Buffalo; 2005 (TechnicalreportMCEER-05-0010).
مراجع
31
با تشکر از توجه شما
32