مطالعه نظری و آزمایشگاهی عوامل موثر بر رفتار و طرح لرزه ای دیوارهای برشی مرکب
چکیده
دیوار برشی مرکب، سیستم لرزه ای مطلوبی است که توسط استاندارد aisc-2005 به عنوان یک سیستم مقاوم در برابر بارهای جانبی پذیرفته شده است. سیستم لرزه ای فوق از دیوار برشی فولادی، همراه با پانلهای بتن مسلح که در یک طرف یا دو طرف آن با برشگیرهایی به ورق فولادی متصل شده اند؛ تشکیل شده است. وجود اطلاعات ناکافی، تحقیقات بسیار کم، ناشناخته ماندن رفتارِ سیستم تحت تأثیر پارامترهای متغیر، عدم شناخت رفتارِ سیستم فوق تحت لنگر واژگونی و همچنین عدم استاندارد مناسب برای آنالیز و طراحی دیوار برشی مرکب؛ باعث شدند که در مطالعه حاضر تصمیم به بررسی شناخت کاملی از عوامل موثر بر دیوار برشی مرکب، گرفته شود. مطالعات آزمایشگاهی و عددی جامعی روی دیوار برشی مرکب انجام شد. در ابتدا، بار کمانش یک طرفه و رفتار پس کمانشی ورق فولادی واقع در دیوار برشی مرکب با ضخامتهای مختلف بستر بتنی بررسی شده است. با استفاده از روش رایلی- ریتز، کمانش یک طرفه برای فاصله برشگیرهای مختلف و در ادامه، مقاومت نهایی ورق با روش تعادل، تحت نیروهای برشی و لنگر خمشی محاسبه شده است. پانزده نمونه که چهار نمونه آنها دیوار برشی مرکب سه طبقه بودند؛ تحت بارهای جانبی آزمایش شدند. بقیه نمونه ها شامل: یک نمونه دیوار برشی فولادی تنها (به منظور مقایسه)، یک نمونه قاب خمشی تنها، پنج نمونه دیوار برشی مرکب با اتصالات تیر به ستون مفصلی (به منظور بررسی کمانش یک طرفه ورق فولادی) و چهار نمونه دیوار برشی مرکب یک طبقه با اتصالات تیر به ستون گیردار، با پارامترهای مختلف بودند. چرخه های هیسترزیس، مشاهدات رفتاری در طول بارگذاری، کمانش یا تسلیم ورق فولادی و رفتار بتن مسلح و خروج از محور آن، از خروجی های مهم آزمایشات بودند. نمونه های سه طبقه علاوه بر نیروی برشی، تحت لنگر خمشی ناشی از برش نیز قرار گرفتند. نحوه کمانش ورق فولادی، تسلیم، گسیختگی بتن، کمانش و شکست ستونها در طبقه اول به علت وجود لنگر خمشی که با بقیه طبقات متفاوت بود ، بحث و نتایج آن به صورت گسترده-ای ذکر شده است. مدل ساده ای برای مراحل مختلف بارگذاری انواع دیوار برشی های مرکب (شامل با و بدون فاصله بین المانهای مرزی و بتن مسلح و با و بدون کمانش ورق فولادی) بر مبنای روش تعادل و تحلیل پلاستیک ارائه شده است. همچنین برای هر کدام از انواع دیوارهای فوق، معادلات طراحی اجزاء استخراج شده است. با کمک نرم افزار اجزاء محدود abaqus مدلسازی نمونه های آزمایشگاهی صورت گرفت. نتایج حاصله، تطابق خوبی با نتایج آزمایشگاهی داشتند. مطالعات پارامتری کاملی روی دوازده پارامتر موثر بی بعد با هر دو روش اجزاء محدود و روش ساده ارائه شده در تحقیق حاضر انجام شده است. مدل ساده به خوبی رفتار سازه را در مراحل مختلف بارگذاری تحت نیروی برشی و لنگر خمشی بیان می کند.