رفتارسنجی دیوارهای برشی فولادی نازک نیمه مقید در لبه ها
چکیده
دیوارهای برشی فولادی یکی از سیستمهای مقاوم در برابر بار جانبی است که به علت عملکرد بسیار عالی خود در زمینه مقاومت، سختی، شکل پذیری و جذب انرژی، در طول 40 سال گذشته مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته و تحقیقات زیادی به صورت تئوریک و آزمایشگاهی در مورد آن صورت گرفته است و روشهای مختلفی جهت طراحی آن پیشنهاد شده است. این سیستم در چند ساختمان مهم در نقاط مختلف دنیا به کار رفته است که بعضی از آنها در معرض زلزله های واقعی نیز قرار گرفته اند. گزارشهای مختلف نشان داده اند که پایداری سازه ای ساختمانهایی که در آنها از این سیستم استفاده شده است، در هنگام اعمال زلزله های واقعی به طور کامل حفظ شده است. یکی از مشکلات اساسی در زمینه بهره برداری از این سیستم، اعمال تنشهای نسبتاً بزرگی است که به سبب عمل میدان کشش، از طرف ورق در طول ستونهای کنار ورق وارد می شود. این موضوع باعث می شود که در مقاطع مختلف ستون لنگرهای خمشی بزرگی پدید آید، طوری که اگر مقطع آن کافی نباشد، در نقطه ای از ستون مفصل پلاستیک ایجاد می شود و پایداری کلی سازه در معرض تهدید قرار می گیرد. به همین دلیل محققین، شرایطی را پیشنهاد داده اند تا از بروز چنین وضعیتی در ستون اجتناب شود. ارضاء این شرایط باعث می شود که مقطع به کار رفته برای این ستون در مقایسه با ستونی که در کنار ورق دیوار نیست، بسیار قوی گردد، طوری که تناسب طرح بعضاً به هم خورده و حالتی غیراقتصادی برای ستون مزبور ایجاد بشود. برای حل این مشکل از حدود 10 سال پیش ایده ای مطرح شد که براساس آن از اتصال ورق به ستون اصلی سازه جلوگیری شود. پس از آن، با اتصال ورق به ستونی فرعی که در باربری قائم نقش ندارد و صرفاً به ایجاد میدان کشش در ورق و باربری جانبی کمک می کند، ایده فوق بهبود پیدا کرد. چند آزمایش برای امتحان این ایده انجام شد و نشان داده شد که این روش کارایی لازم برای عملکرد مطلوب سیستم را حفظ کرده و به علاوه مشکل فوق نیز مرتفع می شود، طوری که در مصرف فولاد می توان تا 30% صرفه جویی ایجاد کرد. از این سیستم با نام "دیوارهای برشی فولادی نیمه مقید در لبه ها" یاد می شود. در این رساله سعی شده است تا بین بار جانبی معلوم و مشخصات هندسی سیستم ذکر شده در بالا ارتباطی منطقی و در ضمن اقتصادی برقرار شود. روش کار در این رساله، براساس استفاده از روش تحلیل پلاستیک سازه ها و روشهای کرانه بالا و پایین می باشد و براساس تشابه این سیستم با تیرورقها، از یکی از مکانیزمهای پیشنهادی برای رفتار خرابی تیرورقها استفاده شده است، طوری که با در نظر گرفتن اثرات خمش، این مکانیزم برای این سیستم تعمیم داده شده است. نهایتاً الگوریتمی بدست می آید که با طی آن بین مشخصات هندسی و مادی مصالح مصرفی و بارگذاری سیستم، ارتباطی دوسویه برقرار می شود و با استفاده از نتایج حاصله، منحنیهای اندرکنش لنگر واژگونی- ظرفیت برشی سیستم بدست می آید، طوری که با استفاده از آنها آنالیز و طراحی این سیستم امکان پذیر می گردد. مثالهای حل شده توافق بسیار خوبی را بین روش یاد شده و روش اجزاء محدود نشان می دهد. مزیت این روش نسبت به روش اجزاء محدود این است که در این روش با یک گام، حداکثر ظرفیت باربری و تغییرمکان متناظر با آن بدست می آید و در ضمن ابعاد سازه تاثیری در زمان و حجم محاسبات ندارد. قسمتی از این رساله اختصاص به اندرکنش دیوار وقاب پیرامونی آن دارد که شامل ملاحظاتی در مورد رفتار خمشی یا برشی قاب-دیوار نیز می شود. در این قسمت دو مطالعه آزمایشگاهی ذکر می گردد که اولی در تحقیقات گذشته انجام شده و صرفاً از نتایج آن استفاده می شود و دومی بخشی از این رساله بوده که ضمن شرح مفصل آن، نتایج آن نیز که موضوعات مقاومت و سختی نمونه ها، جذب انرژی و حداکثر تغییرمکان نسبی نمونه ها را دربرمی گیرد، بررسی می گردد. نتایج بدست آمده از هر دو مطالعه آزمایشگاهی با روش پیشنهادی مقایسه شده است که نشان دهنده توافق خوبی بین دو روش می باشد.