بررسی رفتار چرخه‌ای دیوار برشی فولادی با شیارهای مایل

مهندسی عمران فردوسی

مقاله 5، دوره 34، شماره 4 - شماره پیاپی 36، آبان 1400، صفحه 55-68   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jfcei.2022.73953.1096

نویسندگان

احسان نعیمی¹؛ هاشم شریعتمدار^{* 2}

¹دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد

²دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد.

چکیده

یکی از سیستم­های مقاوم در برابر بار لرزه­ای سیستم دیوار برشی فولادی شیاردار است. عملکرد این سیستم به گونه­ای است که با ایجاد شیارهای عمودی در ورق دیوار برشی فولادی معمولی، این ورق به تعدادی نوار خمشی تبدیل می­شود که با اعمال بار جانبی با تحمل تغییرشکل­های پلاستیک انرژی ورودی به سازه را مستهلک می­کند. در این مجموعه سختی و مقاومت نهایی دیوار برشی فولادی به راحتی با تغییر مشخصات شیارها و ترکیب­بندی آن­ها قابل تنظیم است. رفتار شکل­پذیر و توانایی استهلاک انرژی خوب از دیگر مزایای این نوع دیوار برشی فولادی است. حال چنانچه به جای شیارهای عمودی از شیارهای شیبدار (مایل) در ورق استفاده شود، عملکرد نوارها از حالت خمشی به محوری تغییر کرده و به طور مشابه با تحمل تغییرشکل­های پلاستیک به عنوان یک میراگر غیرفعال عمل می­کنند. در این مدل می­توان با تغییر طول این اعضای محوری، تغییرمکان جاری شدن نوارها و سایر پارامترهای لرزه­ای مجموعه را تغییر داد. هدف از این پژوهش ارزیابی عددی دیوار برشی فولادی شیاردار با شیارهای مایل و با ترکیب­بندی شیار و سخت­کننده­ی انتهایی متفاوت است. برای این منظور پس از صحت­سنجی مدل­سازی در نرم­افزار Abaqus، یک مطالعه پارامتریک بر روی دیوار فولادی با جایگذاری مختلف شیارها و سخت­کننده­های انتهایی متفاوت انجام می­شود و رفتار آن تحت بار رفت­ و برگشتی مورد بررسی قرار می­گیرد. همچنین رفتار این نمونه­ها با یک نمونه­ی بدون شیار مقایسه می­شود.  مقایسه نتایج دیوار فولادی پیشنهادی با شیارهای شیبدار و دیوار فولادی بدون شیار با همان ابعاد نشان می­دهد علی­رغم کاهش مقاومت و سختی اولیه در نمونه شیاردار، این دیوار از رفتار چرخه­ای مناسب­تری برخوردار است و توانایی استهلاک انرژی بیشتری دارد و خصوصاً در دریفت­های بالای 2 درصد افت مقاومت کمتر و عملکرد بهتری از خود نشان می­دهد. نتایج نشان می­دهند تنها با تغییر در محل قرارگیری شیارها می­توان مقاومت نهایی و سختی اولیه را به ترتیب تا 19 و 25 درصد تغییر داد. همچنین برای بالابردن میزان استهلاک انرژی استفاده از سخت­کننده­های انتهایی با ممان اینرسی بالاتر یکی از مؤثرترین راه­هاست؛ به طوری که استفاده از مقطع Box100 به عنوان سخت­کننده توانسته است استهلاک انرژی را نسبت به نمونه­ی معیار بیش از 2 برابر کند. در مجموع عملکرد دیوار برشی با شکل شیار پیشنهادی، مناسب ارزیابی می­شود.

کلیدواژه‌ها

دیواربرشی فولادی شیاردارمایل؛ مقاومت نهایی؛ منحنی چرخه‌ای؛ استهلاک انرژی

سایر فایل های مرتبط با مقاله

CE(34-4)-5-shariatmadar-Revised.pdf

مراجع

1. Jin, S., Ou, J. and Richard Liew, J.Y., "Stability of buckling-restrained steel plate shear walls with inclined-slots: Theoretical analysis and design recommendations", Journal of Constructional Steel Research, Vol. 117, pp. 13-23, (2016).
2. Muto, K., "Earthquake resistant design of 36-storied Kasumigaseki building", Muto Institute of Structural Mechanics, (1968).
3. Muto, K. N., Ohmori and Takahashi, T., "A study on reinforced concrete slitted shear walls for high-rise buildings", 5th World Conference on Earthquake Eng., Rome, Italy, (1973).
4. Martı́nez-Rueda, J.E. "On the evolution of energy dissipation devices for seismic design", Earthquake Spectra, Vol 18(2), pp. 309-346, (2002).
5. Hitaka, T. and Matsui, C. "Experimental study on steel shear wall with slits", Journal of Structural Engineering, Vol 129(5), pp. 586-595, (2003).
6. Cortes, G. "Steel slit panel frames for lateral resistance of buildings", PhD Thesis, Department of Civil Engineering, Purdue University, (2009).
7. Eatherton, M., Hajjar, J. G., Deierlein, H. Krawinkler, S., Billington and Ma, X. "Controlled rocking of steel-framed buildings with replaceable energy-dissipating fuses", in Proceedings of the 14th world conference on earthquake engineering, (2008).
8. Jacobsen, A., Hitaka, T. and Nakashima, M., "Online test of building frame with slit-wall dampers capable of condition assessment", Journal of Constructional Steel Research, Vol. 66(11), pp. 1320-1329, (2010).
9. Khatamirad, M. and Shariatmadar, H., "Experimental and analytical study of steel slit shear wall. Steel and Composite Structures", Vol. 24(6), pp. 741-751, (2017).
10. Nazifi, A. and Shariatmadar, H. "Evaluation of the interaction of steel slit panel-frame", Journal of structural and construction engineering, Vol. 6(4), pp. 107-124, (2018).
11. Wang, P., Xue, Z. and Xiao, S., "Seismic behavior of Self-Buckling-Restrained Steel Plate Shear Wall made by two incline-slotted infill plates", Journal of Constructional Steel Research,. Vol. 133 pp. 47-64, (2017).
12. Lu, J., Yu, S., Xia, J., Qiao, X. and Tang, Y., "Experimental study on the hysteretic behavior of steel plate shear wall with unequal length slits", Journal of Constructional Steel Research, Vol. 147, pp. 477-487, (2018).
13. Lu, J., Yu, S,. Qiao, X. and Li, N., "Experimental Study on Low Cyclic Loading Tests of Steel Plate Shear Walls with Multilayer Slits", International Journal of Steel Structures, Vol. 18(4), pp. 1210-1218, (2018).
14. Vian, D., Bruneau, M., Tsai, K. and Lin, Y., "Special perforated steel plate shear walls with reduced beam section anchor beams, I: Experimental investigation", Journal of Structural Engineering, Vol. 135(3), pp. 211-220, (2009).
15. Ahmadi, Z., Aghakouchak, A. and Mirghaderi, S. R., "Steel slit shear walls with an efficient geometry", Thin-Walled structures, Vol. 159, (2021).
16. FEMA, BSS. "Prestandard and commentary for the seismic rehabilitation of buildings", (2000).