مطالعه تحلیلی وآزمایشگاهی دیوارهای برشی فولادی تقویت شده قطری

برمبنای تحقیقات انجام شده در دهه های اخیر، دیوار برشی فولادی به عنوان یک سیستم مناسب باربر ‏جانبی و اقتصادی در طراحی لرزه ای سازه ها و مقاوم سازی ساختمانهای موجود شناخته شده است که به ‏صورت تقویت شده یا نشده و یا سوراخ دار بکار می رود. از طرفی، پیچیدگی رفتار غیر خطی این سیستم ‏بدلایلی از قبیل لاغری نسبتا" زیاد ورق نازک فولادی و اثرات مودهای کمانشی ورق ، عملکرد میدان کششی ‏ورق پس از کمانش، مراحل تسلیم دیوار ، تنوع مودهای گسیختگی ترد و شکل پذیر، حلقه های هیسترزیس ‏دیوار، نقش المانهای مرزی و اتصالات آنها ، اثرات سخت کننده‎ ‎ها و بازشوها ؛ همچنین وجود برخی ‏مشکلات اجرائ? و نبود ضوابط کافی و جامع برای طراحی این سیستم در آیین نامه های ساختمانی نیاز به ‏تحقیق بر روی آن را کماکان ضروری ساخته است. ‏ مطالعات آزمایشگاهی و تحلیلی معدودی‎ ‎که تاکنون بر‎ ‎روی دیوارهای برشی فولادی تقویت شده‎ ‎صورت‎ ‎گرفته‎ ‎نشان‎ ‎می دهند که تقویت یک دیوار برشی فولادی بوسیله سخت کننده های متداول افقی و قائم ‏مناسب، بهبود رفتار غیر خطی آن را سبب می گردد .در حالیکه ، استفاده از این سخت کننده ها که عمدتا" ‏برای جلوگیری از کمانش برشی الاستیک ورق پر کننده بکارمی روند هزینه بر و وقت گیر می باشد. از اینرو،‎ ‎در این تحقیق مطالعه تحلیلی و آزمایشگاهی دیوارهای برشی فولادی و تقویت آنها‎ ‎‏ با ‏‎ ‎سخت کننده‎ ‎های ‏قطری مد نظر قرار گرفته تا علاوه بر صرفه جوئی در مراحل اجرا ، بتوان از مزایای سیستم تقویت شده به ‏صورت بهینه ای بهره برد.‏‎ ‎بدین منظور انجام مطالعات تحلیلی، آزمایشگاهی و نظری بر روی این سیستم ‏جدید برنامه ریزی گردید.‏ از روش اجزاء محدود و آنالیز غیرخطی با لحاظ اثرات تغییر شکلهای هندسی غیرخطی، کمانشی و پس ‏کمانشی ورقهای نازک فولادی جهت مدل سازی و بررسی رفتار غیر خطی دیوارهای برشی فولادی در انجام ‏تحلیلهای عددی بهره گرفته شده است. میزان دقت نتایج تحلیلی با نتایج آزمایشگاهی معتبر موجود در ‏ادبیات علمی سنجیده شده و از آن ، اطمینان حاصل شده است. مطالعات آزمایشگاهی بر روی 6 نمونه دیوار ‏برشی فولادی با مقیاس1:2 شامل 2 دیوار تقویت نشده و 4 دیوار تقویت شده قطری به انجام رسیده که در ‏یکی از نمونه ها از قاب پیرامونی با اتصالات مفصل فیزیکی متداول استفاده شده و در نمونه ای دیگر از ‏ترکیب یک بازشوی استراتژیک با سخت کننده های قطری بر اساس نتایج حاصل شده طی تحقیق، استفاده ‏گردیده و رفتار های غیرخطی هیسترتیک آنها مورد بررسی قرار گرفته اند. ‏ از مطالعات نظری و بر مبنای نتایج آزمایشگاهی و تحلیلی، روابط تئوریک حاکم بر دیوار تقویت شده قطری ‏به منظور برآورد ظرفیت مقاومت برشی و طراحی سخت کننده های قطری توسعه داده شده و نتیجه ‏گردیده اند. همچنین، به نقش صلبیت اتصالات تیر به ستون و سختی و مقاومت المانهای مرزی در رفتار ‏غیرخطی و مقاومت برشی دیوارهای فولادی پرداخته شده و روابطی نیز جهت تأمین مقاومت برشی اعضای ‏مرزی و تخمین مقاومت برشی کل دیوارهای برشی فولادی با اعضای مرزی ضعیف تا قوی پیشنهاد شده اند. ‏بعلاوه ، نتایج نشان‎ ‎می دهند که استفاده از قابهای خمشی محیطی با اتصالات صلب تیر به ستون نسبت به ‏قابهای ساده ساختمانی در سیستم دیوارهای برشی فولادی، موجب بهبود رفتار غیر خطی دیوار، جذب ‏انرژی بیشتر، و افزایش مقاومت برشی سیستم می گردند. انرژیهای جذب شده، ضرایب شکل پذیری، ضرایب ‏رفتار و تشدید جابه جایی نسبی سازه ها نیز برای نمونه های مختلف محاسبه و با یکدیگر مقایسه شده اند.‏ ‏ نتایج دلالت دارند بر اینکه سخت کننده های قطری باعث افزایش قابل ملاحظه مقاومت برشی حد کمانش ‏الاستیک ورق فولادی ( بزرگتر یا مساوی 3 برابر) و ظرفیت برشی نهایی سیستم ، بسته به ابعاد سخت ‏کننده ها، نسبت به حالت تقویت نشده گردیده و رفتار هیسترتیک دیوار را بهبود بخشیده اند. همچنین،‎ ‎‏ ‏سیستم تقویت شده قطری با سوراخ استراتژیک رفتار هیسترتیک مناسبی تحت بارگذاری چرخه ای داشته و ‏بیشترین دوام و جذب انرژی را نسبت به نمونه های تقویت نشده و تقویت شده معادل خود داشته است. در ‏بین نمونه های تقویت شده قطری، نمونه های تقویت شده قطری به همراه گوشه بهترین رفتار غیر خطی را ‏ازخود نشان داده اند و بیشترین جذب انرژی را در زمانهای متناظر داشته اند. تقویت کننده های قطری به ‏ویژه در ترکیب با سخت کننده های گوشه موجب دوکی شکل شدن منحنی های هیسترزیس و کاهش ‏پدیده باریک شوندگی در آنها نسبت به دیوارهای سخت نشده شده اند. مقایسه رفتار ستونهای با اتصالات ‏گیردار و مفصل ساده و مشاهده وقوع برخی مودهای خرابی در لحظات نهایی در پای ستونهای با اتصال ‏ساده نشان می‎ ‎دهد که در قابهای ساده ساختمانی نیاز است تا پای ستونها با شرایط اتصال گیردار در ‏سیستمهای مقاوم لرزه ای همانند دیوارهای برشی یا حتی بادبندیها طراحی و اجرا گردند؛ و اتصال ساده ‏جان ستون به کف ستون به تنهایی ممکن است مقاومت کافی در مقابله با نیروهای وارده را نداشته باشد.‏ ‏ بررسی ضرایب رفتار حاصله نشان می دهد که ضریب رفتار دیوارهای تقویت شده قطری از دیوار های برشی ‏تقویت نشده بیشتر است، و ضریب رفتار حالت حدی دیوارهای برشی فولادی تقویت شده قطری در قابهای ‏ویژه ساختمانی حدود 9 می باشد. همچنین ، برای دیوارهای برشی فولادی تقویت شده قطری در قاب ساده ‏ساختمانی عدد 8 ، و برای دیوارهای برشی فولادی تقویت نشده در قاب ویژه ساختمانی نیز عدد 8 نتیجه ‏شده است. مقایسه ضرایب شکل پذیری دیوارهای برشی فولادی تقویت شده قطری و تقویت نشده نشان ‏میدهد که این سیستم دارای ضرایب شکل پذیری بزرگتری می باشد. برمبنای نتایج ، مدلهای رفتار لرزه ای ‏بار-‏‎ ‎جابه جایی جانبی دیوارهای برشی فولادی تقویت نشده و تقویت شده قطری به همراه روابط نظری ‏مربوطه جهت محاسبه سختی جانبی اجزاء دیوار و سیستم پیشنهاد شده اند؛ و بر آن اساس، پارامترهای ‏مدل سازی رفتار غیرخطی اجزاء فولادی به روش دستورالعمل بهسازی لرزه ای،‎ fema 356 ‎، برای ‏دیوارهای برشی فولادی تقویت نشده و تقویت شده قطری توسعه داده شده اند. ‏