دیوارهای برشی بتن مسلح با رفتار دوگانه شکل پذیر

دیوارهای برشی بتن مسلح، یکی از متداول ترین سیستم های باربر جانبی هستند که به دلیل سختی و مقاومت زیادشان، به طور گسترده در ساختمان ها به کار می روند. این سیستم مقاوم در برابر بارهای جانبی، در زلزله های سه دهه اخیر، عملکرد خوبی در کنترل خسارت ها و آسیب های وارد به اجزای غیرسازه ای از خود نشان داده است. با این حال این اعضای سازه ای، از نظر شکل پذیری مقبولیت چندانی ندارند. در حقیقت، در یک دیوار برشی بلند تحت بار جانبی، تغییرشکل های پلاستیک در مفصلی در پای دیوار رخ می دهد که بخش کوچکی از دیوار را در بر می گیرد و عملاً ظرفیت شکل پذیری سایر قسمت های دیوار، بلا استفاده باقی خواهد ماند. تجربیات بدست آمده از دیوارهای برشی کوپله و شکاف-دار، دریچه ای نو به سوی جامعه مهندسی گشود. فراهم نمودن امکان گسترش مفاصل پلاستیک در دو انتهای تیرهای رابط، سبب شد تا جذب انرژی درارتفاع میسر شده و درنتیجه رفتار این نوع دیوارها شکل پذیرتر گردد. با توجه به این موارد، به نظر می رسد که بتوان مفهوم جذب انرژی در ارتفاع را به کلیه دیوارهای بازشودار تعمیم داد. آنچه در پژوهش حاضر بر آن تاکید می شود، استفاده از پتانسیل جذب انرژی ناشی از توزیع نیروی برشی در ارتفاع دیوار است، تا بتوان با ترکیب آن با جذب انرژی خمشی در پای دیوار، به شکل پذیری دوگانه خمشی- برشی دست یافت. این مفهوم، تنها از طریق دیدگاه دینامیکی قابل بیان بوده و با استفاده از تفکر استاتیکی، کاملاً توجیه ناپذیر است. به همین منظور، با استفاده از تحلیل های لرزه ای بر روی مدل های غیرخطی خرپای معادل از دیوارهایی با تعداد زیادی بازشو، امکان تشکیل مفاصل برشی ارتفاعی در اطراف بازشو بررسی و از تشکیل آن اطمینان حاصل شد. در این راستا، برای تعیین نسبت میرایی معادل این دیوارها، الگوریتمی پیشنهاد شد که بر اساس تاریخچه زمانی انرژی در هر سیستم، نسبت میرایی معادل را در هر لحظه از زمان ارائه می دهد. در ادامه دیواری با یک بازشو در ارتفاع در نظر گرفته شد که شامل دو مفصل پلاستیک سری، یکی به صورت خمشی در پای دیوار و دیگری به صورت برشی در ارتفاع در اطراف بازشو باشد. با توجه به اینکه بارگذاری واقعی سازه به صورت دینامیکی بوده و مرکز بار در طول زمان بارگذاری متغیر است، این امکان وجود خواهد داشت که در این مفصل ارتفاعی، در برخی از بازه های زمانی انرژی زلزله تلف شده و در نتیجه از نیاز شکل پذیری در پای دیوار بکاهد. این مفصل ارتفاعی بر اساس برش عمومی وارد بر دیوار می تواند به صورت موضعی رفتار خمشی و یا برشی از خود بروز دهد. با توجه به جزییات پیچیده مورد نیاز برای تامین شکل پذیری خمشی در اطراف بازشو، مفصل برشی موضعی مد نظر قرار گرفت. به همین منظور، مطالعه ای پارامتریک برای تعیین محل بازشو در ارتفاع دیوار برای تشکیل همزمان دو مفصل در حین زلزله انجام شد که به روابطی پارامتریک انجامید. به منظور حساسیت سنجی روابط مذکور به محل بازشو و دردیوارهای مختلف، رفتار لرزه ای این دیوارها با موقعیت های متفاوت بازشو ارزیابی گردید. برای تشکیل دیوار برشی با شکل پذیری دوگانه، تعیین دقیق ظرفیت برشی مفصل ارتفاعی و ظرفیت خمشی مفصل پای دیوار از اهمیت بسزایی برخوردار است. از آنجا که اصول حاکم بر روش های برآورد ظرفیت برشی بر اساس تئوری کرانه پایین پلاستیسیته بوده و کاملاً متمایز از طراحی خمشی است، این روش ها نمی تواند نیازهای طراحی دیوارهای برشی با شکل-پذیری دوگانه را که دقت در تعیین ظرفیت مفاصل از ملزومات آنهاست، جوابگو باشد. بنابراین، سعی بر این شد تا با انجام مطالعات آزمایشگاهی بر روی این مفاصل، علاوه بر ارائه الگوی مناسب فولادگذاری در اطراف بازشو، اضافه ظرفیت مفصل برشی تعیین و راهکارهایی برای کاهش آن پیشنهاد گردد. ویژگی منحصر بفرد این آزمایش، ایجاد شرایطی شبیه برش خالص چیدمان بارگذاری می باشد. نتایج بدست آمده نشان می دهد که با وجود بازشو، علاوه بر کاهش ظرفیت برشی مقطع، شکل پذیری افزایش یافته و امکان حصول تغییرشکل های نسبی زیاد فراهم می گردد. علاوه بر این با گسترده شدن فضای ترک خوردگی در اطراف بازشو و تبدیل رفتار از حالت دوخطی به سه خطی، قابلیت استهلاک انرژی در رفتار چرخه ای مفصل افزایش یافته است. در پایان، عملکرد یک دیوار برشی با شکل پذیری دوگانه از طریق تحلیل اجزای محدود مورد بررسی قرار گرفت.