بهینه سازی آرایش سخت کننده ها در دیوار برشی صفحه فولادی

در طی سه دهه اخیر یک سیستم مقاوم سازه ای جدید مورد توجه قرار گرفته و تحقیقات و مطالعاتی در مورد آن انجام شده است. این سیستم، دیوار برشی فولادی که به طور اختصار ssw یا spsw نامیده می شود. به طور کلی یک دیوار برشی فولادی تشکیل شده از یک ورق فولادی که توسط یک قاب مرزی محاط شده است. دیوار برشی فولادی معمولا در طراحی سازه ها یا مقاوم سازی ساختمان های موجود به صورت تقویت شده یا تقویت نشده استفاده می شود. در روش اول، دیوار های برشی فولادی با استفاده از سخت کننده های افقی و عمودی همانند تیر ورق ها به نحوی تقویت می شوند که از کمانش خارج از صفحه ورق میانی جلوگیری شود و از رسیدن آن به حد خمیری کامل اطمینان حاصل شود. با این حال ساخت و اجرای تعداد زیادی سخت کننده افقی و عمودی می تواند زمان بر بوده و هزینه زیادی نسبت به دیوار برشی تقویت نشده داشته باشد. استفاده از دیوار برشی فولادی تقویت شده در طراحی بعضی از سازه ها از قبیل سازه های بلند مرتبه و یا سازه های صنعتی و یا در شرایطی که محدودیت های عملکردی و بهره برداری سازه ها نسبت به کمانش خارج از صفحه ورق فولادی وجود دارند و یا در مقاوم سازی سازه های موجود، ممکن است نسبت به دیوار های برشی تقویت نشده ترجیح داده شود. از این رو در این تحقیق سعی شده است که دیوار برشی فولادی با یک سیستم جدید تقویتی معرفی گردد تا ضمن افزایش مقاومت برشی حد الاستیک ورق فولادی، اثرات ناشی از کمانش کلی ورق را کاسته و با حداقل تعداد و طول سخت کننده، رفتار لرزه ای سیستم دیوار برشی فولادی را بهبود بخشد. همچنین انتظار می رود که به دلیل مشارکت سخت کننده ها، ظرفیت جانبی کل سیستم، میزان جذب و اتلاف انرژی، سختی جانبی و به طور کلی رفتار غیر خطی آن بهبود یابد. با معرفی آرایش جدید تقویتی می توان هزینه های ساخت و اجرای سیستم دیوار برشی فولادی را در مقایسه با سیستم های تقویت شده مرسوم قبلی، کاهش داد. برای این منظور در این مطالعه تعداد 255 مدل دیوار برشی با آرایش های مختلف سخت کننده در نرم افزار اجزای محدود abaqus آنالیز شده و نتایج آن در قالب دو رویکرد اصلی ارایه شده است. رویکرد اول پارامتر های طول، عرض، ضخامت و یک طرفه و دو طرفه بودن سخت کننده های قطری را مورد مطالعه قرار داده و مشخص می شود که استفاده از سخت کننده های قطری با طول کامل، عریض، ضخیم و دو طرفه منجر به افزایش 12.6% در ظرفیت برشی بر حسب وزن کل دیوار نسبت به نمونه تقویت نشده می گردد. رویکرد دوم آرایش های مختلف را بررسی کرده و پارامتر شکل و موقعیت سخت کننده ها را مورد مطالعه قرار می دهد. در این رویکرد آرایش سخت کننده v و ? (هفت وهشت) و آرایش ?45 نوع دوم، ظرفیت برشی را بین 34.5% تا 49%، ظرفیت بر حسب وزن کل دیوار را بین 23.4% تا 39.18% و سختی جانبی اولیه دیوار را بین 60% تا 68%، نسبت به دیوار برشی تقویت نشده افزایش می دهد.