خلاصه

در این تحقیق با استفاده از روش اجزاء محدود به شبیهسازی رفتار دیوارهای برشی کامپوزیت پرداخته شده است. این سیستم دیوارهای برشی جدید متشکل است از دو ورق فولادی ذوزنقهای شکل، لایه بتن پرکننده بین دو ورق فولادی و برش گیرها یا رابطهای میانی که باعث اتصال لایه بتنی به ورق فولادی شده و در راستای طول، ارتفاع و عرض دیوار (به منظور مرکب نمودن رفتار بتن و ورق فولادی) بکار میروند. نتایج عددی بدست آمده از این تحقیق اطلاعات مورد نیاز در مورد فاصله بهینه رابطهای میانی برای جلوگیری از کمانش ورق فولادی قبل از تسلیم را ارائه میدهد. این دیوارهای برشی جدید که از مزایای همزمان فولاد و بتن مسلح بهره مند میگردند، گزینهی مناسبی برای سیستم باربر جانبی سازههای ایمن در برابر زلزله و انفجار میباشند.

کلمات کلیدی: دیوار برشی کامپوزیت، رابط یا اتصال دهنده میانی، پروفیل ورق فولادی

۱٫ مقدمه

علم مهندسی زلزله ساختمان در سال ۱۹۵۰ میلادی همزمان با فعالیت های گسترده باز سازی پس از جنگ جهانی دوم شـروع شـد. تلاشهای اولیه به منظور مقاوم سازی ساختمان ها براساس فرضیاتی نه چندان دقیـق بـر روی واکـنش سـازه در اثـر ارتعـاش زمـین صـورت گرفت که به دلیل کمبود ابزار تحلیل مناسب و سوابق اطلاعاتی کافی در مورد زلزله، روش های ناقصی بودند. مشاهده عملکرد سازههـا در هنگام وقوع زلزله و همچنین مطالعات تحلیلی و کارهای آزمایشگاهی و جمع آوری اطلاعات مربوط به زمین لـرزههـای چهـار دهـه اخیـر، امکان ارائه روشی مدرن برای طراحی سازه های مقاوم در برابر زلزله را فراهم آورد. قرار گرفتن ایران در بخشی از کمربند کـوهزایی آلـپ
– هیمالیا که به عنوان آخرین و جوانترین نواحی کوهزایی جهان شناخته شده است. پدیدههای دگر شکلی به اشکال گوناگون در آن ظاهر می شوند. باز شدن دریای سرخ و در نتیجه حرکت پهنه عربستان به سوی ایران و جابجایی بستر اقیانوس در نواحی عمان و حرکت به سوی شمال شمال خاوری و حرکت دیگر صفحات لیتوسفری پیرامون ایران موجب فراهم آوردن شرایطی شده است که هر چنـد گـاهی بـا آزاد شدن انرژی ناشی از تمرکز تنشها در راستای گسلهای فعال شاهد زمین لرزه های ویرانگر در میهن اسلامی ایران باشیم .[۱]

امروزه بلند مرتبه سازی جهت سیاست های مبتنی بر رشد جمعیت، سرویسدهی و خدمات شهری مورد توجـه خـاص قـرار گرفتـه است، بهگونهای که بررسی مطالعات سیستم های مختلف سازهای به منظور تامین نیازهای فنی و اقتصادی بیشتر از پـیش ضـروری بـه نظـر

۱دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکدهی مهندسی عمران، دانشگاه حکیم سبزواری ۲استادیار، دانشکدهی مهندسی عمران، دانشگاه حکیم سبزواری

میرسد. نسل سوم سیستم باربر جانبی دیوار برشی مرکب می باشد که نوع توسعه یافتهای از دیوار برشی فـولادی اسـت کـه از سـقفهـای عرشه فولادی [۲- ۳] سرچشمه گرفته است. این دیوارهای برشی جدید از دو لایه ورق فولادی نازک موجدار ذوزنقهای و همراه پوششـی از بتن در بین ورق های فولادی ساخته میشوند (شکل ۱ را ببینید). این دیوارهای برشی علاوه بر مقاومت ، شـکل پـذیری و جـذب انـرژی مناسب، بسیار اقتصادی و مقرون به صرفه بوده و در ساخت ساختمان های بلند مرتبه امن، مقاوم سازی ابنیه و نیز مخازن استفاده میشـود. از جمله مزایای این نوع جدید دیوارهای برشی این است که در دوران ساخت و اجرا پروفیل ورق های فـولادی مـیتواننـد بـه عنـوان سیسـتم مهاربند با قاب فولادی در برابر بارهای جانبی عمل کنند و همچنین به عنوان قاب دائمی پر شده با بـتن در برابـر بارگـذاری سـرویس عمـل نمایند. ورق فولادی و بتن با هم در برابر بارهای جانبی عمل نموده و تعامل این دو نقش مهمی در عملکرد مرکب سیستم ایفا مینماید.

شکل -۱ استفاده از دیوار کامپوزیت در سیستم قاب فولادی

۲٫ مروری بر تحقیقات گذشته

در مطالعه مستقل در دانشگاه برکلی توسط آستانه و همکارانش در طی سالهای ۱۹۹۸ و [۴] ۲۰۰۱ بر روی دیوار برشی فولادی معمولی و دیوار برشی مرکب انجام شده و سپس دو دیوار برشی مرکب که در میان قاب خمشی قرار گرفته بودند، با هم مقایسه شدند. تفاوت این دو دیوار در این بود که در یکی از این دو دیوار یک درز بین دیوار بتنی و تیرها و ستونهای اطراف پانل وجود داشت. با این وجود همین تفاوت ناچیز باعث تفاوت قابل توجهی در عملکرد دیوار همانند شکلپذیری و کاهش آسیب پذیری شده است. در سال ۲۰۰۸ میلادی یک سری آزمایشات توسط حاتمی و رهایی بر روی دیوار مرکب انجام شد .[۵ ] در سال ۲۰۰۹ محقق وایازی مطالعات کاملی در دانشگاه تربیت مدرس بر روی رفتار دیوار برشی مرکب انجام دادند .[۶]

مرور ادبیات فنی موجود نشان میدهد که مطالعات محدودی در بررسی رفتار دیوارهای برشی کامپوزیت جدید (متشکل از ورق-های ذوزنقهای پر شده با بتن) صورت گرفته است. با این وجود، یکی از مزایایهای مهم این دیوار برشی، رفتار مناسب آن در بارگذاری انفجاری است که باعث رفتار غیرخطی هندسی در این نوع از دیوار میشود. شدت و سرعت بالای انفجار باعث تغییر رفتار در مشخصات مصالح و تغییرشکلهای بزرگ میشود. قابل ذکر است که اولین آیین نامه مطرح در بارگذاری با نام TM-5-855-1 در سال ۱۹۸۶ توسط دپارتمان تحقیقات نظامی ارتش آمریکا برای سازههای مقاوم در برابر انفجارهای غیر اتمی تهیه شد. سپس آیین نامه TR-87-57

در سال ۱۹۸۹ توسط بخش مهندسی نیروی هوایی آمریکا و سپس آیین نامه TM-5-1300 در سال۱۹۹۰با جامعیت بیشتر تهیه شد .[۷] در این تحقیق با استفاده از روش اجزاء محدود به شبیهسازی و مطالعهی پارامتریک رفتار دیوارهای برشی کامپوزیت پرداخته شده است.

۳٫ بررسی رفتار دیوار برشی کامپوزیت با استفاده از روش المان محدود

در این بخش از تحقیق، رفتار دیوارهای برشی کامپوزیت با هندسه یکسان تحت دو نوع ورق فولادی نرم و با مقاومت بالا و دو نوع بتن پر کنندهی خودمتراکم [۸] SCC وکامپوزیت سیمانی ECCS (تقویت شده با الیاف بسیار انعطاف پذیر با ظرفیت کرنشی بالاتر نسبت به بتن معمولی ([۹,۱۰] مورد بررسی قرار گرفته است.