چکیده

دیوارهاي برشی فولادي از تمام ویژگی هاي لازم براي یک سیستم مقاوم در برابربرخوباردارهاي جانبی

بوده اند، اما مسئله افزایش مقطع ستون هاي کناري دیوار برشی فولادي (جهت جلوگیريمفصلازتشکیل

پلاستیک و تهدید پایداري کلی سازه) بعنوان معضلی مهم، استفاده از این سیستم را تحت الشعاع قرار داده است. محققین براي رفع این مشکل در سال هاي اخیر سیستم دیوار برشی فولادي جدیدي را معرفی کرده اند که در این سیستم ورق دیوار برشی بجاي ستون هاي اصلی قاب، به ستون هاي فرعی اي وصل می شود که باربري قائم نداشته و صرفا وظیفه ایجاد میدان کششی در ورق و باربري جانبی را بر عهده دارند.

نتایج آزمایشات مختلف بر روي این سیستم نشان داده است که سیستم پیشنهادي عملکردومناسبی داشته

مشکلات دیوارهاي برشی متعارف را ندارند. از این رو در مطالعات بعدي به رفتارسنجی، تکامل بخشی و تخمین ظرفیت نهایی این نوع دیوارهاي برشی پرداخته شده است. این تحقیق در راستا و ادامه تحقیقات فوق به بررسی رفتار لرزه اي دیوارهاي برشی سخت شده و سخت نشده ي نیمه مقید در لبه ها تحت بارگذاري خطی و سیکلیک با کمک نرم افزار ABAQUS می پردازد. نتایج این تحقیق نشان می دهد با

استفاده از دیوارهاي برشی با بازشو همراه با المان هاي کششی وصل شده به المان هاي مرزي قائم رفتار

دینامیکی سازه تغییر کرده و مشکل ذکر شده در بالا رفع شده است، همچناستهلاكینشکل پذیري و

انرژي افزایش یافته و مقاومت در حد مناسبی حفظ شده است.

واژگان کلیدي:

دیوار برشی فولادي، شکل پذیري، سخت کننده، ستون داخل

١. دانشجوي کارشناسی ارشد عمران دانشگاه آزاد قزوین، @gmail.com٢٢٢s.mehr.
٢. استادیار دانشکده فنی مهندسی دانشگاه بین المللی امام خمینی(ره) ، memarpour@eng.ikiu.ac.ir

١

مقدمه

مطالعات براي تحلیل دینامیکی غیر خطی روي دیوارهاي برشی فولادي نازك توسط(١٩٩١(Sabouri -Ghomi and Roberts,

پایه ریزي شده، که روش تحلیل آن بر پایه حل دیفرانسیل محدود انجام می گیرد.

دیوارهاي برشی فولادي سنتی داراي ستون هاي بسیار قوي هستند تا بتوانند در مقابل بارهاي ثقلی و اثرات میدان کشش ناشی از اعمال برش بر صفحه پر کننده دیوار برشی مقابله نمایند. استفاده از این ستون ها که ابعاد بسیار بزرگی پیدا می کنند، باعث می

شوند طرح غیراقتصادي و سنگین به نظر برسد و این عامل بازدارنده براي استفاده از دیوارهاي برشی فولادي است.

تحقیق در مورد عملکرد مطلوب و طرح اقتصادي این سیستم، براي اولین بار دریک مطالعه عددي توسـط(١٩٩٤ (Lu and Xue,

انجام شد که پیشنهاد شد لبه هاي ورق آزاد باشند، بصورتی که ورق به ستون هاي سازه وصل نشود تـا میـدان کشـش از ورق بـه

ستون ها منتقل نگردد. (٢٠٠١ (Driver et al, در کنفرانس سازه هاي فولادي آمریکاي شمالی، مقاله اي توصیفی ارائـه دادنـد کـه به پیشرفت هاي اخیر و چشم انداز آینده تحقیق در زمینه دیوارهاي برشی فولادي پرداخـت. آن هـا در بخـش دوم مقالـه بـه ایـن موضوع اشاره کردند که با افزایش ضخامت ورق بر حسب نیاز سازه اي، مقطع ستون هاي کنار ورق به علت مهار نیروهـاي ناشـی از میدان کشش در هنگام زلزله، افزایش می یابند. آن ها بر این نکته تأکید کردند که اگرچه می توان ستون ها را بـراي ایفـاء نقـش دوگانه تحمل بارجانبی (مهار میدان کشش و نیروهاي داخلی اعضاي قاب به سبب بار جانبی) و بارهاي قائم طراحی کرد، اما جـدا
کردن این دو حالت از هم می تواند مفید باشد. (٢٠٠٨ (Berman et al, در مقاله اي توصیفی که مربوط به نیازهـا و زمینـه هـاي

تحقیقی براي دیوارهاي برشی فولادي بود. به معضل بزرگ بودن مقطع ستون هاي کنار دیوار برشی در مطالعات و آزمایشات اتجام شده روي این سیستم اشاره کرده و جهت حل این مشکل راه حل هایی را کهقبلاٌ توسط محققین پیشنهاد شده بـود، مـورد نقـد و

بررسی قرار دادند. (محرمی و همکاران، (۲۰۰۹ از دانشکده مهندسی دانشگاه تربیت مدرس تهران ، تحقیقـی در زمینـه دیوارهـاي برشی نیمه مقید انجام دادند، در این تحقیق یک روش جدید براي ارزیابی ظرفیت برشی دیوارهاي برشی فولادي به طریـق مشـابه
سازي این سیستم به شاه تیرهاي ورقی، ارائه شده است. آن ها در این تحقیق الگـوریتمی را بـا اسـتفاده از پارامترهـاي داخلـی اي

همچون ابعاد دیوار، اندازه ستون ها و ضخامت پلیت پیشنهاد داده اند که ظرفیت نهایی دیوار هاي برشی فولادي را تعیین می کنـد،

همچنین بار شکست پیش بینی شده از این روش، به وسیله FEM ارزیـابی شـده اسـت. موسسـه تحقیقـات جلـوگیري از بحـران
دانشگاه کیوتو۳ ژاپن به همراه گروه مهندسی محیط زیست و عمران و دانشکده مهندسی جورجیاي۴ آتالانتا۵ ایالات متحده(Kurata

متحده(٢٠١١ (Kurata et al, در مورد بهسازي لرزه اي قابهاي لرزه اي توسط دیوار برشی پلیـت فـولادي بـه همـراه بادبنـدهاي

کششی تحقیق کرده اند آن ها یک سیسیتم دیوار برشی ویژه (spsw) معرفی کرده اند که سبک تر و منعطف تر از یک دیوار برشی

– Kyoto ٣ – Geovgia ٤ – Atlanta ٥

٢

بتنی مسلح می باشد و می تواند یک سیستمی با افزایش قابل توجهی در سـختی و قابلیـت بـاربري و جـذب انـرژي فـراهم آورد.

فلسفه طراحی براي استفاده از پلیت هاي نازك سخت نشده مطرح شده است و مقاومـت پـس کمـانش صـفحات میانقـاب بـراي

محاسبه مقاومت برشی سیستم در نظر گرفته شده است. این فلسفه طراحی جدید بطور وسیعی مورد قبول محققان و آئین نامه هاي

رایج واقع شده است. (جهانپور و همکاران، (۲۰۱۱ در مورد رفتار لرزه اي دیوارهاي برشی فـولادي نیمـه مقیـد SSSW تحقیقـی

ارائه دادند. در این تحقیق روند طراحی (جهانپور و همکاران، (۲۰۰۹ تعمیم یافته است بـدین نحـو کـه تیرهـاي فرعـی بـه عنـوان

اعضاي پلاستیک صلب، که به موجب آن اجازه می دهیم مفاصل پلاستیک در آن ها گسترش بیابد در نظر گرفته شده است.

مدلهاي عددي و بررسی رفتار هرکدام از آنها

در این مطالعه چندین نمونه دیوار برشی که در جدول (۲) آورده شده است تحت بارگذاري هاي مختلف در نرم افزار اجزاي

محدودABAQUS [9] مدل سازي شده و رفتار لرزه اي هر کدام مورد ارزیابی واقع شده است.

مصالح استفاده شده در تمامی اجزايمشخصاتمدلها، فولاد st37 با جدول((۱ می باشد؛
جدول(-(۱ مشخصات فولادst37

جرم مخصوص مدول یانگ نسبت پواسون رفتار الاستوپلاستیک

۷۸۵۰ ۲,۱× ۱۰۶ ۰,۳ تنش تسلیم در کرنش صفر تنش تسلیم در کرنش
۰,۲
۳ ۲
۲۴۰۰ ۳۸۰۰
۲ ۲

براي ساختن اجزاي نمونه ها از المان shell چهار گره اي S4R استفاده شده است که یک المان صفحه اي جابجایی/تنش، چهارضلعی، چهار نقطه اي با کاهش درجات آزادي همراه با پذیرش کرنش بزرگ بوده است این المان ۶ درجه آزادي در هر گره دارد بنابراین رفتار خارج از صفحه پلیتهاي میانقابی در این مدل ها شامل شده است. براي مدل کردن المان هاي کششی از المان Truss ،T3D2 که رفتاري محوري دارد استفاده شده است.

مشخصات هندسی نمونه ها

ابعاد داخلی دهانه قاب در نمونه هاي یک طبقه (شکل۵×۲,۹ (۱ متر می باشد. که مجموعه آنها از ستون ها، تیرها، دیوار میانقابی،

المان هاي مرزي، المان هاي کششی و براکت ها ساخته شده است که به نحوي به یکدیگرمتصل شده اند، مشخصات آنها بشرح

ذیل میباشد:

ستون جها(ن:(H 30×۱ سانتیمتر، بال ها ۳۰×۱,۵ سانتیمتر، تیرها(:(H جان ۳۰×۰,۸ سانتیمتر، بال ها ۳۰×۱ سانتیمتر
المان هاي مرزي(:(UNP ناودانی شماره ۱۰،۱۸و دوبل۱۸، پلیت میانقابی: ضخامت ۰,۴ سانتیمتر

٣

براکت ها: ورق هایی با مقاومت بالا می باشند که جهت اتصال المانهاي کششی به المانهاي مرزي قائم استفاده شده است و داراي ضخامت ۱,۵ سانتیمتر می باشند.