دانلود پایان نامه

تاثیر زاویه نواری معادل در رفتار کلی پانل های فولادی چشمگیر نبوده و رابطه ارائه شده در آئین نامه کشور کانادا به اندازه کافی قابل قبول می باشد. [۱۹]
چن و هنگ در سال ۲۰۰۶ میلادی رفتار چرخه ای دیوار برشی فولادی دارای ورق میانی با حد تسلیم پایین را مطالعه کردند. ایشان آزمایشاتی را بر روی دیوار برشی مزبور انجام داده و تاثیر نسبت پهنا به ضخامت پانل، پیوستگی و نیز انواع مختلف اتصالات قاب دیوار برشی را بر روی رفتار اعضای مرزی بررسی کردند. کلیه نمونه ها دارای ظرفیت جذب انرژی خوبی بودند. [۲۰]
نمونه های دیوار برشی فولادی با اتصالت ساده وخمشی قاب قابلیت تغییر شکل فوق العاده ای داشتند. دیوار برشی فولادی با ورق فولادی با حد تسلیم پایین قادر بود در انحراف طبقه در حدود ۳ تا ۶ درصد پایدار باقی بماند. ضمنا با کاهش نسبت پهنا به ضخامت از ۲۰۰ به ۱۰۰ مقاومت نهایی و تغییر شکل نهایی افزایش نیافت با این حال میزان جذب و استهلاک انرژی ۶/۱ و۷/۱ برابر شد.ایشان پیشنهاد کردند برای عملکرد بسیار خوب دیوار برشی فولادی در محدوده ارتجاعی و غیر ارتجاعی، نسبت پهنا به ضخامت و یا عمق به ضخامت را می توان زیر ۱۰۰ در نظر گرفت.
روبرتز و صبوری قمی در سال ۱۹۹۲ در دانشگاه ولز انگلستان برای بررسی تاثیر بازشوها بر رفتار پانل های برشیی فولادی آنها را با روزنه های دایره ای شکل در مرکز تحت بارگذاری چرخه ای قرار دادند. [۲۱] برای ساخت هر پانل ورق فولادی به اعضای مرزی پیچ شده و اعضای مرزی افقی و قائم نیز با اتصالات ساده به هم متصل شدند. بار چرخه ای از طریق گوشه قطری توسط یک ماشین هیدرولیک به ظرفیت ۲۵ تن اعمال گردید.
عمق پانلها d=300mm عرض پانلها b=300mm to 450mm وضخامت ورقها نیز h=1.23mmto0.83mm انتخاب شدند. برای مقادیر تنش تسلیم ورقها ۲۱۹ MPa و ۱۵۲ MPa و برای D قطر بازشو های دایره ای شکل وسط ورقها، مقادیر ۶۰mm,105mm,150mm انتخاب شد بر پایه نتایج آزمایش رابطه محافظه کارانه زیر که ضریب کاهش مقاومت دیوار برشی فولادی دارای بازشو نسبت به دیوار برشی فولادی بدون بازشو است ارائه شد.
(۲-۲۹ ) V_(yp perf)/V_yp =K_perf/K_panel =(1-D/d)
در رابطه ۲-۲۹ V_(yp perf)/V_yp و K_perf/K_panel به ترتیب نسبت های مقاومت و سختی یک نمونه پانل روزنه دار به نمونه پانل بدون روزنه مشابه، d عرض پانل و D قطر بازشو می باشد.

۲-۹-۲-تحقیقات نظری بر روی دیوار برشی فولادی
مطالعه دیوارهای برشی فولادی از منظر تحلیلی نیز مورد علاقه بسیاری از پژوهشگران بوده ‏است. رفتار این سیستم باربر جانبی لرزه ای تحت بارهای استا تیکی و چرخه ای مورد بررسی قرار گرفته و مدل های تحلیلی گوناگونی برای آن ارائه شده است. در ادامه خلاصه ای از پژوهش های تحلیلی انجام شده توسط محققین مختلف ارائه می شود.
می مورا و آکی یاما در سال ۱۹۷۷ مدلی را برای توصیف رفتار چرخه ای دیوار برشی فولادی براساس فرضیات زیر توسعه دادند.
شیب میدان کشش ثابت و برابر ۴۵ ‏درجه نسبت به راستای ستون
تشکیل میدان کشش در پانل فولادی در تغییر شکل جانبی معادل نصف تغییر مکان جانبی پلاستیک در چرخه قبلی بار
نسبت پوآسون ورق جان دیوار برشی در محدوده پلاستیک برابر ۵/۰
شکل (۲-۱۷) ‏مدل چرخه ای مزبور را نشان می دهد.
در شکل ۲-۱۷ ‏مسیر OAB بیانگر بارگذاری اولیه دیوار برشی در جهت مثبت است. مسیر BC^’ که معرف باربرداری دیوار برشی است موازی با مسیر اولیه بارگذاری ( OA) فرض می شود. CC^’ بارگذاری دیوار را در جهت مخالف (جهت منفی) بیان می کند.
‏نقطه C محل وقوع کمانش برشی ورق جان و نقطه D محل شروع شکل گیری مجدد میدان کششی در ورق جان است.
‏برای تعیین محل نقطه D، از وسط خط OC^’ خطی به موازات OA رسم می شود. این پژوهشگران قرار گیری نقطه D^’ در وسط OC^’ را به عنوان نتیجه مستقیم فرض نسبت پواسون مساوی ۵/۰ ‏تلقی کردند. با فرض یک منحنی بارگذاری در جهت عنفی (OA^’ E)، مدل چرخه ای ای تحت مسیر DA^’ E ادامه می یابد و با حذف بار اعمالی در جهت منفی، منحنی چرخه ای موازی با OA ترسیم می شود (EF^’ ).
‏توربورن و همکاران در سال ۱۹۸۳ ‏میلادی با توجه به سختی بالای اجزای مرزی قائم در مقایسه با بال های تیر ورق مدل تحلیلی ساده ای را به منظور شبیه سازی رفتار میدان کششی براساس نظریه “میدان کشش خالص” توسعه دادند. در مدل تحلیلی مزبور که “مدل نواری” نام گرفت میدان کشش توسط اعضای خرپای کششی با زوایای شیب یکسان مدل شد. (شکل ۲-۱۸ )

شکل ۲-۱۷ مدل چرخه ای می مورا و آکی یاما

‏ به منظور انعکاس وجود میدان های کشش مخالف در بالا و پایین پانل فولادی مدل شده، تیرها در مدل نواری صلب فرض شدند. در مدل مزبور، مقاومت تسلیم کشثس ورق جان دیوار برشی به عنوان تنش حدی اعضای خرپا یی منظور شد. توربورن و همکاران نشان دادند که تعداد ۱۰ عضو خرپایی در هر پانل برای بیان عمل میدان کشش کفایت می کند. [۲۲]
‏استاندارد طراحی سازه های فولادی کانادا ( CAN/CSA S16-01/2001) مدل نواری را به عنوان ابزاری برای طراحی دیوار برشی فولادی توصیه می کند.
با استفاده از اصل حداقل انرژی، α زاویه شیب میدان کشش برحسب سختی محوری اعضای مرزی به صورت رابطه زیر به دست می آید.
(۲-۳۰) tan^4 α=(۱+(t_w L)/(2A_c ))/(1+(t_w h)/A_b )
در رابطه (۲-۳۰) t_w ضخامت ورق جان، h ارتفاع طبقه، L ‏ عرض دهانه دیوار برشی فولادی می باشند(شکل ۲-۱۸ ). A_c ‏ وA_b ‏ به ترتیب مساحت مقطع اعضای مرزی قائم و افقی هستند. به منظور ساده سازی مراحل تکرار در طراحی
دیوار برشی، توربورن و همکاران مدل مهاربند معادل را توسعه دادند. در این مدل جان تنها توسط یک مهاربند کششی قطری مدل می شنود (شکل ۲-۱۹ )
مهاربند قطری شکل (۲-۱۹) ‏بیانگر خصوصیات سختی میدان کششی با فرض اعضای مرزی صلب است. A_b ‏مساحت مهاربند از رابطه زیر به دست می آید:

(۲-۳۱ ) A_b=(t_w Lsin^2 2α)/(۲sin∅sin2∅)

شکل ۲-۱۸ مدل نواری توربون و همکاران

در رابطه فوق، ∅ زاویه واقعی مهاربند نسبت به محور ستون بوده (شکل ۲-۱۹ ‏) و سایر پارامترها قبلأ تعریف شده اند. آئین نامه کانادا مدل مهاربند معادل را به عنوان ابزاری برای طراحی اولیه دیوار برشی فولادی توصیه می کند.
‏تیملر و کولاک در سال ۱۹۸۳ ‏با منظور کردن سختی خمشی ستون ها، رابطه (۲-۱۰) را اصلاح و زاویه میدان کشش را به صورت تابعی از سختی محوری اعضای مرزی و سختی خمشی ستونها چنین بدست آوردند.[۲۳]
(۲-۳۲ ) tan^4 α=(۱+(t_w L)/(2A_c ))/(1+t_w h(1/A_b +h^3/(360I_c L)) )
در رابطه ( ۲-۳۲)، I_c ممان اینرسی ستون حول محور عمود بر پانل بوده و سایر پارامترها قبلا تعریف شده اند.
اعضای مرزی افقی که تنها از یک طرف به ورق جان متصل هستند مانند عضو مرزی واقع در تراز بام، نسبت به اعضای مرزی میانی که از دو طرف به ورق جان اتصال دارند آزادی عمل بیشتری در خمش حول محور عمود بر پانل دارند. برای منظور کردن این اثر تیملر و کولاک رابطه (۲-۳۳) را با لحاظ کردن سختی خمشی عضو مرزی افقی برای محاسبه زاویه شیب میدان کشش ارائه کردند.
(۲-۳۳ ) tan^4 α=(۱+t_w h(1/〖۲A〗_c +L^3/(120I_b h)))/(1+t_w h(1/〖۲A〗_b +h^3/(320I_c L)) )
در رابطه (۲-۳۳)، I_b ممان اینرسی تیر حول محور عمود بر پانل بوده و سایرکمیت ها قبلا تعریف شده اند. تیملر و کولاک برای بررسی اعتبار روش تحلیلی ارائه شده براساس مدل نواری، یک نمونه دیوار برشی فولادی دو طبقه در مقیاس کامل را تحت آزمایش بار چرخه ای قرار داده و مدل نواری آن را به روش ارتجاعی تحلیل کردند. رفتار غیر ارتجاعی در اعضای مرزی توسط کاهش پی در پی خصوصیات سطح مقطع در کل طول اعضا و در اعضای خرپایی با محدود کردن مقاومت به تنش تسلیم اندازه گیری شده از نمونه های کششی شبیه سازی شد.

شکل ۲-۱۹ مدل مهاربند معادل توربون و همکاران

مقایسه نتایج تحلیل و آزمایش نشان داد که مدل نواری مزبور تو انسته است تخمین خوبی از تنشها کرنش های محوری ورق جان و پاسخ نیرو جابجایی نمونه دیوار برشی را بدست می دهد.
تفاوت نتایج حاصل از روابط (۲-۳۱‏) و (۲-۳۳) برای محاسبه زاویه α اندک بود. به هر حال برای محاسبه دقیق تر زاویه شیب میدان کشش توصیه شد که از رابطه اصلاح شده (۲-۳۴‏) استفاد‏ه شود. همان گونه که ملاحظه خواهید کرد ‏رابطه (۲-۳۳) توسط آئین نامه AISC 341 برای محاسبه زاویه میدان کشش پیشنهاد شده است.
الغالی و همکاران در سال ۱۹۹۳ مدل هایی از سه نمونه دیوار برشی فولادی سه طبقه و یک دهانه با مقیاس ۱:۳ را که قبلا توسط ککس و همکاران در همان سال[۲۴] ساخته و آزمایش شده بودند توسط روش المان های محدود تحلیل کردند.
ضخامت ورق های جان از ۷۶/۰ میلیمتر تا ۶۵/۲ میلیمتر ‏متغیر بود. دو نمونه از دیوارهای برشی با استفاده از مدل اجزا محدود و دیگری براساس مدل نواری تحلیل شدند. در مدل اجزای محدود ورق میانی توسط المان پوسته و اعضای مرزی توسط المان تیر مدل شدند. رفتار غیرخطی نمونه ها با معیار فون مایزز و تئوری جریان مدل شد. مدل های اجزای محدود تخمین بالا دستی از سختی اولیه و مقاومت نهایی نمونه ها به دست دادند. الغالی و همکاران این تخمین بالا دست را به ناتوانی در مدل کردن مناسب موج های خارج از صفحه کمانش در ورق جان ناشی از استفاده از شبکه های درشت نسبت دادند.
در مدل نواری توسعه داده ‏شده برای هر پانل دوازده ‏عضو خرپایی در فواصل مساوی با رابطه تنش کرنش سه خطی در نظر گرفته شد و سایر پارامترها به گونه ای انتخاب شدند که مطابقت خوبی بین نتایج تحلیل و آزمایش به دست آید. هر چند مطابقت خوبی برای ظرفیت نهایی حاصل شد. لیکن مدل نواری تخمین بالادستی از سختی اولیه به دست داد. در مطالعات حساسیت که توسط الغالی و همکاران روی مدل نواری انجام شد معلوم گردید که تغییر شیب اعضای خرپایی از ۳۸ ‏تا ۴۵ ‏درجه اثر کمی بر سختی اولیه بدست آمده دارد و اختلافی حدود۱/۵ درصد را در مقاومت نهایی موجب می شود.
در مدل نواری دیگری که توسط الغالی و همکاران برای مطالعه رفتار چرخه ای نمونه های دیوار برشی فولادی ساخته شد اعضای خرپا یی کششی در دو جهت قطری با زاویه شیب ۸/۴۲ ‏درجه قرار داده شدند. ایشان با به کارگیری عوامل تجربی بدست آمده از آزمایش قبل، نتایج نزدیکی با مقادیر حاصل از آزمایش بدست آوردند.
‏زو و لو در سال ۱۹۹۴ ‏یک سری مطالعات تحلیلی روی چهار شکل دیوار برشی فولادی دوازده طبقه و سه دهانه انجام دادند. اتصالات تیر به ستون دهانه های خارجی در همه مدل ها اتصال خمشی و اتصال دهانه میانی در برخی مدل ها ساده و در برخی دیگر خمشی در نظر گرفته شد. ورق میانی در برخی طبقات به اعضای مرزی افقی و قائم و در برخی دیگر تنها به تیرها متصل شدند. اعضای مرزی توسط المان تیر و ورق های میانی توسط المان پوسته مدل شدند و مدل های دیوار برشی تحت بارهای جانبی پوش- آور قرار داده شدند. [۲۶]
بر اساس این تحلیل زو و لو دریافتند که نوع اتصال ساده یا خمشی تیر به ستون تاثیر بسیار کمی بر روی سختی جانبی دیوار برشی فولادی دارد.
هم چنین ایشان نتیجه گرفتند که اتصال کامل ورق به اعضای مرزی موجب سخت تر شدن مدل نسبت به حالتی که ورق میانی تنها به تیرها متصل باشند خواهد شد. با این حال ایشان توصیه کردند که ورق میانی فقط به تیرها متصل شود زیرا معتقد بودند که ستون های یک سیستم با سختی زیاد به نسبت باید سهم بزرگتری از برش طبقات را تحمل کنند و این موضوع می تواند باعث وقوع شکست زود هنگام در ستون گردد. به هر حال به دلیل اینکه هیچ آزمایشی اعتبار نتایج فوق را بررسی نکرده است، آئین نامه AISC 341 ‏این موضوع را در ضوابط خود به کار نگرفته است.
هم چنین آستانه اصل استفاده از روابط مربوط به تیر ورق پیشنهاد شده توسط AISC(1999) را برای طراحی دیوار برشی فولادی توصیه کرد. وی ادعا کرد که استفاده از روابط مربوط به تیر ورق منجر به نتایج محافظه کارانه تری نسبت به استفاده از سایر روش های تحلیل دیوار برشی فولادی خواهد شد. برمن و برونو در سال ۲۰۰۳ ‏این مطلب را با جزئیات عددی بیشتر نشان داده و بر ناکافی بودن قیاس دیوار برشی فولادی با تیر ورق تاکید کردند. [۲۷]
کولاک و همکاران در سال ۲۰۰۱ ‏مثالی از طراحی یک ساختمان فرضی ۶ طبقه در ونکوور۴ کانادا ارائه کردند.
مدل نواری برای سازه فرضی تهیه و اعضای خرپا یی کششی آن در دو راستای قطری تعبیه ‏شدند. تحلیل ارتعاش آزاد این مدل فرکانس طبیعی پایه ای معادل۶۵/۱ ‏ثانیه را بدست داد. برای تخمین اثر مودهای بالاتر روی توزیع نیرو های جانبی در ارتفاع سازه، یک تحلیل طیف پاسخ نیز روی مدل انجام شد. انحراف نسبی طبقات که از تحلیل حاصل شد، مقتضیات آئین نامه ملی طراحی ساختمان کانادا را برآورده می کرد.
مدل نواری دیگری نیز با استفاده از اعضای خرپا یی فشاری-کششی توسط کولاک و همکاران تهیه شود. اعضای خرپایی مانند مدل قبی در دو جهت قطری تعبیه شدند. با توجه به مشاهدات مربوط به نیروی تحمل شده ‏و انرژی جذب شده در منحنی های چرخه ای نمونه آزمایش درایور و همکاران، [۱۳]ظرفیت فشاری نوارها معادل ۸ درصد از ظرفیت کششی ورق میانی تعیین شد. یک مدل سه خطی برای بیان رفتار ماده در نظر گرفته شد. مدل سه خطی با یک رفتار ارتجاعی خطی تا نقطه تسلیم و پس از آن سخت شدگی کرنشی تا مقاومت کششی معادل


دیدگاهتان را بنویسید