بررسی رفتار استاتیکی غیرخطی دیوارهای برشی فولادی سخت نشده با و بدون بازشو

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان

2 استادیار گروه عمران، دانشکده صنعت و معدن، دانشگاه یاسوج، چرام

3 مربی گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد فارسان

4 کارشناس ارشد عمران - سازه دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

در این پژوهش سه قاب فولادی دو بعدی 1، 5 و 10 طبقه مجهز به سیستم دیوار برشی فولادی طراحی و به صورت استاتیکی غیرخطی تحلیل می‌شود. از روش اجزا محدود غیرخطی به عنوان مدل دقیق و از روش نواری معادل به عنوان مدل تقریبی استفاده می شود. در این مطالعه تأثیر عواملی نظیر بارهای ثقلی، نوع توزیع بار جانبی، نوع مدل‌سازی و اثر وجود بازشوهای مستطیلی در پانل دیوار، مورد بررسی قرار گرفته‌است. نتایج نشان می‌دهد که ضوابط آیین‌نامه‌ای در ارتباط با حداقل مقاومت مورد نیاز ستون‌های طرفین دیوار، غیرمحافظه کارانه است به گونه ای که در نتیجه طراحی بر اساس این ضوابط، اولین مفاصل پلاستیک به جای دیوارها در ستون ها ایجاد می‌شوند. همچنین وجود بازشو سبب کاهش مقاومت نهایی و سختی جانبی سیستم می‌شود که این کاهش، رابطه‌ای تقریباً خطی با نسب ابعاد بازشو دارد. روابطی نیمه تحلیلی به منظور تخمین میزان کاهش سختی و مقاومت جانبی قاب‌های مورد بررسی، ناشی از وجود بازشو در دیوار برشی فولادی پیشنهاد داده می‌شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of the Nonlinear Static Behavior of Unstiffened Steel Plate Shear Walls with/without Openings

نویسندگان [English]

  • Farhad Behnamfar 1
  • Hadi Sayyadpour 2
  • Arash Mohammadi-e-Farsani 3
  • Morteza Omidi 4
1 Department of Civil Engineering, Isfahan University of Technology
2 Assistant Prof., Faculty of Technology and Mining, Yasouj University, Choram
3 Dept. of Civil Engineering, Islamic Azad University, Branch of Farsan
4 M.Sc. of Structural Engineering, Dept. of Civil Eng., Isfahan University of Technology
چکیده [English]

Steel plate shear walls are categorized as one the seismic bearing systems in steel structures in earthquake prone areas. Although steel plate shear walls are used to resist lateral loads in recent decades, its complex behavior has brought difficulties in employing this system. In this study, the lateral behavior of un-stiffened steel plate shear walls is investigated via nonlinear static analysis (i.e. pushover analysis). Three different special steel moment frames having 1, 5 and 10 stories is designed based on the codes criteria. Then, the finite element models incorporating both the plastic behavior of steel material and large displacement of the steel plate due to buckling is developed as exact models. In addition, simplified equivalent strip models are created as the more practical code-based approach of modeling for comparison against the exact method. The effects of different parameters including applying gravitational loads, the lateral loads distribution pattern, modeling technique and rectangular opening in shear wall panel are evaluated. Results of the analyses show that in monotonic loading, the strip model yields results similar to those of the more rigorous finite element model but in much less time. Also, it is observed that use of the design method promoted by the design code, results in the plastic hinges to be formed first in the columns instead of walls. When the wall contains rectangular openings, it is shown that they must be accompanied with perimeter stiffeners on the edges of the opening. Otherwise, a large stress concentration would occur at the corners of the opening. Even with the peripheral stiffeners, presence of an opening decreases the lateral stiffness and strength of the wall system more or less linearly with regard to variation of the opening size. Eventually, semi-analytical relations are proposed to estimate the lateral stiffness and strength reduction due to the presence of an opening.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Steel Plate Shear wall
  • Opening
  • stiffness reduction
  • lateral strength
  • nonlinear static analysis