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

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده ی مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان

2 دانشکده ی صنعت و معدن، دانشگاه یاسوج

چکیده

استفاده از دیوار برشی فولادی در ساختمان‌های فولادی، به منظور مقابله با بارهای جانبی، سابقه‌یی بالغ بر چند دهه دارد. با وجود این، استفاده از سیستم اخیر به‌دلیل پیچیدگی‌های رفتاری آن هنوز با مشکلاتی مواجه است. در پژوهش حاضر، به بررسی رفتار جانبی سیستم دیوار برشی فولادی سخت نشده پرداخته شده است. بدین منظور، سه قاب فولادی دوبُعدی ۱ ، ۵ و ۱۰ طبقه‌ی مجهز به دیوار برشی فولادی سخت نشده، طراحی و به صورت استاتیکی غیرخطی تحلیل و مدل‌سازی قاب‌ها به دو صورت دقیق و تقریبی انجام شده است. از روش اجزاء محدود غیرخطی با امکان تغییرشکل‌های بزرگ در کمانش به‌عنوان مدل دقیق و از روش نواری معادل با استفاده
از میله‌های کششی دو سر مفصل به جای دیوار به عنوان مدل تقریبی استفاده شده است. در مطالعه‌ی حاضر، تأثیر عواملی نظیر: بارهای ثقلی، نوع توزیع بار جانبی، نوع مدل‌سازی و اثر وجود بازشوهای مستطیلی در پانل دیوار بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهند که ضوابط آیین‌نامه‌یی در ارتباط با کمینه‌ی مقاومت موردنیاز ستون‌های طرفین دیوار، غیرمحافظه‌کارانه
است، به گونه‌یی که در نتیجه‌ی طراحی براساس ضوابط مذکور، اولین مفاصل خمیری به جای دیوارها در ستون‌ها ایجاد و از این منظر لزوم اصلاح ضوابط اشاره شده آشکار می‌شود. همچنین وجود بازشو سبب کاهش مقاومت نهایی و سختی جانبی سیستم می‌شود که کاهش اخیر، رابطه‌یی تقریباً خطی با نسبت ابعاد بازشو دارد. در نهایت، روابطی نیمه‌تحلیلی به‌منظور تخمین میزان کاهش سختی و مقاومت جانبی قاب‌های بررسی شده ناشی از وجود بازشو در دیوار برشی فولادی پیشنهاد شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation Of The Nonlinear Static Behavior Of Unstiffened Steel Plate Shear Walls With/Without Openings

نویسندگان [English]

  • F. Behnamfar 1
  • H. Sayyadpour 2
  • A. Mohammadi-e-Farsani 1
  • M. Omidi 1
1 D‌e‌p‌t. o‌f C‌i‌v‌i‌l E‌n‌g‌i‌n‌e‌e‌r‌i‌n‌g I‌s‌f‌a‌h‌a‌n U‌n‌i‌v‌e‌r‌s‌i‌t‌y o‌f T‌e‌c‌h‌n‌o‌l‌o‌g‌y
2 D‌e‌p‌t. o‌f T‌e‌c‌h‌n‌o‌l‌o‌g‌y a‌n‌d M‌i‌n‌i‌n‌g Y‌a‌s‌o‌u‌j U‌n‌i‌v‌e‌r‌s‌i‌t‌y
چکیده [English]

Although steel plate shear walls have been used to resist lateral loads in recent decades, its complex behavior has brought about difficulties in employing this system. In this study, the lateral behavior of unstiffened 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 are 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 are developed as exact models. In addition, simplified equivalent strip models are created as a more practical code-based approach to 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, results of the strip model are consistent with those of the more rigorous finite element model; of note, results of the former were achieved faster than the latter. Also, it is observed that use of the design method promoted by the design code results in the formation of plastic hinges first on the columns rather than 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, the presence of an opening reduces the lateral stiffness and strength of the wall system more or less linearly with regard to variation in 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