مطالعه عددی و پارامتریک رفتار غیرخطی دیوار برشی مرکب سوراخدار

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه دامغان

2 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آیت الله العظمی بروجردی، بروجرد

چکیده

در پژوهش حاضر، به منظور ارتقا رفتار لرزه‌یی دیوار برشی فولادی از پوشش بتن مسلح در یک طرف ورق فولادی دیوار استفاده شده است. پارامترهایی، از قبیل: شکل بازشو، موقعیت بازشو روی دیوار برشی مرکب و مساحت بازشو در تحلیل استاتیکی غیرخطی به کمک نرم‌افزار آباکوس در نظر گرفته شده‌اند. ابتدا مدل عددی با مدل آزمایشگاهی اعتبارسنجی شد که اختلاف ۲٫۳ و ۲٫۹ درصد بین مقادیر سختی کشسان و ظرفیت باربری در دو نمونه مشاهده شد. ۱۶ مدل عددی المان محدود شبیه‌سازی شدند. نتایج تحلیل نشان داد که استفاده از پوشش بتنی
می‌تواند مود تسلیم را از کمانش ورق فولادی به ترک‌خوردگی پوشش بتنی و افزایش ظرفیت باربری به میزان ۱۳\٪ تغییر دهد. بازشوی دایره‌یی‌شکل در بین سایر بازشوها، موجب عملکرد مناسب‌تر دیوار برشی و همچنین نسبت به بازشوی مستطیلی‌شکل، ۵\٪ ظرفیت باربری بیشتر به‌طور میانگین شده است. همچنین، با استفاده از بازشوی مربعی می‌توان بیشترین نسبت
بازشو را بدون تداخل هندسی با سایر اعضا در دیوار برشی ایجاد کرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical and parametrical investigations of the behavior of composite steel plate shear walls with opening

نویسندگان [English]

  • M. Ebadi Jamkhaneh 1
  • M. Ahmadi 2
1 D‌e‌p‌t. o‌f C‌i‌v‌i‌l E‌n‌g‌i‌n‌e‌e‌r‌i‌n‌g S‌c‌h‌o‌o‌l o‌f E‌n‌g‌i‌n‌e‌e‌r‌i‌n‌g D‌a‌m‌g‌h‌a‌n U‌n‌i‌v‌e‌r‌s‌i‌t‌y
2 D‌e‌p‌t. o‌f C‌i‌v‌i‌l E‌n‌g‌i‌n‌e‌e‌r‌i‌n‌g S‌c‌h‌o‌o‌l o‌f E‌n‌g‌i‌n‌e‌e‌r‌i‌n‌g A‌y‌a‌t‌o‌l‌l‌a‌h B‌o‌r‌o‌u‌j‌e‌r‌d‌i
چکیده [English]

The use of steel shear walls has been considered as a lateral load-bearing system in tall buildings. The significant advantage of Composite Steel Plate Shear Wall (CSPSW) is that the buckling of the infill steel plate, which is a serious disadvantage of Steel Plate Shear Wall (SPSW), is prevented. In order to enhance the seismic behavior of the system, the analytical study of CSPSW with a reinforced concrete panel with a gap between the concrete panel and steel frame was conducted. Hence, CSPSWs could be considered as an alternative lateral resistance system in steel structures, which is typically utilized as an effective lateral load-resisting system in high-rise buildings, where the story shear loads were markedly large. In this study, several parameters such as opening shape, opening location, and opening area in composite steel plate shear wall were considered in nonlinear static analysis using ABAQUS software. The numerical model was validated using an experimental model that had differences of 2.3% and 2.9% in elastic stiffness and load-bearing capacity, respectively. After ensuring proper performance and accuracy in predicting the behavior of the system, 16 numerical finite element models were simulated. The analysis results showed that using the concrete panel caused by transferring the failure mode from steel plate failure and buckling of plate to cracking and crushing the concrete led to a 13% increase in the load-bearing capacity. The most suitable type of opening shape is circular in shape with a load-bearing capacity of 5% more than the rectangular shape. Also, using a square opening can create the highest ratio of opening without geometric interference with other members in the shear wall. The behavior of CSPSWs and corresponding SPSWs is utterly disparate. The infill steel plate of SPSW resists lateral load by the development of tension fields as the infill steel plate initiates elastic buckling. However, in CSPSW, the elastic buckling of the infill steel plate is prevented by introducing a reinforced concrete panel; hence, the infill steel plate carries out lateral load by pure shear yield. Moreover, during the lateral load, CSPSW undergoes four stages: initial elastic stiffness, shear yield stiffness, post-shear yielding stiffness, and pre-failure stiffness.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Composite steel plate shear wall
  • nonlinear static analysis
  • Finite Element Method
  • Opening