27923

معرفي ديوار برشي ورق فولادي نيمه تكيه گاه نوآورانه با استفاده از صفحات دوبل موجدار و مسطح

دكتري تخصصي (PhD)

مهندسي عمران- سازه

1398

1401/10/25

وحيد بروجرديان

علي قمري

مهندسي عمران

ديوارهاي برشي صفحه فولادي (SPSW) در زمين لرزه هاي گذشته و همچنين در مطالعات عددي و تجربي عملكرد خوبي از خود نشان داده است. اگرچه SPSW داراي مزاياي قابل توجهي است، اما داراي دو عيب عمده از جمله ظرفيت كمانش الاستيك پايين صفحه پركننده و تنش‌هاي قابل توجهي است كه توسط صفحه پركننده بر روي ستون‌هاي مرزي ايجاد مي‌شود. تكنيك هايي براي غلبه بر اين كاستي ها وجود دارد. در بين روش هاي پيشنهادي، SPSW نيمه پشتيباني شده به عنوان موثرترين روش به حساب مي آيد. جنبه ضعيف اين سيستم كاهش سختي و استحكام سيستم در مقايسه با SPSW معمولي است. اخيراً يك SPSW نيمه پشتيباني چهار لايه نوآورانه معرفي شده است كه بر نقص ذكر شده غلبه مي كند. قاب اصلي و ديوار اين سيستم را تشكيل مي‌دهند (شامل دو صفحه موجدار، دو صفحه صاف و ستون‌هاي فرعي). از آنجايي كه هيچ ارتباطي بين ديوار و مين فريم وجود ندارد، انتقال تنش از صفحات به ستون هاي اصلي وجود ندارد. اين واقعيت تقاضاي شكل پذيري را كاهش مي دهد. در نتيجه تركيب دو صفحه (صفحه راه راه و تخت)، كمانش الاستيك ديوار تا يك ديوار كاملاً تسليم افزايش مي يابد. اين منجر به يك سيستم مقرون به صرفه تر مي شود. اين تحقيق نتايج يك مطالعه عددي جامع را براي بررسي تأثير ضخامت صفحه، طول ديوار و نسبت ابعاد بر رفتار اين سيستم تحت بار جانبي يكنواخت ارائه مي‌كند. براي بدست آوردن منحني هاي پوش اور، از بسته نرم افزاري ABAQUS المان محدود استفاده شد. يافته ها نشان داد كه با افزايش نسبت طول به ارتفاع، ظرفيت ديوار افزايش مي يابد. علاوه بر اين، معادلات مورد نياز براي دستيابي به منحني فشار آور بدون نياز به شبيه‌سازي المان محدود (FE) ارائه شد. نتايج تطابق خوبي بين نتايج FE و روابط مورد نظر نشان داد. براي در نظر گرفتن رفتار سيستم، تأثير الگوي بارگذاري و همچنين تعداد طبقات (سازه هاي كم تا متوسط) مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه سازه‌هاي تحت الگوي بارگذاري يكنواخت، بيش از 27/1 برابر نسبت به سازه‌هاي تحت الگوي بارگذاري مثلثي، پاسخ سفت‌تري نشان مي‌دهند. همچنين با افزايش ارتفاع سازه ها اثر الگوي بارگذاري افزايش مي يابد كه به 37 درصد مي رسد. علاوه بر اين، يك مدل ساده براي تجزيه و تحليل سيستم با استفاده از SAP2000 پيشنهاد شد. هدف اصلي روش ساده اين است كه تجزيه و تحليل با استفاده از SAP200 ساده تر از ABAQUS باشد. در اين روش پيشنهادي، صفحه پركننده فولادي با يك عضو خرپايي جايگزين مي‌شود. اين روش به راحتي در سازه هايي با تعداد طبقات بالا قابل استفاده است كه باعث تسريع در تحليل و طراحي سازه ها مي شود. مقايسه نتايج اجزاي محدود (ABAQUS) و مدل پيشنهادي با استفاده از SAP2000 نشان‌دهنده دقت بالاي روش پيشنهادي است.

1401/12/09

Introducing an innovative semi-supported steel plate shear wall using double corrugated and flat plates

1/15/2024 12:00:00 AM

Steel Plate Shear Walls (SPSW) had shown good performance in past earthquakes as well as in numerical and experimental studies. Although the SPSW has considerable advantages, it has two major flaws including the low elastic-buckling capacity of the infill plate and significant stresses generated by the infill plate on the boundary columns. There are some techniques to overcome these shortcomings. Among the proposed methods, the semi-supported SPSW is accounted as the most effective method. The weak aspect of this system is the reduction of stiffness and strength of the system in comparison with the conventional SPSW. An innovative four-layer semi-supported SPSW was introduced recently that overcomes the mentioned shortcoming. The main frame and the wall compose this system (including two corrugated plates, two flat plates, and secondary columns). Since there is no connection between the wall and the mainframe, there is no stress transmission from the plates to the main columns. This fact reduces the ductility demand. As a result of the combination of two plates (corrugated and flat plates), the elastic buckling of the wall increases up to an entirely yielding wall. This results in a more cost-effective system. This research presents the results of a comprehensive numerical study to investigate the effect of plate thickness, wall length, and aspect ratio on the behavior of this system under the monotonic lateral load. To obtain the pushover curves, the ABAQUS software package of the finite element was utilized. The findings showed that, as the length-to-height ratio increases, the wall capacity increases. Furthermore, the required equations for achieving the pushover curve were proposed without the need for finite element (FE) simulation. The results showed a good match between the FE results and the intended relations. To consider the behavior of the system, the effect of the loading pattern as well as the number of stories (low to mid-rise structures) were investigated. Results indicated that structures under the uniform loading pattern show a stiffer response, more than 1.27 times than those under the triangular loading pattern. Also, by increasing the height of structures, the effect of the loading pattern is increased, which reaches 37%. In addition, a simple model for the analysis of the system using SAP2000 was proposed. The main aim of the simple method is that analysis using SAP200 is more simple than ABAQUS. In this proposed method, the steel infill plate is replaced by a truss member. This method can be easily used in structures with a high number of floors, which speeds up the analysis and design of structures. A comparison between finite element results (ABAQUS)and the proposed model using SAP2000 indicates the high accuracy of the proposed method.

مقاومت , سخت‌كننده , شكل‌پذيري , مقاومت مازاد

Strength , Stiffness , Ductility , Over strength

Isra Hassan Nayel

Dr. Boroojerdian