23572

توسعه مدل رفتار لرزه اي ديوار برشي فولادي تقويت شده با FRP

دكتري

عمران/سازه

1392

1399/12/7

جناب دكتر محمد علي برخورداري

جناب دكتر سيد علي اصغر حسين زاده

عمران

در بخش اول پژوهش، با استفاده روش المان محدود و انجام تحليل‌هاي استاتيكي غيرخطي و چرخه اي (سيكلي) تاثير استفاده از الياف پليمري در مشخصه‌هاي رفتار كلي (مقاومت، سختي اوليه، شكل‌پذيري، قابليت جذب انرژي، سختي سكانتي و ميرايي چسبندگي معادل) و اندركنش قاب و ورق در سيستم‌هاي يك طبقه و چندطبقه ديوار برشي فولادي مطالعه و مقايسه مي‌گردد. در مطالعات، تاثير نسبت‌هاي مختلف طول دهانه به ارتفاع طبقه و ارتفاع سيستم‌ها و همچنين، جنس، زاويه قرارگيري و حجم (ضخامت يا تعداد لايه‌هاي) الياف مصرفي مورد توجه قرار مي‌گيرد. نتايج نشان مي‌دهد كه ورق و قاب نه تنها در طبقات مختلف از سيستم بلكه در طول ارتفاع يك طبقه از سيستم نيز با يكديگر اندركنش دارند. حضور الياف پليمري تقويتي نه تنها مقاومت و جذب انرژي ورق و كل سيستم ديوار برشي فولادي را بهبود مي بخشد، بلكه رفتار قاب را نيز تحت تاثير قرار مي‌دهد. با افزايش ارتفاع ديوار برشي فولادي، به دليل افزايش مشاركت تغييرشكل‌هاي خمشي در رفتار كلي، تدريجا از تاثيرگذاري الياف تقويتي در افزايش مقاومت سيستم كاسته مي‌شود. تغيير نسبت طول دهانه به ارتفاع طبقه مي‌تواند تاثير محدودي را در نسبت افزايش مقاومت سيستم‌هاي تقويت شده داشته باشد. استفاده از الياف تقويتي تاثير چنداني بر روي سختي اوليه سيستم ندارد، درحالي‌كه به جهت تاخير در توسعه تسليم در سطح ورق تاحدي سبب كاهش شكل‌پذيري مي‌شود. همچنين، استفاده از الياف تقويتي به‌ويژه در سيستم‌هاي با طول دهانه بزرگتر سبب افزايش سختي سكانتي مي‌شود، اما به دليل عدم تاثيرگذاري بر پديده تنگ‌شدگي لزوما سبب بهبود ظرفيت ميراكنندگي نمي‌شود. سپس در بخش دوم، تاثير استفاده از الياف پليمري با سه الگوي مختلف (شامل الگوهاي تمام صفحه، نوارهاي مجزاي موازي و قطري) در بهبود خصوصيات رفتار غيرخطي و سيكلي سيستم هاي يك طبقه و چند طبقه ديوار برشي فولادي با بهره گيري از روش المان محدود مورد مطالعه قرار مي گيرد. در مطالعات تاثير تغييرات عرض، ضخامت، جهت قرارگيري و جنس (شيشه يا كربن) نوارهاي الياف پليمري و همچنين تغييرات نسبت طول دهانه به ارتفاع طبقه سيستم ها در مقاومت، سختي اوليه، شكل پذيري و قابليت جذب انرژي مدل هاي مختلف ديوار برشي فولادي در نظر گرفته مي شود. نتايج نشان مي دهد كه با استفاده از الياف پليمري علي رغم آنكه مقاومت سيستم ها افزايش مي يابد، ليكن شكل پذيري سيستم ها بعلت تعويق در تسليم ورق تاحدي كاهش مي يابد و سختي اوليه نيز تغيير چنداني نمي كند. الگوي تقويت، جنس و حجم الياف مصرفي مي تواند بر روي مشخصه هاي رفتاري ، مود خرابي و نحوه گسترش آن در سيستم ها تاثير بگذارد. براي الگوهاي تمام صفحه و نوارهاي مجزاي موازي، استفاده از الياف در امتدادهاي نزديك به حوزه كشش ورق مي تواند حداكثر كارايي را از حيث مقاومت موجب شود. با افزايش نسبت طول دهانه به ارتفاع و درنتيجه افزايش اختلاف زاويه بين حوزه كشش ورق و امتداد قطري، بطور نسبي از كارايي الگوي تقويت قطري كاسته مي شود. همچنين، روابطي جهت تخمين مقاومت سيستم ديوارهاي برشي فولادي تقويت شده با الگوهاي مختلف از الياف ارائه شده است كه با نتايج تحليل عددي توافق مناسبي دارد.

1400/02/25

Development of seismic behavior model of FRP-reinforced steel plate shear wall

2/26/2022 12:00:00 AM

In the first section of the present study, using the finite element method, investigates the effectiveness of fiber-reinforced polymers (FRPs) in improvement of the behavior characteristics of single and multi-story SPSWs by comparing the respective behaviors of infill wall and moment frame in reinforced and corresponding unreinforced SPSWs considering the wall-frame interaction. The effects of the system aspect ratio/height as well as the fiber type/orientation/content (thickness or number of layers) are also considered in the study. The results show that in general, the use of FRPs improves the system strength/energy dissipation/secant stiffness, while it adversely affects the system ductility and it has no significant or clear effect on the system initial stiffness/damping ratio. The use of FRPs slightly increases the level of stresses in the frame, while it delays the growth of stresses in the infill wall and therefore, affects the infill wall shear contribution wall in the initial stages of loading. In single-story SPSWs, the use of FRPs affects only the infill wall behavior, while in multi-story ones, it affects both of the infill wall and frame behaviors, due to a greater degree of interaction between them. The system aspect ratio is not important factor in evaluating the behavior of FRP-reinforced SPSWs. In the second section of this study, the nonlinear behavior of single- and multi-story steel plate shear walls (SPSWs) strengthened with three different patterns of fiber reinforced polymer (FRP) laminates (including single-strip, multi-strip and fully FRP-strengthened models) is studied using the finite element analysis. In the research, the effects of orientation, width, thickness and type (glass or carbon) of FRP sheets as well as the system aspect ratio and height are investigated. Results show that, despite an increase in the system strength using FRP sheets, ductility of reinforced SPSWs is decreased due to the delay in the initiation of yielding in the infill wall, while their initial stiffness does not change significantly. The content/type/reinforcement pattern of FRPs does affect the nonlinear behavior characteristics and also the mode and pattern of failure. In the case of multi-strip and fully FRP-strengthened models, the use of FPR sheets almost along the direction of the infill wall tension fields can maximize the effectiveness of reinforcement. In the case of single-strip pattern, the effectiveness of reinforcement is decreased for larger aspect ratios. Moreover, a relatively simplified and approximate theoretical procedure for estimating the strength of SPSWs reinforced with different patterns of FRP laminates is presented and compared with the analytical results.

ديوارهاي برشي فولادي تقويت شده، الياف پليمري، اندركنش قاب و ورق، مقاومت نهايي، سختي اوليه، شكل پذيري، ظرفيت جذب انرژي.

composite steel plate shear walls; FRP; wall-frame interaction ; ultimate strength; initial stiffness; ductility; energy dissipation