تعيين مقاومت و تغيير مكان جانبي پانلهاي ديوار برشي در سازههاي فولادي سرد نورد شده

شهاب الدين حاتمي* و امير رحماني**
دانشكدة فني و مهندسي، دانشگاه ياسوج دانشگاه آزاد اسلامي واحد بوشهر

(دريافت مقاله: ۲۳/۲/۱۳۸۹- دريافت نسخه نهايي: ٢٨/١٠/١٣٨٩)

چكيده – سيست م قاب سب ك فلزي به دلي ل مزاياي ويژه همچون امكان تولي د صنعتي، پيش ساختگي و سب ك بودن ميتوان د جايگزين مناس ـبيبراي سيستمهاي سنتي ساخ ت و ساز در كشور ايران باش د. پانلهاي ديوار برشي متش ك ل از قاب فولادي سرد نورد ش ده و پوشش پيچ ش ده به آن،متداولترين سي ست م باربر جانبي در اين سازهها هستن د . به دلي ل سب كي سازه و ك م بودن نيروهاي جانبي زلزله، پوششها عمومـﹰا از م ـصالح چ ـوبيساخته ميشون د. در اين مقاله مقاوم ت و تغييرم كان جانبي پانلهاي ديوار برشي به روش ع ددي اجزاي مح دود با در نظر گ ـرفتن رفت ـار غيرخط ـيناشي از تغييرش كلهاي بزرگ، تعيين ش دهان د. پانلهاي ديوار برشي با استفاده از نرمافزار اج ـزاي مح ـ دود ANSYS م دل ـسازي ش ـ ده و ب ـه ص ـورتبار-افزون تحلي ل ش دهان د. براي بررسي صح ت و دق ت نتايج، مقاوم ت و تغيير م كان نهايي چن د نمونه دي ـوار برش ـي ب ـا مق ـادير متن ـاظر حاص ـ ل ازمطالعات آزمايشگاهي ساير محققان مقايسه ش ده اس ت. پس از تايي د كارايي م دل اجزاي مح دود، تأثير پارامترهاي مختلف ديوار برش ـي از جمل ـهخصوصيات قاب فولادي، پوشش و اتصال اين دو بر رفتار جانبي ديوار مورد ارزيابي قرار گرفته اس ت. .

واژگان كليدي : پان ل ديوار برشي، سازه فولادي سب ك، فولاد سرد نورد ش ده، مقاوم ت جانبي، تغييرمكان جانبي، م دل اجزاي مح دود، تحلي ل بار-افزون

Determining the Lateral Resistance and Displacement of Shear Wall Panels in Cold-Formed Steel Structures

S. Hatami and A. Rahmani

Faculty of Engineering, Yasouj University
Islamic Azad University of Bushehr

Abstract: Light steel framing can be a good alternative to the traditional construction systems in Iran because of special benefits such as possibility of industrial manufacture, pre-fabrication and being a lightweight system. Shear wall panels

640085569

* – استاديار ** – دانشجوي كارشناسي ارشد
composed of cold formed steel frame and sheathing materials are one of the most common lateral bracing systems in these structures. Because of lightness and low lateral forces of the earthquake, the sheathings generally are made of wooden materials. In this study, lateral strength and displacement of the shear wall panels were determined using a finite element model. The panels were modeled using ANSYS software and a nonlinear push-over analysis was carried out. By comparing the numerical results of the present study with those of different experimental works done by other researchers, the finite element model was verified. Then a parametric study was performed to determine the effect of frame, sheathing and connections characteristics on the lateral behavior of shear wall panels.

Keywords: shear wall panel, light steel framing (LSF), cold-formed steel, lateral strength, lateral displacement, finite element
١- مقدمه
نياز شديد به افزايش بهره وري در بخـش سـاختمان كـشوراين واقعيت را آشكار كرده است كه استفاده از سيستمهاي سنتيدر امر ساخت و ساز جوابگوي نياز جامعـه نبـوده و اسـتفاده ازفناوريهاي نوين در اين بخش اجتناب ناپذير است. در اين ميان،سيــستمهاي ســاختماني بــا پتانــسيلهاي توليــد صــنعتي و پيشساختگي م يتوانند نيازهاي كمي و كيفي صنعت سـاختمانرا برآورده كننـد. يكـي از ايـن سيـستمها، سيـستم قـاب سـبكفولادي است كه نه تنها امكان توليد صنعتي و پيش ساختگي آنوجود دارد، بلكه به علت سبك بودن سيـستم در هنگـام زمـينلرزه، آسيبپذيري ساختمانها را به حداقل مي رساند [١].
ديوارهاي برشي يكي از اجزاي اصلي مقاوم در برابر بارهـايجانبي مخصوصﹰا زلزلهانـد كـه بـه طـور وسـيع در سـاختمانهايكوتاهمرتبه و ميانمرتبه سبك فلزي مورد استفاده قرار مـيگيرنـد .
هر پانل ديوار برشي از يك قاب فولادي با مقـاطع فـولادي سـردنورد شده تشكيل شده اسـت كـه تيركهـا و سـتونكهاي قـاب بـاپيچهاي خودكار يا پرچ به يكديگر متصل شـدهانـد و پوشـشي ازجنس مصالح چوبي يا ورق فولادي نازك بر روي قاب پيچ شـدهيا چسبانده ميشود. براي طراحي سازههاي سرد نورد شده تعيـينميزان مقاومت جانبي ديوارهاي برشي اهميت بسزايي دارد. بـرايتعيين مقاومت ج انبي پانلهاي ديوار برشـي بـه دليـل رفتـار نـسبتﹰاپيچيده پانل، اكثرﹰا از آزمايشات تمام مقياس استفاده مـيشـود كـهموسسه آهن و فولاد آمريكا [٢] بر اساس اين آزمايـشات مقـاديرمقاومت چند نوع ديوار برشي استاندارد را ارائه ميدهد. محققاني همچــون راجــرز [٣]، ســ ﹺرت [٤ و ٥] و فلــوپ و دوبينــا [٦] آزمايشات متعددي را بر روي رفتار پانلهـاي ديـوار برشـي انجـام
model, push-over analysis.

دادهاند. در تمامي اين آزمايشات پانلهاي ديوار برشـي بـه ارتفـاع٤/٢ متر مورد آزمايش قـرار گرفتـه و از پيچهـاي خودكـار بـرايمتصل كردن پوشش به قاب (تيرك و ستونك) استفاده شده است.
ولي براي بررسي اثر فواصـل پيچهـاي اطـراف، عـرض دهانـه وضخامت اجزاي قاب بر رفتار جانبي ديـوار برشـي، ايـن عوامـلمتغيير در نظر گرفته شده اسـت. مـصالح پوشـش پانلهـاي ديـواربرشي از مصالح چوبي همچون تختههاي چند لايه و يا تخته هـايگچي است . در ضمن از مقاطع سرد نورد شده دوبلC شـكل بـه عنوان ستونكهاي انتهايي قاب و از مقاطع C شكل تكي به عنـوانستونكهاي مياني و اعضاي تيرك استفاده شده است.
در سال ٢٠٠٦ لي و مارتينز [٨] از يك روش تحليلي برايتعيين مقاومت و تغيير مكان جـانبي ديوارهـاي برشـي اسـتفادهكردند. در اين روش براي دستيابي به دقـت مناسـب در تعيـينمقاومت و تغيير مكان جانبي ديوارهاي برشي پارامترهاي مؤثريهمچـون خـصوصيت مـصالح، ابعـاد هندسـي، فواصـل پيچهـا وجزئيات ساخت در نظر گرفته شده است و نهايتـﹰا بـا مقايـسهروش تحليلي با نمونههاي آزمايشگاهي صحت اين روش تأييدشده است [٨].
اگر چه بررسي رفتـار جـانبي ديـوار برشـي در سـازههـايفولادي سبك نيازمند مطالعات آزمايشگاهي است ليكن بررسـيكليه پارامترهاي سازهاي با آزمايش دسترسپذير نبـوده و يـا بـاصرف وقت و هزينههاي زياد مقدور اسـت. از طرفـي مـدلهايتحليلي معمو ﹰلا براي بررسي پانلهايي با مشخصات مشابه كاربرددارند و با تغيير پارامترهاي مسئله ميتوانند خطـاي زيـادي را بـه دنبال داشته باشند. لذا در تحقيق حاضـر از روش عـددي اجـزايمحدود براي تحليل بار-افزون ديوارها برشي در سازههاي فولادي سبك تحت بارگذاري درون-صفحه استفاده شده است. براي ايـنمنظور از نرمافزار ANSYS به لحـاظ قابليتهـاي بـالا در المانهـايصفحه و پوسته براي مدل كردن پانلهاي ديوارهـاي برشـي و نيـزاعمال تحليلهاي غيرخطي هندسي و مصالح استفاده شـده اسـت.
اما نكتهاي كه در اين روش حائز اهميت است، ميزان تشابه مـدلاجزاي محدود بـا شـرايط واقعـي مـسئله و امكـان شـبيه سـازيپيچيدگيهاي آن از حيث رفتـار كمانـشي و پـسكمانـشي مقـاطعف ولادي، شك ستهاي محتم ل در اع ضا و ات صالات و ش رايطبارگذاري است . مسلمﹰا يكي از راههاي دستيابي به اطمينان بـالاتر،در همه روشهاي مدلسازي عددي، تطبيق نتـايج بـا آزمايـشات وعملي است كه بدينطريق مي توان صحت مدلـسازي و تحليـل رابررسـي كـرد . در ايـن مطالعـه، نتـايج مـدلهاي عـددي بـا نتـايجآزمايشگاهي بر روي ٢٩ نمونـه پانـل ديـوار برشـي بـا عـرض وضخامت اجزاي قاب و فواصل پيچهاي مختلف مقايسه و تطبيـقداده مي شـود. پـس از اطمينـان از صـحت مدلـسازي، مطالعـهاي پارامتريك براي بررسي تأثير خصوصيات قاب و پوشش بـر رويمقاومت و تغييرمكان پانلهاي ديوار برشي صورت ميگيرد.

٢- تحليل عددي
الف) مقطع بدون سوراخ ب) مقطع سوراخ دار

X

Z

Y

X

Z

Y

شكل١- مدل اجزاي محدود ستونك و اجزايبندي آن
رفتار جانبي پانل ديوار برشي متأثر از عملكرد قاب فولادي،رفتار برشي پوشش و نحوه اتصال اين دو هست. در اين فـصل،ابتدا مدلسازي اعضاي قاب فولادي را مورد بررسي قـرار داده وسپس به رفتار جانبي پانل كامل پرداخته ميشود.

٢-١- مدلسازي ستونكها
مقاومت ستونكها از عوامل مؤثر در تعيين مقاومـت و تغييـر مكان جانبي پانلهاي ديوار برشي است، به گونه اي كـه كمـانشستونكها مي تواند مود گسيختگي غالب باشد. در ضمن ستونكهابه عنوان تكيه گـاهي بـراي پانلهـاي ديـوار برشـيانـد كـه بايـدنيروهاي جانبي تحمل شده توسط پانل را با توجه به اتـصالاتموجود به صورت نيـروي محـوري تحمـل كننـد. مـوارد فـوقاهميت ستونكها را بيش از پيش بيان ميكنـد . از طرفـي تيركهـاوظيفه انتقال بارهاي قائم و جانبي را بر عهـده دارنـد. بنـابراينلازم است ستونكها و تيركها را به درستي مدل كرد.
در نرمافزارANSYS براي مدلسـازي سـتونكها از اجـزايSHELL 181 و در ستونكهايي كه از تركيب دو مقطـع حاصـلشده اند، براي مدل سازي پيچهاي اتـصال دهنـده آن دو از روش كوپلينگ١ استفاده شده است. مقطع ستونك در فضاي دوبعـديايجـاد شـده و سـپس در بعـد سـوم گـسترش داده مـي شـود، شكل (١- الف).
جدول١ – مشخصات مقطع و مصالح ستونكها
تنش تسليم، Fy
(MPa) ضريب
پواسون مدول
الاستيسيته، E
(MPa) عمق سختكننده لبه اي، df
(mm) شعاع خم داخلي، R
(mm) عمق مقطع، D
(mm) عرض بال، bf
(mm) ضخامت، t
(mm)
٣٨٨/٠٤ ٠/٣ ٢٠٣٠٠٠ ٩/٥٣ ٤/٩٨ ١٥٢/٤ ٤١/٢٨ ١/٣٧٢

t

X

Z

Y



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید