۲۳۰۲۷پ
per
بررسی آزمایشگاهی رفتار دیوار برشی فولادی کمانش تاب
Experimental investigation on the behavior of buckling-restrained SPSWs
/هادی ولیزاده
: عمران
، ۱۳۹۹
، میرزائی
۱۵۵ص
چاپی - الکترونیکی
دکتری
عمران - سازه
۱۳۹۹/۰۵/۱۴
تبریز
طراحی دیوارهای برشی فولادی متعارف مطابق ضوابط آیین‌صنامه، یک سیستم سازه‌صای با ورق‌صمیانی نازک را نتیجه می‌صدهد .کمانش الاستیک ورق نازک تحت بارهای چرخه‌صای کوچک، موجب تشدید جمع‌صشدگی در منحنی هیسترزیس و به طبع آن افت شدید ظرفیت اتلاف انرژی سازه می‌صگردد .از سوی دیگر، ضخامت ورق‌صمیانی اغلب با توجه به شرایط نصب و جوشکاری، بیش از نیازصهای مقاومتی طراحی می‌صباشد .این موضوع، موجب افزایش نیروی منتقل‌صشده به المانهای‌صمرزی و افزایش ابعاد مقاطع می‌صگردد .بنابراین روش طراحی دیوار برشی فولادی متعارف یک سیستم با ورق جان نازک و المانهای مرزی قوی را نتیجه می‌صدهد که اقتصادی نخواهد بود .از این رو در تحقیقات گذشته راهکارهای مختلفی از جمله بکاربردن ورقهای با تنش تسلیم پائین، ورقهای دارای بازشو و ورقهای شکافدار جهت تضعیف ورق‌صمیانی و کاهش سختی مورد نیاز المانهای مرزی پیشنهاد شده است .از سوی دیگر در دیوارهای برشی فولادی متعارف تنها پارامتر قابل‌صکنترل مربوط به ورق جان، ضریب لاغری ورق می‌صباشد، که هردو پارامتر سختی و مقاومت سیستم را بصورت وابسته به‌ص هم کنترل می‌صکند .درصورتیکه، داشتن پارامترهای اولیه طراحی بیشتر جهت کنترل سختی و مقاومت، برای یک سیستم سازه-ای نقطه قوت محسوب می‌صگردد .در رساله پیش رو، در گام نخست رفتار دیوار برشی فولادی با سوراخهای محیطی بصورت آزمایشگاهی و عددی بررسی شد .سپس یک مدل تحلیلی برای تخمین مقاومت برشی پانلها با بازشوصهای گرد محیطی بر اساس مدل نواری پیشنهاد شد .برای بررسی عملکرد سیستم، دو نمونه آزمایشگاهی با مقیاس ۱ به ۳ تهیه و تحت بارگذاری چرخه‌صای قرار گرفت .نمونه اول، دیوار برشی فولادی متعارف۱)- (SPSW، و نمونه دوم۲) - (SPSWبا ۸ عدد بازشوهای دایره‌صای در هرضلع تهیه شد .در ادامه با صحت‌صسنجی تحلیل اجزاء محدود، یک‌صسری مدلهای عددی با قطر بازشوهای۶۰ ، ۸۰ و ۱۰۰ میلیمتر و با تعداد سوراخ ۳ الی ۸ عدد در هر ضلع ورق میانی و دو ضخامت ورق ۸/۰ و ۱ میلیمتر مدلسازی و تحلیل شد .مقایسه نسبت Vop/V بدست آمده از نتایج آزمایشگاهی و تحلیل اجزاء محدود نمونه‌صها با نتایج معادله پیشنهادی، دقت قابل‌صقبول روش تحلیلی را نشان داد .در گام بعدی، تیپ نوآورانه‌صصای تحت عنوان دیوار برشی فولادی لینک پروانه‌صای شکل (BLSPSW) بعنوان سیستم باربرجانبی پیشنهاد شد .دراین سیستم با ایجاد لینک‌صهای پروانه‌صای شکل محیطی در چهار ضلع ورق جان، مکانیزم باربری جانبی توسعه میدان کشش قطری در ورق جان) مشابه دیوار برشی فولادی متعارف (نبوده، بلکه ظرفیت سیستم با مقاومت برشی لینک‌صها تعیین می‌صگردد .بنابراین، پارامترهای هندسی لینک بعنوان ورودی‌صهای اولیه طراحی در پیشبینی و کنترل سختی و مقاومت سیستم اثرگذار می‌صباشند .برای بررسی رفتار سیستم پیشنهادی، چهار نمونه آزمایشگاهی تهیه و بارگذاری شد .نمونه‌صهای آزمایشگاهی با توجه به ارتفاع لینک۸۰ ، ۱۰۰ و ۱۳۰ میلیمترو نیز شکل پروانه‌صای یا مستقیم لینک،BL ۸۰ ،BL ۱۰۰ ، SL ۱۰۰ و BL ۱۳۰ نامیده شدند .همچنین نمونه‌صها با توجه به هندسه لینک به دو دسته دیوار برشی فولادی لینک پروانه‌صای شکل با رفتار کنترل شده با تسلیم برشی (BL ۸۰و BL ۱۰۰) و کنترل‌صشده با تسلیم خمشی (BL ۱۳۰و SL ۱۰۰) تقسیم شدند .نتایج آزمایشگاهی نشان‌صدهنده قابلیت کنترل سختی و مقاومت نمونه‌صهای پیشنهادی با کنترل هندسه لینک، شکل‌صپذیری مطلوب، استهلاک انرژی بالا بویژه شروع استهلاک انرژی قابل‌صتوجه در تغییرمکانهای نسبی کوچک و نیز میرایی بیشتر در چرخه‌صهای هیسترزیس، نسبت به نمونهSPSW - ۱بود .همچنین فرمولبندی مقاومت برشی لینکهای پروانه‌صای شکل برای تعیین ظرفیت سیستم پیشنهادی بکار رفت و با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شد .در انتها با توسعه مطالعات عددی، مهارکننده‌صهای فولادی جهت کنترل کمانش لینک‌صها و ورق میانی و افزایش قابل‌صتوجه ظرفیت استهلاک انرژی نمونه‌صها بکاررفته و دیوارهای برشی فولادی لینک پروانه‌صای کمانش تاب معرفی شد
Designing of the conventional steel plate shear wall (SPSW), considering the code provisions, causes a structural system with a thin web plate. Elastic buckling of this thin plate is the leading cause of pinching intensification and the drop of energy dissipation capacity of steel plate shear walls. On the other hand, the thickness of the web plate is often determined based on the factors other than resistance control, such as installation, implementation, and welding conditions. This issue usually results in a thicker web plate that increases the force transmission to the boundary elements and the required section size. So, the conventional SPSW design method produces a system with a thin web plate and strong boundary elements that are not economical. Therefore, previous studies have suggested various forms of SPSWs with adjusted web plate to reduce the transitional forces to the boundary elements, including perforated SPSWs, low yield point SPSWs, SPSWs with slits, and semi-supported SPSWs. In the conventional SPSWs, the slenderness factor is the only important parameter of the web plate, which affects on stiffness and strength of SPSW in a way that they reflect on each other dependently. Having more initial design parameters for controlling stiffness and strength is considered a strong point of the structural system. In this dissertation, at first, the behavior of the steel plate shear walls with peripheral perforated web plate was investigated experimentally and numerically. Two samples with a 1:3 scale were constructed. The first specimen was considered a conventional SPSW with a solid web plate, and the second consisted of eight circular holes with a diameter of 80 mm on each side. Both samples were experimentally tested using a cyclic loading protocol, and the test results were compared. Then, with verification of numerical modeling, a series of specimens were analyzed using a geometric and material nonlinear finite element model with 60, 80, and 100 mm hole diameter, 0.8 and 1 mm web plate thickness, and the various number of holes per side of the web plate. An analytical equation was then proposed to estimate the shear strength of the SPSW with peripheral circular holes as a percentage of solid web plate based on the strip model. Comparing the strength reduction factor of the experimental and numerical modeling with the results of the proposed equation showed acceptable accuracy of the analytical model. In the next step, an innovative type called "butterfly-shaped links steel plate shear wall (BLSPSW)" was proposed as a lateral load resisting system. In this novel system, by creating butterfly-shaped links in the four sides of the web plate, the lateral load resisting mechanism was not the development of a diagonal tension field on the web plate (similar to Conventional SPSWs). However, the capacity of the system was determined by the shear strength of the links. Therefore, the link's geometric parameters as initial design inputs affected predicting and controlling the stiffness and strength of the BLSPSW. To fulfill this aim, four experimental specimens with different geometric parameters containing the taper, slenderness, and width ratios were constructed. The samples were loaded by using the cyclic loading protocol to investigate the behavior of the system. The experimental results confirmed that the link dominant limit state controls the stiffness, strength, and ductility of the specimens. The butterfly-shaped link geometry with the dominant shear limit state resulted in higher stiffness and strength. The link geometry with a dominant flexural limit state showed more ductility. Besides, the hysteresis diagram of specimens showed the optimal ductility and high energy dissipation even at low drifts. Then, by numerical modeling verification, Butterfly-shaped Links SPSW with the restrained web plate was intended to improve the cyclic behavior. The principal purpose of the numerical study was to investigate the restrainer's impact on the energy dissipation capacity of the samples. The results showed that the out-of-plane instability was reduced, the pinching phenomena eliminated, and the dissipated energy of the specimens was increased considerably by the web plate restraining
Experimental investigation on the behavior of buckling-restrained SPSWs
ولیزاده، هادی
Valizadeh, Hadi
ولادی، هدایت، استاد راهنما
فرهمندآذر، بهمن، استاد راهنما
شیدایی، محمدرضا، استاد مشاور
سیاه و سفید
نمایه‌سازی قبلی
