رفتار جانبی دیوارهای برشی فولادی سرد نورد با پوشش ورق فولادی به روش اجزاء محدود

نویسندگان

دانشگاه یاسوج

چکیده

دیوارهای برشی فولادی ساخته شده با استفاده از قاب‌های فولادی سرد نورد شده و ورق پوشش فولادی یکی از سیستم‌های مقاوم در مقابل نیروهای جانبی، در ساختمان‌های مسکونی و تجاری کم ارتفاع می‌باشد. در حال حاضر، آیین‌نامه‌های طراحی از جمله دستورالعمل طراحی جانبی AISI، مقاومت برشی اسمی را برای دامنه محدودی از ساختارهای مختلف دیوار برشی، بر حسب ضخامت ورق پوشش و نسبت ابعاد دیوار ارائه می‌دهند. با توجه به رشد روز افزون ساخت سازه‌های فولادی سبک و رویکرد صنعتی سازی در ساخت، نیاز به داشتن مقاومت برشی دیوارها، برای طیف وسیعی از ابعاد و مشخصات دیوار، بیش از پیش احساس می‌شود. در این مطالعه، پانل‌های دیوار برشی با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود آباکوس تحلیل شده و روشی برای مدل سازی پیچ‌های اتصال ورق پوشش به قاب ارائه می‌گردد، که امکان شبیه سازی خرابی در محل اتصالات و تغییر مکان‌های ناشی از آن را فراهم می‌نماید. از داده‌های آزمایشگاهی موجود برای راست نمایی پارامترهای مدل سازی استفاده شده است و پس از تایید کارایی مدل اجزاء محدود، تأثیر پارامترهای مختلف دیوار برشی از جمله ارتفاع قاب، تنش تسلیم مصالح دیوار، ضخامت ورق پوشش، ضخامت اعضای قاب و نحوه اتصال ورق پوشش به قاب بر رفتار جانبی دیوار مورد ارزیابی قرار گرفته است. در آخر نیز با ارزیابی نوع خرابی‌ها، روش‌هایی برای بهبود عملکرد جانبی این نوع دیوارها، ارائه گردیده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Lateral behavior of cold-formed steel framed shear walls with steel sheet sheathing using FE method

نویسندگان [English]

  • Shahabedin Hatami
  • morteza gholikhani
چکیده [English]

The cold-formed steel stud framed shear wall using steel sheet sheathing is a lateral force resisting system for residential and low-rise commercial buildings. The current design specifications such as AISI Lateral Design 2007 Edition provides nominal shear strength for a limited range of sheet steel sheathed CFS shear wall configurations in terms of the sheathing thickness and the wall aspect ratio (height divided by width). Considering the ever increasing construction of buildings with cold formed steel and industrialization of the construction process, a need for shear strength of wall for wide range of wall geometrical dimensions seems to be inevitable. In this study, shear wall panels have been analyzed using the finite element method and the ABAQUS software and a method for modeling the screw connection of steel sheathing to frame has been presented so that the simulation of possible damage in connection locations resulting in displacements will be possible. Available experimental data has been used for validation of the model. After verification of finite element model, the effect of the various parameters of shear wall including height of wall, yield stress properties, frame member and sheeting thickness, and the method of connecting frame to the steel sheathing on the lateral behavior of wall was evaluated. At the end, some methods have been presented for increasing the lateral strength of these types of shear walls.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cold formed steel
  • light structures frame
  • nonlinear analyze
  • steel shear wall
  • finite element method
 

1. AISI (2007), Standard for cold-formed steel framing Lateral design, 2007 edition, Washington (DC): American Iron and Steel Institute.

2. Gad E.F., Duffield C.F., Hutchinson G.L., Mansell D.S., Stark G. (1999), Lateral performance of cold-formed steel-framed domestic structures. Engineering Structures, Vol.21, pp. 83–95.

3. Fulop L.A., Dubina D. (2004), Performance of wall-stud cold-formed shear panels under monotonic and cyclic loading, Part I: experimental research, Thin- Walled Structures, Vol. 42, pp. 321–338.

4. Tian Y.S., Wang J., Lu T.J. (2004), Racking strength and stiffness of cold-formed steel wall frames, Journal of Constructional Steel Research, Vol. 60, pp. 1069–1093.

5. Serrette R., Ogunfunmi K. (1996), Shear resistance of gypsum-sheathed light-gauge steel stud walls, Journal of Structural Engineering, Vol. 122, pp. 383–389.

6. Kim T.W., Wilcoski J., Foutch D.A., Lee M.S. (2006), Shaketable tests of a cold-formed steel shear panel, Engineering Structures,Vol. 28, pp. 1462–1470.

7. Al-Kharat M., Rogers C.A. ( 2007),  Inelastic performance of cold-formed steel strap braced walls, Journal of Constructional Steel Research,Vol. 63, pp. 460–474.

8. Hatami S., Ronagh H.R, Azhari M. (2008), Behaviour of thin strap-braced cold-formed frames under cyclic loads, Fifth International Conference on Thin-Walled Structures, Brisbane, Australia, 18-20 June.

9. Zeynalian H., Ronagh H.R. (2012), An experimental investigation on the lateral behaviour of knee-braced cold-formed steel shear walls, Thin Walled Structures, Vol. 51, pp. 64–75.

10. فرحبد ف.، حکیمی فرد، ف. (1389)، مدل سازی اجزای محدود و تحلیل غیر خطی دیوارهای سبک فولادی سرد نورد مهاربندی شده تحت بارهای جانبی یکنواخت و سیکلیک، فصلنامه مهندسی ساختمان و علوم مسکن ، سال هشتم، شماره 16، ص. 33.

11. حاتمی ش.، رحمانی، ح. (1390)، تعیین مقاومت و تغییر مکان جانبی پانل‌های دیوار برشی در سازه های فولادی سرد نورد شده، روشهای عددی در مهندسی، سال 30، شماره 2، 57-73.

12. گرامی م.، لطفی، م. (1391)، آنالیز المان محدود غیر خطی ساده شده ای برای سازه های فولادی سرد نورد شده با دیوار برشی، سومین کنفرانس ملی سازه و فولاد و اولین کنفرانس ملی سازه های سبک فولادی، تهران، 4 و 5 دی ماه.

13. Serrette R.L., Nguyen H., Hall G. (1996), Shear wall values for light weight steel framing, Report No. LGSRG-3-96, Santa Clara University.

14. Serrette R.L. (1997), Additional shear wall values for light weight steel framing, Report No. LGSRG-1-97, Santa Clara University.

15. Serrette R.L. (2002), Performance of cold-formed steel-framed shear walls: alternative configurations, Final Report: LGSRG-06-02, Santa Clara University.

16. Yu C. (2007), Steel Sheet Sheathing Options for Cold-Formed Steel Framed Shear Wall Assemblies Providing Shear Resistance, Report No. UNT-G76234, University of North Texas.

17. Yu C., Chen Y. (2009), Steel Sheet Sheathing Options for Cold-Formed Steel Framed Shear Wall Assemblies Providing Shear Resistance – Phase 2, Report No. UNT-G70752, University of North Texas.

18. Yu C.( 2008), Shear resistance of cold-formed steel framed shear wall assemblies with 0.027, 0.030, 0.033-inch sheet steel sheathing, Journal of Engineering Structures, Vol. 32, pp. 1522-1529.

19. Yu C., Chen Y. ( 2010), Detailing recommendations for 1.83 m wide cold formed steel shear walls with steel sheathing, Journal of Constructional Steel Research, Vol. 67, pp. 93-101.

20. SSMA (2001), SSMA Product technical information ICBO ER-4943P. Glen Ellyn (IL): Steel Stud Manufacturers Association.

21. ASTM A1003 (2008), Standard specification for sheet steel, carbon, metallic and non-metallic coating for cold-formed framing members.

22. Yu C. ( 2010), Distortional Buckling of Cold-Formed Steel Shear Wall Studs under Uplift Force, Journal Of Structural Engineering,  ASCE, Vol. 136,  pp. 317-323 

23. SIMPSON, S/HDS & S/HDB Holdowns (2013), retrieved from http://www.strongtie.com/products/cfs /s_hds-s_hdb.asp

24. Schafer B.W., Pekoz T. (1998), Computational modeling of cold-formed steel: characterizing geometric imperfections and residual stresses, Journal of Constructional Steel Rese,arch, Vol. 47,pp. 193–210.

25. AISI (2007), North American Specification for the Design of Cold-Formed Steel Structural Members. American Iron and Steel Institute, Washington DC.

26. نشریه شماره 612 (1391)، آیین نامه طراحی و اجرای سازه‌های فولادی سردنورد (بخش سازه)، مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی.

[27] AISC (2005), ANSI/AISC360-05: Specification for Structural Steel Bulding, American Institute of Steel Construction, Chicago, USA.

28. RCSC (2004). Specifications for Structural Joints Using ASTM A325 or A490 Bolts. ] Research Council on Structural Connections.

29. AASHTO (2005). AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, 3rd edition, American Association of State Highway and Transportation officials, Washington, DC.