بررسی کفایت آئین نامه ها برای طراحی لرزه ای دیوارهای برشی ورق فولادی با متغیرهای هندسی و فیزیکی

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه سمنان

2 مهندسین مشاورایمن مقاوم صدرا

چکیده

دیوارهای برشی ورق فولادی در سه دهه اخیر به عنوان یک سیستم مقاوم در برابر بارهای جانبی (سیستم باربر جانبی) در ساختمان‏های مختلف بخصوص در ساختمان‏های بلند مورد استفاده قرار گرفته‏اند. این سیستم دارای سختی مناسب برای کنترل تغییر شکل سازه و همچنین دارای مکانیزم شکست شکل پذیر و اتلاف انرژی بالا می‏باشد و در ساخت ساختمان‏های جدید و همچنین تقویت ساختمان‏های موجود بخصوص در کشورهای زلزله خیز بکار گرفته شده است. به طورکلی سیستم دیوارهای برشی ورق فولادی از دیوارهای صفحه‏ای فولادی و دو ستون مرزی و تیرهای افقی کف تشکیل شده‏اند. در این تحقیق، نخست یک سیستم دیوار برشی ورق فولادی در منطقه ای با لرزه خیزی بالا برای یک ساختمان 5 طبقه با رعایت ضوابط لرزه‏ای آیین نامه AISC 341-05 طراحی شده، سپس جهت بررسی رفتار لرزه‏ای سازه و دستیابی به منحنی‏های هیسترزیس تحت بار دوره‏ای و تاثیر متغیرهای هندسی و فیزیکی بر رفتار آن با در نظر گرفتن آثار ناپایداری موضعی (کمانش) و نیز غیر خطی بودن مصالح، مدل نمونه دیوار طراحی شده و نمونه‏های مشابه آن که دارای ابعاد و مقاطع و حالات مختلفی (با بازشو، با سخت کننده) می‏باشند در برنامه اجزاء محدود ABAQUS مدل‏سازی و آنالیز شده، و نتایج حاصل ازآن مورد بحث قرار می‏گیرد. نتایج تحلیل‏ها نشان دهنده افزایش سختی، مقاومت برشی و جذب انرژی دیوار با افزایش ابعاد ستون و نیز افزایش نسبت عرض دهانه به ارتفاع می‏باشد. همچنین با افزایش تعداد طبقات مد خرابی اصلی دیوار به صورت کمانش کلی در پای ستون ظهور می‏کند، که این خود همراه با زوال مقاومت و سختی می‏باشد. از نتایج دیگر می‏توان به افزایش شکل پذیری متناظر با افزایش ابعاد باز شو و کاهش مقاومت، سختی و جذب انرژی در دیوار اشاره کرد. در خصوص دیوار های با سخت کننده نیز می‏توان از افزایش مقاومت، سختی، جذب انرژی و نیز شکل پذیری با افزایش تعداد سخت‏کننده‏ها یاد کرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

INVESTIGATION OF DESIGN CODES RELIABILITY FOR SEISMIC DESIGN OF STEEL PLATE SHEAR WALLS CONSISTING OF SEVERAL PARAMETERS

نویسندگان [English]

  • M,Kazem Sharbatdar 1
  • Mohammad Khosroabadi 2
چکیده [English]

Steel plate shear walls have been used as lateral resistant systems at several buildings particularly at high rise building during past three decades. This system contains appropriate rigidity to control displacements and also have ductile failure and high energy dissipation mechanism, so it can be used for new buildings or strengthening existing structures at seismic prone areas. Generally steel plate shear walls are consisting of steel plate walls and two boundary columns and horizontal floor beams. In this paper, initially a steel plate shear wall of a 5-floor building at high seismic area was designed according to AISC 341-05, then ABAQUS finite element program was used to investigate the seismic behavior of structure and get hysteresis curves under cyclic loading and also investigate the several parameter effects on local instability and non-linearity of material at designed typical shear wall and also the other new walls with different opens and rigidities. Numerical analysis results indicate that rigidity, shear capacity, and energy dissipation of wall were increased whenever column dimensions and length to height ratio was increased. Moreover, the main failure mode as global buckling was happened at the base of the column with increasing of the number of floors, so indicating the decreasing capacity and rigidity. And also the results showed that more open dimensions caused the higher ductility, decreasing capacity and rigidity and dissipation. The higher capacity, rigidity, energy dissipation, and ductility were observed at shear wall consisting of the more stiff nesses.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Steel Plate Shear Wall
  • Cyclic loading
  • Energy Dissipation
  • Hysteresis Curves
  • Rigidity
  • Capacity
  • ductility
1 [ سعید صبوری قمی، "سیستمهای مقاوم در برابر بارهای جانبی: مقدمه ای بر دیوارهای برشی فولادی"، انتشارات انگیزه، ایران، 1380 .
[2] J. Shishkin, R.G. Driver, G.Y. Grondin, "Analysis of Steel Plate Shear Walls Using the Modified Strip Model", Journal of Structural Engineering, Vol. 135, No. 11, 2009, pp. 1357-1366.
[3] Canadian Standard Association, CAN/CSA S16. 1-94, "Limit States Design of Steel Structures", Toronto, Ontario, 1994.
[4] AISC 341-05, "Seismic Provisions for structural steel buildings", Chicago, Illinois, 2005.
[5] A. Astanehe-asl, Q. Zhao, "Cyclic Behavior of Traditional and an Innovative Composite Shear Wall", Report No. UCB – steel- 01/2002, Department of civil Engineering, University of California, 2002.
[6] J. Berman, and M. Bruneau, "Cyclic testing of light-gauge steel plate shear walls", Fourth International conference on behavior of steel structures in seismic areas, 2003.
[7] M.H.K. Kharrazi, C.E. Ventura, H.G.L. Prion, S. Sabouri-Ghomi, "Bending and shear analysis and design of ductile steel plate shear walls", Proc. 13 th World Conf. on Earthquake Engineering, Vancouver, BC., Canada, Aug. 1- 6, Paper No. 77, 2004.
[8] P.M. Clayton, J.W. Berman, and L.N. Lowes, "Seismic Design and Performance of Self-Centering Steel Plate Shear Walls", Journal of Structural Engineering, Vol. 138, No. 1, 2012.
[9] A.K. Bhowmick, R.G. Driver, and G.Y. Grondin, "Application of Indirect Capacity Design Principles for Seismic Design of Steel-Plate Shear Walls", Journal of Structural Engineering, Vol. 137, No. 4, 2011.
[10] C. Topkaya, and C.O. Kurban, "Natural periods of steel plate shear wall systems", Journal of Constructional Steel Research, Vol. 65, No. 3, March 2009, pp. 542-551.
[11] M.H.K. Kharrazi, C.E. Ventura, H.G.L. Prion, "Analysis and design of steel plate walls: analytical model", Canadian Journal of Civil Engineering, Vol. 38, No. 1, 2010, pp. 49-59.
[12] R.G. Driver and G.Y. Grondin, "Steel Plate Shear Walls: Now Performing on the Main Stage", Modern Steel Construction, AISC, 2001.
[13] Driver, Grondin, Behbahannifard and Hussain, "Recent Developments and Future Directions in Steel Plate Shear Wall Research", North American Steel Construction Conference, May 9-12, Fort Lauderdale, Florida, 2001.
[14] B. Qu, M. Bruneau, "Design of Steel Plate Shear Walls Considering Boundary Frame Moment Resisting Action", Journal of structural Engineering, Vol. 135, No. 12, 2009.
[15] J.W. Berman, "Seismic behavior of code designed steel plate shear walls", Engineering Structures, Volume 33, No. 1, 2011, pp. 230-244.
[16] G. Yanlin, Z. Ming, D. Quanli, W. Xiaoan, "Experimental study on three types of steel plate shear walls under cyclic loading", Journal of Building Structures, Vol. 32, No. 1, 2011, pp. 17-29.
[ 17 [ مجید قلهکی، جواد ستاری، "بررسی رفتار دیوارهای برشی فولادی با ورق نازک تحت اثر مولفه های قائم و افقی زلزله"، مهندسی
عمران شریف، دوره 2 ، شماره 2 ، 1393 ، صفحه 145 - 133 .
18 [ مجید قلهکی، شاهرخ شعیبی، "طرح سیستم رفتار دیوارهای برشی فولادی بر اساس نیاز جابجایی غیر کشسان"، مهندسی عمران
شریف ، دوره 2 ، شماره 2 ، 1394 ، صفحه 70 - 61 .
[19] S.B. Kharmale, and S. Ghosh, "Seismic lateral force distribution for ductility-based design of steel plate shear walls", Journal of Earthquake and Tsunami, Vol. 6, No. 1, 2012.
[ 20 [ مجید محمدی، مجید شوندی، "بررسی اثر میانقاب مهندسی در رفتار لرزه ای سازه فولادی و مقایسه با دیوارهای برشی و میانقاب
بتنی"، مهندسی عمران شریف ، دوره 2 ، شماره 2 ، 1394 ، صفحه 52 - 37 .
[21] J.L. Thorburn, G.L. Kulak, and C.J. Montgomery,"Analysis of steel plate shear walls", Structural Engineering Report No. 107, Department of Civil Engineering, The University of Alberta Edmonton, Alberta, 1983, pp 1-167.
[22] T.M. Roberts, S. Sabouri-Ghomi, "Hysteretic characteristics of unstiffened perforated steel plate shear panels", Journal of Thin-walled Structures, Vol. 14, No. 2, 1992, 139-151.
[23] ETABS English User’s Manual.
[24] ABAQUS User’s Manual, Version 6.7.
[25] ATC, "Guidelines for Seismic Testing of Components of Steel Structures", Applied Technology Council, Report 24, 1992.
[26] FEMA-351, "Recommended seismic and upgrade criteria for existing welded steel moment-frame buildings", June 2000.