عنوان پایان‌نامه
مطالعه عددی آزمایشگاهی رفتار لرزه ای دیوارهای برشی سرد نورد شده فولادی
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران - مهندسی زلزله
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 2158;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 72327
- تاریخ دفاع
- ۰۸ شهریور ۱۳۹۴
- دانشجو
- سعید محبی
- استاد راهنما
- سیدرسول میرقادری
- چکیده
- سیستم دیوارهای سرد نورد شده فولادی با پوشش ورق فولادی یکی از سیستم¬های باربر جانبی مورد قبول آئین¬نامه¬های طراحی سازه می¬باشد. در این تحقیق به موضوع "رفتار لرزه¬ای دیوارهای برشی سرد نورد شده فولادی" پرداخته شده است. در بخش اول اثر کاربرد پوشش ورق فولادی در یک وجه و هر دو وجه دیوارهای برشی سرد نورده شده فولادی به صورت آزمایشگاهی مورد مطالعه قرار گرفت. دو مود خرابی مشخص در نمونه¬ها مشاهده شد که قابل انتظار بود: خرابی ناحیه اتصال ورق فولادی به قابل دیوار و کمانش وادارهای مرزی. استفاده از پوشش¬ها در هر دو وجه دیوار منجر به افزایش 63 درصدی مقاومت جانبی و 115 درصدی سختی الاستیک جانبی در مقایسه با نمونه¬های با پوشش در یک وجه گردید. در نمونه¬های دارای مود خرابی اتصال ورق فولادی به قاب دیوار، مکانیزم لهیدگی ناحیه اتصال منجر به ظرفیت بیشتر استهلاک انرژی در مقایسه با نمونه¬های دارای مود خرابی وادار مرزی گردید. استفاده از پوشش ورق فولادی در هر دو وجه منجر به افزایش ظرفیت جذب انرژی تا حدود 70 درصد بیشتر از حالت استفاده از پوشش فقط در یک وجه دیوار گردید. در مورد طراحی دیوارهای دارای پوشش ورق فولادی بر اساس نتایج بدست آمده، روش ساده مدلسازی پیشنهاد شده در این تحقیق، استفاده از مفهوم نوارهای مورب دارای مفصل پلاستیک محوری در وسط نوارها که نماینده خرابی اتصال ورق فولادی به قاب دیوار بودند، به خوبی برای طراحی اولیه این دیوارها قابل استفاده هستند. در بخش دوم تحقیق اثر پوشش¬های غیرسازه¬ای بر روی عملکرد دیوارهای برشی سرد نورد شده دارای پوشش ورق فولادی مورد مطالعه آزمایشگاهی قرار گرفت. استفاده از پوشش تخته گچی در یک و دو وجه دیوارها به ترتیب منجر به افزایش 18 و 45 درصدی مقاومت جانبی و همچنین 20 و 34 درصدی سختی جانبی در مقایسه با نمونه شاهد (بدون پوشش غیرسازه¬ای) گردید. استفاده از پوشش تخته سیمانی در یک و دو وجه به ترتیب منجر به افزایش 31 و 80 درصدی مقاومت جانبی و 32 و 67 درصدی سختی جانبی در مقایسه با نمونه شاهد گردید. استفاده از پوشش تخته سیمانی بر روی ورق فولادی و پوشش تخته گچی در وجه مقابل، افزایش 64 درصدی مقاومت جانبی و افزایش 36 درصدی سختی جانبی را نتیجه داد. در مقایسه با نمونه شاهد، اضافه شدن پوشش گچی منجر به افزایش ضریب شکل¬پذیری تا 33 درصد گردید، در حالی که اضافه شدن پوشش تخته سیمانی اثر قابل توجهی بر روی شکل¬پذیری نداشت. این بخش از تحقیق نشان داد که پتانسیل استفاده مؤثرتر از مقاومت جانبی ناشی از پوشش¬های غیرسازه¬ای در طراحی سیستم¬های باربر جانبی در دیوارهای سرد نورد شده وجود دارد؛ به شرط اینکه اثر کلیه پوشش¬ها در طراحی ظرفیتی اجزای دیوار از جمله وادارهای مرزی لحاظ گردد. در بخش سوم تحقیق، تحلیل¬های اجزای محدود برای بررسی اثر پارامترهایی چون تغییر در ضخامت اعضای قاب یا پوشش فولادی، تغییر در فاصله بین پیچ‌های خودکار پیرامونی و یک‌طرفه یا دو‌طرفه شدن پوشش فولادی بر شکل‌پذیری، سختی و مقاومت جانبی دیوارهای سرد‌نورد شده با پوشش فولادی صورت گرفت. بر اساس نتایج، با افزایش ضخامت پوشش فولادی یا اعضای قاب مد خرابی این سیستم‌ها در یک نسبت ابعادی ثابت تغییر می‌کند. مدهای گسیختگی مشاهده شده به صورت کمانش وادار فشاری و یا باز اتصال شدن پوشش ورق فولادی به قاب دیوار می‌باشد. با افزایش ضخامت پوشش فولادی یا اعضای قاب مقادیر مقاومت برشی افزایش می‌یابد. در مد خرابی باز شدن پوشش فولادی با حفظ این مد خرابی و افزایش ضخامت اجزا، مقادیر مقاومت نهایی جانبی و دریفت مربوطه افزایش می‌یابد. با کاهش فاصله پیچ‌های خودکار مقاومت برشی دیوار افزایش می‌یابد و هر چه این فواصل بسیار کم‌تر یا بیشتر باشد تاثیر خود را بیشتر نشان می‌دهد. مقادیر کمی تغییرات مقاومت، سختی، استهلاک انرژی و شکل¬پذیری بر اساس مطالعات پارامتریک در فصل ششم ارائه گردیده است.
- Abstract
- Steel sheathed cold-formed steel shear wall system is one of the accepted lateral load bearing systems in design codes. In this research “seismic behavior of cold-formed steel shear wall” is studied. In first part of research, the effect of steel sheet sheathing in one side and both sides of cold-formed steel shear walls, was studied experimentally. Two dominate failure mode was observed: failure in sheet to frame connection and chord studs buckling. Use of steel sheathing in both sides of wall resulted in 63 % increase in lateral resistance and 115 % increase in lateral linear stiffness, in comparison to one sided walls. In specimens with steel sheet to frame connection failure mode, bearing mechanism in connection zone resulted in more energy dissipation capacity in comparison to those with chord stud failure mode. Use of steel sheet sheathing in both side resulted in 70 % more energy dissipation capacity in comparison with one sided walls. Simple design method that proposed in this research was capable for prediction of nominal resistance of wall. Diagonal strip with axial hinge in middle of strips that was modeled failure of sheet to frame connection was employed in this method. In second part effect of non-structural cladding on steel sheathed cold-formed steel shear walls was studied experimentally. Gypsum board adding in one side and both sides of the walls, resulted in 18 and 45 % strength increase and 20 and 34% lateral stiffness increase, respectively in comparison with wall that has no cladding. Fiber Cement board adding in one side and both sides of the walls, resulted in 31 and 80 % strength increase and 32 and 67% lateral stiffness increase, respectively in comparison with wall that has no cladding. Adding fiber cement board on steel sheathing on one side and gypsum board on other side, resulted in 64 % increase in lateral strength and 36 % increase in lateral stiffness. In comparison with wall that has no cladding, gypsum board cladding enhances ductility up to 33 % and fiber cement board has not effect on ductility. This part of research showed that there is effective potential of using non-structural cladding strength in design of lateral load bearing systems. In capacity based design method, strength enhancement should be concerned. In third part of the research, parametric finite element analysis was conducted. Results showed that steel sheathing thickness increase changed failure mode of walls. Chord stud buckling and failure of steel sheet to frame connection was observed. By decreasing of screw connection distances, lateral strength and stiffness of the wall were improved.
