بررسی تأثیر شکل، ابعاد و موقعیت بازشو بر رفتار لرزه ای دیوار برشی فولادی متصل به تیر

نوع مقاله : یادداشت پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی قوچان، قوچان، ایران

چکیده

در دیوار برشی فولادی متعارف، ورق فولادی به همه عضوهای مرزی متصل می‌باشد، ولی در دیوار برشی فولادی متصل به تیر، ورق فولادی به ستون‌ها اتصال ندارد. جداسازی ورق فولادی از ستون‌ها، سبب کاهش لنگر خمشی در ستون‌ها می‌شود که این موضوع از گسترش رفتار غیر‌خطی در این عضوها و شکست زودهنگام آنها جلوگیری می‌کند. در این پژوهش، اثر مشخصات بازشو بر رفتار لرزه‌ای دیوار برشی فولادی متصل به تیر، با استفاده از مد‌ل‌سازی و تحلیل اجزای محدود، مورد مطالعه قرار گرفته است. نخست، مدل عددی با نتایج آزمایشگاهی موجود راستی‌آزمایی شد. سپس، اثر پارامترهای شکل، ابعاد و موقعیت بازشو و همچنین ضخامت ورق فولادی، با تحلیل مدل‌های مختلف مورد بررسی قرار گرفت. تغییر شکل بازشو از دایره به مربع، باعث افزایش مقدارهای سختی نخستین، مقاومت بیشینه و انرژی مستهلک‌شده گردید. افزایش ابعاد بازشو، باعث ایجاد انحراف در مسیر میدان کشش، از روی قطر به سمت گوشه‌های بازشو و افت عملکرد لرزه‌ای دیوار برشی فولادی شد. بحرانی‌ترین موقعیت بازشو مربوط به حالتی بود که بازشو در مرکز پانل قرار داشت؛ چنین شرایطی بیشترین اختلال را در انتقال بار از طریق عمل میدان کشش ایجاد می‌کرد. سرانجام، با استفاده از نتایج تحلیل مدل‌های مختلف، روشی برای تخمین سختی و مقاومت دیوار برشی فولادی متصل به تیر دارای بازشو، با استفاده از ضرایب کاهش سختی و مقاومت، بر مبنای مقدارهای متناظر در دیوار برشی بدون بازشو پیشنهاد گردید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation on the effect of the shape, size and location of openings on the seismic behavior of steel plate shear walls connected to frame beams only

نویسندگان [English]

  • Masoud Pourhasan shahri
  • Ali Mansouri
Department of Civil Engineering, Quchan University of Technology, Quchan, Iran
چکیده [English]

In the conventional steel plate shear walls (SPSWs), the steel plate is connected to all boundary elements, but in the steel plate shear walls connected to frame beams only (SSW-BOs) the plate is not connected to columns. The separation of the plate from the columns decreases the flexural demands of the columns and prevents the premature failure of the columns. In this paper, the effect of opening properties on the seismic behavior of SSW-BOs is studied through nonlinear finite element modeling and analysis. Based on the obtained results, initial stiffness, lateral strength and dissipated energy were higher in the specimen containing square opening compared to the one with circular opening. Moreover, increasing the opening dimension altered the tension field path from a line along the diagonal of the panel to the corners of the opening and degraded the seismic performance of SSW-BO. The most critical opening location is the central one since it disturbs the lateral load path in the panel more than any other locations. Finally, the results of numerical simulations are used to propose a simple method for estimation of the lateral stiffness and strength of SSW-BOs with openings based on the stiffness and strength reduction factors and the corresponding values of the solid SSW-BOs.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Steel plate shear wall connected to frame beam only (SSW-BO)
  • Opening
  • Tension field action
  • Stiffness
  • Strength
  • Reduction factor
[1] Sabelli, R. and Bruneau, M., (2006). AISC Design Guide 20: Steel plate shear walls. Chicago: American Institute of Steel Construction, Inc., 5-13.
[2] Sharbatdar, M. and Munesi, A. (2017). Cyclic and Push-over ductile behavior of steel shear wall strengthened with stiffeners and steel column filled with concrete. Journal of Structural and Construction Engineering, In press, doi: 10.22065/jsce.2017.80816.1124
[3] Gholhaki, M., Rezayfar, O. and ahmadnejad, F. (2018). Presentation of a new method for calculating the equivalent thickness to design stiffened steel shear walls using Plate frame interaction model. Journal of Structural and Construction Engineering, In press, doi: 10.22065/jsce.2018.109765.1404
[4] Gholhaki, M., Pachideh, G., Rezayfar, O. and ghazvini, S. (2018). Specification of Response modification factor for Steel Plate Shear Wall by Incremental Dynamic Analysis Method [IDA]. Journal of Structural and Construction Engineering, In press, doi: 10.22065/jsce.2018.100459.1346
[5] Guo, L., Rong, Q., Ma, X., and Zhang, S. (2011). Behavior of steel plate shear wall connected to frame beams only. International Journal of Steel Structures, 11(4), 467-479. doi: 10.1007/s13296-011-4006-7
[6] Ozcelik, Y., and Clayton, P. M. (2018). Seismic design and performance of SPSWs with beam-connected web plates. Journal of Constructional Steel Research, 142, 55-67. doi: 10.1016/j.jcsr.2017.12.004
[7] Ozcelik, Y., and Clayton, P. M. (2017). Strip model for steel plate shear walls with beam-connected web plates. Engineering Structures, 136, 369-379. doi: 10.1016/j.engstruct.2017.01.051
[8] Jahanpour, A., Moharrami, H. and Aghakoochak, A. (2011). Evaluation of ultimate capacity of semi-supported steel shear walls. Journal of constructional steel research, 67(6), 1022-1030. doi: 10.1016/j.jcsr.2011.01.007
[9] Jahanpour, A. and Moharrami, H. (2015). Evaluation of behavior of the secondary columns in semi-supported steel shear walls. Thin-Walled Structures, 93, 94-101. doi: 10.1016/j.tws.2015.03.015
[10] Guo, L., Rong, Q., Qu, B. and Liu, J. (2017). Testing of steel plate shear walls with composite columns and infill plates connected to beams only. Engineering Structures, 136, 165-179. doi: 10.1016/j.engstruct.2017.01.027
[11] Shekastehband, B., Azaraxsh, A. and Showkati, H. (2017). Experimental and numerical study on seismic behavior of LYS and HYS steel plate shear walls connected to frame beams only. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 17(1), 154-168. doi: 10.1016/j.acme.2016.09.006
[12] Shekastehband, B., Azaraxsh, A. A. and Showkati, H. (2018). Experimental seismic study on shear walls with fully-connected and beam-only-connected web plates. Journal of Constructional Steel Research, 141, 204-215. doi: 10.1016/j.jcsr.2017.11.013