ارزیابی رفتار دیوارهای برشی مرکب (مطالعات پارامتریک)

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، دانشکده‌ فنی مهندسی، دانشگاه علم و فرهنگ، تهران، ایران

2 کارشناسی ارشد مهندسی سازه، دانشکده‌ فنی مهندسی، دانشگاه علم و فرهنگ، تهران، ایران

3 دانشجوی دکتری مهندسی سازه، دانشکده‌ فنی مهندسی، دانشگاه علم و فرهنگ، تهران، ایران

چکیده

نسل جدید سیستم‌های مقاوم در برابر بارهای جانبی، دیوارهای ‌برشی مرکب است که شامل یک لایه ورق فولادی نازک به همراه پوششی از بتن آرمه در یک یا دو طرف ورق فولادی می‌باشد. دیوار­­ برشی مرکب هم در سازه‌های نوساز و هم برای تقویت سازه‌های موجود در جهان، به خصوص کشورهای زلزله‌خیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. علیرغم رفتار مناسب و مزایای آن استفاده از دیوار برشی مرکب هنوز به صورت گسترده در جهان رواج نیافته است که دلیل عمده آن عدم وجود تحقیقات کافی در این زمینه می‌باشد. با این وجود، مقاومت بالا، شکل پذیری عالی و ظرفیت اتلاف انرژی بیشتر این سیستم در کنار اقتصادیتر بودن آن در مقایسه با سایر سیستمهای موجود به اثبات رسیده است. در این تحقیق برای اتصال پوشش بتنی به ورق فولادی از برشگیر ناودانی استفاده شده و اثر تغییر فواصل بین برشگیرها و نحوه‌ی قرارگیری آنها بر رفتار دیوارهای برشی مرکب مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین سختی برشی، شکل‌پذیری، تغییر شکل خارج از صفحه و استهلاک انرژی بررسی شده است. نتایج حاصل از تحلیل‌ها حاکی از آن است که افزایش فاصله‌ی بین برشگیرها باعث کاهش سختی و افزایش تغییر شکل جانبی دیوار تا هشتاد درصد شده و تغییر شکل‌های خارج صفحه ورق فولادی تا سه برابر کاهش می یابد

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of composite shear walls behavior (parametric study)

نویسندگان [English]

  • Ali Nikkhoo 1
  • Mehdi Ranjbargol 2
  • Rahman Jafari 3
1 Associate Professor, Department of Engineering, University of Science and Culture, Tehran, Iran
2 MSc in Structural Engineering, University of Science and Culture, Tehran, Iran
3 PhD student in Structural Engineering, University of Science and Culture, Tehran, Iran
چکیده [English]

Composite shear walls which are made of a layer of steel plate with a concrete cover in one or both sides of the steel plate, are counted as the third generation of the shear walls. Nowadays, composite shear walls are widely utilized in building new resisting structures as well as rehabilitating of the existing structures in earthquake-prone countries. Despite of its advantages, use of the composite shear walls is not yet prevalent as it demands more detailed appropriate investigation. Serving higher strength, flexibility and better energy absorption, while being more economical are the main advantages of this system which has paved its path to be used in high-rise buildings, structural retrofit and reservoir tanks. In this research, channel shear connectors are utilized to connect the concrete cover to the steel plate. As a key parameter, variation in the distance of shear connectors and their arrangement on the behavior of composite shear walls has been scrutinized. In addition, the shear stiffness, flexibility, out of plane displacement and the energy absorption of the structural system has been explored. For this purpose, several structural models with different shear distances and arrangements have been investigated. The obtained results reveal that with increase in shear connectors’ distance, the wall stiffness would reduce while its lateral displacement increases up to eighty percent While the out of plane displacement of the steel plate will reduce up to three times.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Composite Shear Wall
  • Shear Connector
  • Finite element method
  • Nonlinear static analysis
  • Parametric Studies

[1]      Astaneh-Asl A., Zhao Q., (2002) “Cyclic Behavior of Traditional and an Innovative Composite Shear Wall” Report No.  UCB-Steel-o1/2002, Department of Civil and Env. Engineering, University of California, Berkeley.

[2]      Rahai A., Hatami  F.,  (2009),  “Evaluation  of  composite  shear  wall  Behavior  under  cyclic  loadings”,  Journal of Constructional Steel Research. Vol. 65. Pp.1528-1537.

[3]      Driver, R.G., Kulak, G. L., Kennedy, D.J.L. and Elwi, A.E. (1998); Cyclic tests of four-story steel plate shear wall;  J. of Structural Eng., ASCE, Vol. 124, No. 2, Feb., pp. 112-120.

[4]      Kulak, G. L., Fisher, J. W., and Struik, J. H. A. (1987); Guide to Design Criteria for Bolted and Riveted Joints, John Wiley and Sons, New York.

[5]      Kulak, G.L. (1991); Unstiffened steel plate shears walls, Applied Science Publications, London, pp. 237-276.

[6]      Timler, P.A. and Kulak, G.L., (1983); Experimental Study of Steel Plate Shear Walls, Structural Eng. Report No. 114, Dep. of Civil Eng., University of Alberta, Edmonton, AB.

[7]      Nakashima, M., Akawaza, T., Tsuji, B. (1995); Strain-Hardening Behavior of Shear Panels Made of Low-Yield Steel. II: Model, J. of Structural Eng., ASCE, 121(12), pp. 1750-1757.

[8]      Driver RG, Abbas HH, Sause R. Local buckling of grouted and ungrouted internally stiffened double-plate HPS webs. Journal of Constructional Steel Research 2002;58:881_906.

[9]      De Matteis G, Landolfo R, Mazzolani FM. Seismic Response of MR steel frames with low-yield steel shear panels. Journal of Engineering Structures 2003; 25(2):155_68.

[10]   Bruneau M, Bhagwagar T. Seismic retrofit of flexible steel frames using thin infill panels. Journal of Engineering Structures 2002;24(4):443_53.

[11]   Berman JW, Bruneau M. Steel plate shear walls are not plate girders. AISC Engineering Journal, Third quarter-95 2004.

[12]   Ryu HK, Chang SP, Kim YJ, Kim BS. Crack control of a steel and concrete composite plate girder with prefabricated slabs under hogging moments. Engineering Structures 2005;(27):1613_24.

[13]   Alinia MM. A study into optimization of stiffeners in plates subjected to in-plane shear loads. Thin-Walled Structures 2005;43(4):845_60.

[14]   Alinia MM, Dastfan M. Behaviour of thin steel plate shear walls regarding Frame members. Journal of Constructional Steel Research 2006;62:730_8.

[15]   Wenwu Lan., Jiaxing Ma, Bing Li., (2015) “Seismic performance of steel–concrete composite structural walls with internal bracings”, Journal of Constructional Steel Research. Vol. 110. pp.76-89.

[16]   Kai Z., Amit H., Sanjeev R., Stewart G., (2014), “Effect of shear connectors on local buckling and composite action in steel concrete composite walls”, Journal of Constructional Steel Research., Vol. 269, pp.231-239.

[17]   Kanchi, M., 1996. Experimental study on a concrete filled steel structure Part.2 Compressive Tests (1). In: Summary of Technical Papers of Annual Meeting, Architectural Institute of Japan, Structures, pp. 1071–1072.