آشنایی با سیستم دیوار برشی فولادي جهت تقویت سازه هاي بتنی

آشنایی با سیستم دیوار برشی فولادي جهت تقویت سازه هاي بتنی :

سال 1995 زلزله در   Hugoken-Nanbu4 که زلزله مهیبی بود ، باعث کشته و مجروح شدن انسانهاي زیادي شد . ساختمانهاي بسیاري آسیب جدي دیدند و ساختمانهایی که قبل از سال 1981 و مخصوصأ قبل از 1971 ساخته شده بودند ، خسارت شدیدي را متحمل گردیدند و حتی برخی از آنها فرو ریختند .

این امر نشانگراین است که آیین نامه و مقررات قدیمی براي طراحی ساختمان بنحو مناسبی نیروهاي زلزله و شکل پذیري سازه اي را در نظر نگرفته اند .

در سال 1999 زلزله در chi – chi تایوان نیز باعث زیان فراوان و تخریب بسیاري از سازه ها شد . دوباره این ساختمانهایی که قبل از سال 1983 طراحی و ساخته شده بودند ، تخریب شدند و بعد از زمین لرزه 1999 تمام مقررات و آیین نامه هاي زلزله مورد باز بینی قرار گرفته و همه مقررات قبلی لغو شدند . ضرایب لرزه اي منطقه اي در هرناحیه تایوان تولید و ایجاد گردید . براي مثال شتاب زمین لرزه در منطقه Taichung از 0.23 g به 0.33 g افزایش یافت.

در نتیجه تقریبا همه ساختمانها در Taichung مطابق با مقررات طراحی جدید احتیاج به مقاوم سازي پیدا کردند .

. هدف این پروژه افزایش و بهبود بخشیدن مقاومت لرزه اي ساختمانهاي بتن مسلح می باشد . این پروژه شامل سه زیرمجموعه است که شامل :

پیدا کردن و پی بردن به میزان کمبود مقاومت لرزه اي ساختمانهاي بتن آرمه موجود بر اساس آیین نامه جدید

مساله نیروهاي وارد بر سازه کناري و همجوار بعلت تغییر مکانهاي بیش از اندازه جانبی آنها

تحقیق در مورد دو روش براي جذب انرژي توسط پانلهاي برشی فولادي و بادبند فولادي براي بهبود مقاومت لرزه اي سازه هاي موجود .

  مشخصات لرزه اي پانلهاي برشی فولادي با نقطه تسلیم پایین :( LYP )

استفاده از دیوار برشی فولادي باعث بهبود مقاومت لرزه اي سیستم در طراحی ساختمانهاي جدید و مقاوم کردن ساختمانهاي ساخته شده می شود . صفحات فولادي نازك تمایل به کمانش دارند و از این رو ظرفیت جذب انرژي در این صفحات محدود است .

اخیرا روشهاي جدید و تکنولوژي هاي بدست آمده در زمینه فلزات ، صفحات فولادي جدید را در دسترس ما گذاشته است . این نوع فولاد داراي تنش تسلیم کمتر افزایش طول بالا می باشند و توانایی تغییر شکل دادن و جذب انرژي بیشتري را قبل از شکستن از خود نشان می دهند . یکی دیگر از ویژگیهاي آن پایین بودن نقطه تسلیم است که این باعث افزایش ناحیه پلاستیک آن می شود و باعث جذب بیشتر تنش می شود .

پانلهاي برشی فولادي ساخته شده از LYP توانایی جذب و اتلاف انرژي زیادي را دارند ، و می توانند در ساختمانهاي جدید مورد استفاده قرار گیرد . این نوع پانلها همانند دیوار برشی فولادي نسبت به نیروهاي زلزله طراحی و ساخته می شوند . چون این پانلها داراي ویژگی جذب و اتلاف انرژي بالایی هستند ، می توان از آنها بعنوان میراگر براي میرا کردن انرژي لرزه اي استفاده کرد . این نوع میراگر فلزي در هنگام جذب انرژي استحکام کافی را دارند و همچنین نسبت به میراگرهاي که در حال حاضر مورد استفاده قرار می گیرند ، نیاز به نگهداري و تعمیر ندارد .

نقطه تسلیم و نقطه نهایی صفحات LYP   هردو تحت تاثیر میزان کرنش وارده است . در این تحقیق تاثیر میزان کرنش و نحوه بارگذاري بر روي مشخصات مقاومت لرزه اي پانل صفحه اي مورد آزمایش قرار گرفته است .

مجموعه آزمایشا ت انجام شده ، مطالعه روي رفتار پانلهاي برشی ساخته شده از فولاد LYP تحت سرعت هاي بارگذاري متفاوت و جابجایی هاي نموي است .

پیرامون آزمایش بر روي پانل برشی فولاد : LYP

پانل فولادي برشی ، ساخته شده از فولاد با نقطه تسلیم پایین ، عامل موثري براي جذب انرژي زیادي است . با طراحی و ساخت مناسب پانلهاي برشی فولادي می توان در جذب و تلف کردن مقدار زیادي از انرژي لرزه اي بهره برد . اما رفتار سازه اي این نوع پانل برشی متاثر از شدت کرنشی است .

در نه نمونه تست شده در آزمایش ، می خواهیم رفتار آنها را در هر یک از نحوه بارگذاري متفاوت مورد ارزیابی قرار دهیم . در این نمونه ها نسبت عرض به ضخامت پانل ٥٠ گرفته شده است . لبه هاي بیرونی اعضأ به خاطر جلوگیري از ترك خوردن اتصالات بین لبه و پانل و صفحه پاي ستون تراشیده شده است . این کار بخاطر اجتناب تمرکز تنش و سوق دادن صفحه به ناحیه پلاستیک که قبلا بحث آن را کردیم . در این تحقیق تاریخچه بارگذاري پانل برشی فولادي آزمایش و بررسی شده است . سه سرعت بارگذاري 2.5 و 5 و 100 mm/sec انتخاب شده است.

براي دستیابی به سرعت کرنشی این نمونه ها بارگذاري تدریجی به جاي بار لرزه اي اعمال می شود . براي هر سه حالت متفاوت جابه جایی δ y ،   2 δ y و 3 δ y را در هر دوره بارگذاري آزمایش را می پذیریم . آزمایش روي سازه تا زمانی که مقاومت به زیر ٪ ٨٠ مقاومت نهایی رسید متوقف می شود . جدول ١ نتایج آزمایشات را نشان می دهد .

بررسی در نتایج آزمایشات:

شكل ٤ رفتار حلقه اي هيستريسس ( hysteresis ) پانلهاي برشي را نشان مي دهد . مطالعات نشان مي دهد كه چرخش نسبي آن ها بيشتر از ٪ ٥ است كه بيشتر از زاويه تغيير مكان جانبي مورد نياز سازه مي باشد كه معمولا چرخش نسبي سازه ها را 2.5%   كه بيشتر از آن موجب تخريب در سازه   مي شود ، در نظر مي گيرند. با تغيير شكل اطراف المان و تغيير شكل مورد انتظار و زاويه تغيير شكل جانبي ٪ ٥ به نظر مي رسد كه براي پانل برشي كافي مي باشد . بديهي است كه تمام نمونه هاي آزمايش شده زاويه تغيير مكان جانبي آنها بيشتر از ٪ ٥ خواهد بود كه در جدول ١ نشان داده شده است . در آنها مي توان ديد كه بارگذاري سريع و كند حدودا ٪ ١٦ تفاوت ايجاد كرده است .

تفاوت روي مقاومت نهايي پانل فولادي برشي LYP با افزايش بارگذاري يكنواخت ، تأثير نسبت بارگذاري بر روي مجموع ظرفيت استهلاك انرژي قابل صرف نظر كردن است . از شكل ٤ مي توان دريافت كه پانل فولادي آزمايش شده داراي استحكام و جذب انرژي قابل توجهي است و نسبت به دامنه تغيير مكان در شرايط بارگذاري يا تغيير در دامنه حركت بي تفاوت است .

مقدار انرژي تلف شده پانلهاي برشی در هر شرایط بارگذاري لرزه اي ثابت می ماند . مشخصات نمودار بار – جابه جایی پانل برشی شدیدا تحت تأثیر کمانش برشی صفحات نازك فولادي است . معمولا مقاومت نها یی به تدریج بعد از اینکه کمانش برشی اتفاق افتاد ، کاهش می یابد .

ظرفیت تغییر شکل نهایی پانل برشی متأثر از نسبت عرض به ضخامت پانل است . در این مطالعه نسبت عرض به ضخامت نمونه آزمایش شده را ٥٠ می گیریم وشروع کمانش برشی وقتی اتفاق می افتد که زاویه تغییر شکل جانبی آن به ٪ ٤ برسد . تأخیر در کمانش برشی به تنهایی نشان دهنده افزایش ظرفیت شکل پذیري پانل برشی نیست اما کم شدن آسیب المان هاي غیر سازه اي وابسته و مربوط به پانل برشی است .