Transcript

1 و 1 بتن مقاومت و فوالدی ورق طرفین در بتنی پانلهای تعداد تأثیر مرکب برشی دیوار رفتار بر 2 *1 طالشیان احمدی حامد عربزاده ابوالفضل مدرس تربیت دانشگاه زیست محیط و عمران مهندسی دانشکده دانشیار 1- مدرس تربیت دانشگاه سازه ارشد کارشناس 2- پژوهشی علمی مجله مدرس عمران 1315 سال 4 شماره شانزدهم دوره چکیده- arabzade@modares.ac.ir ] ]1191/11/9 دریافت: تاریخ ] ]1191/7/19 پذیرش: تاریخ برشری دیراار لررزهای رفتار بر پانل این در شده استفاده بتن مقاومت همچنین و بتنی پانل تعداد اثر عددی بررسی به مقاله این در محردود اجزاء نرمافزار در معتبر آزمایشگاهی نمانه یک مدلسازی از پس منظار بدین است. شده پرداخته مرکب آزمرایی درسرتی و ABAQUS رر دو در بتنری پانرل از اسرتفاده هرچند که میدهد نشان نتایج است. شده بررسی جدید نمانههای ساخت با شده گفته پارامترهای اثر آن برتن با نمانه به نسبت ضعیفتری بسیار شکلپذیری نهایت در ولی میشاد پایین غیرارتجاعی تغییرمکانهای در بیشتر مقاومت به منجر ورق ر یک ر د انرد ر سریا ب تربثیر یرای گا ن مچنری ه یج نترا. اد بر ااهد خ ن سا ک ی یبا تقر حالت دو ر د ی ی نها مقاومت حال ن عی ر د و ه شد حاصل ایرن از حاصرل نترایج براسراس مرییابرد. کراهم بتنری پانل خاد بر وارد خسارت اگرچه دارد مرکب برشی دیاار کلی رفتار بر بتن مقاومت برشری دیراار در مطلرا لررزهای رفتار حصال برای را فاالدی ورق ر یک در فقط و معمالی مقاومت با بتن از استفاده میتاان پژوهم دانست. کافی مرکب کمانم بتنی پانل محدود اجزاء بارافزون استاتیکی تحلیل مرکب برشی دیاار واژگانکلیدی: 1 -مقدمه بارهای برابر در مقاوم سیستمهای از یکی مرکب برشی دیاار در اصلی عنصر بهعناان فاالدی ورق آن در که است جانبی تاجه با ورق این است. مطرح جانبی بار از ناشی برش تحمل نسبتا جانبی نیروهای تحت میتااند آن ذاتی بادن ناز به و کمانم این از جلاگیری بهمنظار که نماید کمانم پایین میشاد. استفاده مسلح بتن پانل از سیستم لرزهای رفتار بهباد میشاد تبمین برشگیرها ریق از جزء دو این مرکب عملکرد بالتها از مصرفی بتن بادن ساخته پیم صارت در معماال که مطلا رفتاری سازوکار هرچند میشاد. استفاده منظار بدین تا مجاور بتن اثر تحت فاالدی ورق که است این بر سیستم این عمل در ولی نکند کمانم کامل تسلیم به رسیدن از قبل است. وابسته نیز ورق شدگی سخت میزان به مسئله ورق ر دو هر یا یک در میتاان را بتنمسلح پانلهای سبب ر یک در بتنی پانل از استفاده گرفت. کار به فاالدی بنابراین و باده آزاد دیگر ر در فاالدی ورق که میشاد کمانم امکان نیز بتنی پانل مناسب ضخامت وجاد با حتی در دارد. وجاد اتصال بالتهای بین حدفاصل در فاالدی ورق وجاد با سمت دو هر در مسلح بتن پانل از استفاده مقابل ر عملکرد ولی نمیدهد ورق به را کمانشی گانه هیچ اجازه اینکه به داشت. نخااهد بتن ر یک حالت به نسبت را بهتری تنمهای در فاالدی ورق کمانم صارت در دیگر عبارت این برای را مناسبی لرزهای رفتار میتاان نیز تسلیم به نزدیک نماد. پیمبینی مرکب سیستم به شده انجام آزمایشگاهی پروژه از پس و اخیر سالهای در [ برکلی دانشگاه در همکارش و آستانهاصل وسیلهی )که 2[ 187

2 بتن... مقاومت و فاالدی ورق رفین در بتنی پانلهای تعداد تبثیر متعددی پژوهمهای میشاد( بررسی مقاله این دوم بخم در و رهایی است. گرفته صارت مرکب برشی دیاار رفتار روی نمانههای روی آزمایشگاهی مطالعات انجام ضمن ]1[ حاتمی مرکب برشی دیاار از بقه یک یکدهانه اثر بررسی به ناع و میانی تیر صلبیت برشگیرها بین فاصله مانند پارامترهایی پرداختند. مرکب سیستم این رفتار بر ستان به تیر اتصال ارائه بتنی پانل بهینه ضخامت برای نیز را رابطهای آنها همچنین و آزمایشگاهی بررسیهای با ]5[ صهری و حاتمی ]4[. نمادند تا فاالدی ورق ضخامت افزایم که دادند نشان خاد عددی کاهم در بتنی پانل ثابت ضخامت یک بهازای و بهینه حد یک و عربزاده است. ماثر فاالدی ورق صفحه از خارج تغییرمکان یک نمانههای آزمایشگاهی گسترده مطالعه به نیز ]6[ همکاران مقیاسهای با بقه سه و 1 1 مرکب برشی دیاارهای از / 4 و / 1 صارت در سیستم مینان ا قابل رفتار گایای نتایج پرداختند. این باد. ستانها در باال خمشی صلبیت وجاد پژوهشگران نمادند ارائه نیز را سیستم مختلف المانهای در تنم معادالت.]6[ در این مقاله سیستم عملکرد تفاوت بررسی به برشی دیاار شده پرداخته بتن ر دو و ر یک حالت دو در مرکب مهم پارامترهای از یکی بهعناان نیز بتن مقاومت همچنین است. نمانه یک ابتدا منظار بدین است. شده بررسی سیستم رفتار در ر یک در بتن دارای آزمایشگاهی معتبر )نمانه فاالدی ورق اجزاء نرمافزار در برکلی( دانشگاه در همکارش و آستانهاصل محدود ABAQUS مدلسازی شده تحلیل انجام ضمن و آزمایی درستی حاصل مدل روی غیرخطی افزاینده استاتیکی صارت آزمایشگاهی دادههای با نتایج مقایسه ریق از آن ر دو در بتن با نمانه سپس است. پذیرفته همچنین و ورق ساخته مصرفی بتن مختلف مقاومت با بتن ر یک نمانههای ابتدا ادامه در است. شده مقایسه اولیه نمانه با آنها نتایج و شده چگانگی سپس و پرداخته مبنا آزمایشگاهی نمانه بر مروری به نماد. خااهیم تشریح را نمانه این محدود اجزاء مدل تشکیل 2 -نمونهآزمایشگاهیآستانهاصل سالهای ی در ماازات به تحقیقاتی پروژه دو الشیان احمدی حامد و عربزاده اباالفضل دانشگاه زیست محیط و عمران مهندسی دپارتمان در یکدیگر مرکب و فاالدی برشی دیاار روی ترتیب به کالیفرنیا برکلی برشی دیاار به مرباط پروژه از هد ]1[. پذیرفت صارت حالت دو در سیستم این روی چرخهای آزمایم انجام مرکب از و مستقیم بطار بتنی پانل که سنتی حالت 1- باد: مختلف درزی که جدید حالت 2- و باشد متصل پیرامانی قا به ابتدا در ابتدا از جزء دو این و شده داده قرار را ا قا و بتن بین برشی دیاار سیستم اصلی اجزاء )1( شکل در نباد. تماس است. شده آورده مرکب ]1[ مرکب برشی دیاار اجزاءاصلی شکل 1 : Boundary Column Boundary Beam Steel Plate Shear wall Connection Concrete wall Shear connectors Fig. 1: Main components of Composite shear wall از را متفاوت رفتاری فاز دو درز( )دارای جدید حالت در نمانه و ضعیف زلزلههای به مرباط اول فاز میدهد: نشان خاد در درز وجاد به تاجه با بتنی پانل آن در که باده متاسط در آنها اصلی نقم و نباده سهیم جانبی بار تحمل در را ا کمانم از ممانعت برای صفحه از خارج سختی تبمین فاز این شدید زلزلههای به مرباط نیز دوم فاز و است فاالدی ورق در نیز بتنی پانل شده گفته درز شدن بسته به تاجه با که است خااهد مشارکت جانبی سختی تبمین و برشی نیروی تحمل ]1[. داشت در نمانه یک همکارش و آستانهاصل آزمایشگاهی پروژه در برشی دیاار از سنتی حالت در نمانه یک و جدید حالت با بقه سه دهانه یک سازه یک صارت به دو هر مرکب بهاندازه درزی استثناء به شد. آزمایم و ساخته 2/1 مقیاس دو مشخصات مابقی جدید حالت در نمانه را ا در 25/1in 188

3 و سال / 4 شماره / شانزدهم دوره مدرس عمران مهندسی پژوهشی علمی مجله نشان شده گفته پروژه از حاصل نتایج باد. یکسان کامال نمانه قابل- بهباد به منجر ساده ظاهر به اختال همین که میدهد کاهم و شکلپذیری افزایم با همراه سیستم عملکرد مالحظه خسارت در میشاد. [ مراجع در حاصل به گفتن آنها تمام نتایج همراه به آزمایمها این جزئیات ضرورتی اینجا در که است شده آورده 2[ نیست و ع مقا ابعاد مشخصات فقط و مدنظر عددی مدل تشکیل منظار به نمانهها در مصرفی مصالح است. شده آورده )1( جدول در اجزاء ع مقا مشخصات است. شده آورده )2( شکل در نیز آزمایشگاهی نمانههای از نمایی است. ]1[ آستانهاصل آزمایشگاهی نمونه شکل 2 : ]2[: است زیر قرار به نیز شده استفاده مصالح مشخصات -1 A572 ناعGr.50 فاالد از فاالدی مرزی ستانهای و تیر مشخصه تسلیم تنم با )145Mpa) 50ksi فاالدA36 از اتصال صفحه و انتهایی صفحه فاالدی ورق 2- مشخصه تسلیم تنم با )241Mpa) 16ksi ناع از مسلح بتن پانل و فاالدی ورق اتصال بالتهای 1- نهایی کششی مقاومت A325 با )610Mpa) 90ksi -4 با معمالی بتن از بتنی پانل مشخصه مقاومت 4000psi )f'c=21mpa( همکرارش و آستانهاصل آزمایشگاهی نمانه معرفی از پس حال گفرتن بره الزم نمراد. تشرریح را عرددی مدل جزئیات میتاان حالرت در مرکرب برشری دیراار فقط پژوهم این در که است کره اسرت ایرن بر ادعا زیرا است شده تحلیل و مدلسازی سنتی مریتراان بهترر برار اعمرال مراحرل ابتردای از برتن مشارکت با در تغییر اثر و تحلیل انتهای در سیستم ضعفهای و مشخصهها نماد. مشاهده را سیستم رفتار بر بتنی پانل پارامترهای 3 -مدلسازیعددیدیواربرشیمرکب نررمافرزار در مرکرب برشی دیاار مدلسازی برای ABAQUS از دیراار فاالدی ورق برای است. شده استفاده مختلفی المانهای کره است شده استفاده گرهی چهار بعدی سه پاستهای المان از ورق محتمرل کمرانم مناسرب مدلسرازی در المران این مزیت ورق سرطح در تسرلیم واقرعبینانره گسرترش امکران و فراالدی کره گیررد انجام گانهای به باید المانها این ممبندی است] 1 [. باشد. داشته بالتها با انطباق محل در مشترکی گرههای Fig. 2. Astaneh-asl experimental specimen ]1[ آستانهاصل آزمایشگاهی نمانه در دیاار اجزاء ع مقا مشخصات جدول 1 : Specimen Columns Beams Steel plate thick. Wall Type Concrete wall Wall thick. Reinfor. ratio (each direction) Innovative W W mm Pre-cast 75 mm 0.93% Traditional W W mm Pre-cast 75 mm 0.93% Table 1: Section properties of wall components in Astaneh-asl experimental specimen 189

4 حصال رفتار مطلا تر در محل اتصال از المان آجری سه- بعدی هشت گرهی خطی با سه درجه آزادی انتقالی در هر گره برای مدلسازی پانل بتنی و قا پیرامانی )تیرها و ستانها( استفاده شده است. این المان قادر به نمایم مناسب ساروکار تحمل بار از ریق قطر فشاری در پانل بتنی نیز است. در مدلسازی بالتها نیز از المان تیر سه بعدی با دو گره انتهایی و شم درجه آزادی در هر گره استفاده شده که یک با یک گره انتهایی روی ورق فاالدی و دیگری بر سطح بیرونی پانل بتنی منطبق است. آزادی این المان برای دوران در محل اتصال با پانل بتنی به عناان یک مزیت مدلسازی به شمار می- آید چنانکه در آزمایمهای واقعی نیز بالتها در محل اتصال با بتن در برابر تغییرمکان خارج از صفحه مقید ولی در برابر دوران درون صفحه آزادند ]2[. مدل رفتاری تنم-کرنم هر سه ناع فاالد مارد استفاده به صارت االستاپالستیک با سخت شاندگی کرنشی و بدون شکست یا نرم شاندگی کرنشی مصالح در نظر گرفته میشاند که در تخصیص اعداد از مقادیر واقعی بر اساس مرجع ]7[ استفاده شده است. تمام فاالدهای استفاده شده دارای ضریب پااسان 0/1 و مدول ارتجاعی 105 2( Mpa) 29000ksi فرض شدهاند. پانل بتنی نیز به جای مدلسازی مستقیم آرماتارها و یا استفاده از مدلهای خسارت مصالح بتنی به صارت االستاپالستیک و بدون سختشاندگی )چه در فشار و چه در کشم( در نظر گرفته شدهاند. برای محاسبه مدول ارتجاعی بتن بر حسب مقاومت آن از رابطه آئیننامه صارت زیر استفاده شده است: ]1[ به ACI-318 )1( با وجاد اینکه نمانه دیاار برشی مرکب مارد مطالعه فاقد درز است ولی در مدل تحلیلی یک فاصله ناچیز )در حدود )0/02mm بین پانل بتنی و قا ا را با هد تسهیل فرآیند تحلیل و مدلسازی واقعی سطح تماس بین بتن و فاالد لحاظ شده است. این سطح تماس از ناع تماس سخت بدون اصطکا معرفی شده است به گانهای که دو جزء بتاانند از هم جدا شاند ولی در هم فرو نروند. به منظار مدلسازی واقعیتر قا پیرامانی )تیر و ستانها( اجزاء آن در برابر تغییرمکان خارج از صفحه آزاد گذاشته شدهاند. برای اتصال تیر به ستان و همچنین ورق فاالدی به قا ا را نقاط متناظر دو المان در محل انطباق با هم گره زده میشاند. این گزینه برای اتصال گسترده بسیار مفید و ماثر است ولی برای اتصال نقطهای مانند اتصال گره به گره بالت به ورق فاالدی و پانل بتنی گزینه درگیر نمادن این نقاط مناسب باده و در این تحلیل استفاده میشاد. سطح تماس پانل بتنی با سطح ورق فاالدی نیز مشابه تماس این پانل با قا ا را به صارت سخت شده بدون اصطکا تعریف میشاد. روش استفاده غیرخطی شده در تحلیل مدل از ناع استاتیکی افزاینده است. این روش با وجاد نااقصی که نسبت به تحلیلهای دینامیکی دارد ولی مزایایی بین رفتن مقاومت اعضاء در رفتار سیستم مانند شناسایی آثار از و برآورد مناسب پارامترهای مقاومت سختی و شکلپذیری با صر هزینه کمتر ]9[ سبب رواج آن در تحلیلهای غیرخطی شده است. رویه مارد استفاده در گامهای تحلیل از ناع ضمنی است که در آن تعادل در انتهای هر گام قبل از شروع گام بعد به روش نیاتن-رافسان و با رواداری مناسبی ارضاء میشاد. این روش در تحلیلهای استاتیکی مناسبتر از روش صریح است که در آن به جای ارضاء تعادل در انتهای هرگام گامهای تحلیل بسیار کاچک در نظر گرفته میشاند. مزیت تحلیلهای ضمنی نسبت به صریح برای تحلیلهای استاتیکی غیرخطی در مرجع ]10[ و در قالب یک نمانه ساده به تصایر کشیده شده است. به منظار اعمال شرایط مرزی به نمانه تحلیلی یک ورق مستطیلی با ضخامت ناز روی انتهای باالیی ستانها و تیر نیم بقه فاقانی تعبیه و به این مجماعه گره زده شده است. سپس مجماعه نقاط این ورق به صارت یک دسته از نقاط با تغییر مکان ثابت معرفی میشاند به گانهای که حرکت این گرهها در تمام ال ورق انتهایی یکسان باده و به وسیله یک نقطه مرجع از آن دسته کنترل میشاد. همچنین کلیه نقاط این ورق فاقانی به منظار مدلسازی شرایط واقعی در جهت خارج 190

5 بتن... مقاومت و فاالدی ورق رفین در بتنی پانلهای تعداد تبثیر در گیردار کامال شرایط اعمال منظار به میشاد. مقید صفحه از نقاط کلیه ]2[ آزمایشگاهی واقعیت با سازگار نمانه پایین دسته یک صارت به کف تیر و ستانها پایینی وجه در ماجاد آنها آزادی درجه شم هر و معرفی ثابت تغییرمکان با نقاط از است. شده بسته محدود اجزاء مدل در استفاده مارد فاالدهای مشخصات شکل 1 : الشیان احمدی حامد و عربزاده اباالفضل اتصال مجاورت در تیرها باالی تنم است. ] 1 و 2 [ آزمایشگاهی مشاهده آزمایم در نیز پایه در ستان تسلیم و ستان با خمشی نمانه در نیز بتن فشاری گاشههای در باال تنم ]2[. شدهاند گاشهها این در بتنی پانل شدن خرد صارت به آزمایشگاهی انجام مدلسازی درستی بر دال ماارد این تمام که دارد وجاد است. گرفته برشی دیاار محدود اجزاء مدل رفتار از مینان ا حصال از پس عددی نمانه روی را پارامتری مطالعات میتاان حال مرکب یا یک در بتنی پانلهای تعداد پژوهم این در رساند. انجام به عناان به بتن مقاومت همچنین و فاالدی ورق سمت دو به سیستم رفتار بر آنها اثر ادامه در که است مدنظر پارامترهای میشاد. بررسی عددی شکل تحلیلی مدل به اعمالی مرزی شرایط شکل 4 : Applied lateral Displacement Out of plane restrict. Out of plane restrict. Fixed base Fig. 4. Boundary condition applied to the analytical model Fig. 3. Properties of steels used in FE model غیرخطی محدود اجزاء تحلیل عددی نمانه تکمیل از پس نظیر آزمایشگاهی دادههای با نتایج و پذیرفته صارت آن روی عددی نمانه درستی کنترل ضمن رهگذر این از تا شده مقایسه در دیاار عملکرد مناسب شبیهسازی در نرمافزار قابلیت و )1( شکل در شاد. نیزحاصل سیستم اجزاء رفتار از بهتری نقطه )تغییرمکان مبنا تغییرمکان حسب بر پایه برش منحنی کنار در عددی نمانه در فاقانی( ناز مستطیلی ورق در مرجع شده ترسیم آزمایشگاهی هیسترزیس منحنی از حاصل پاش نااقصی وجاد با میشاد مالحظه شکل در که همانگانه است. افت نمایم عدم و عددی نمانه ذاتی بادن سختتر مانند نمادن لحاظ آن کنار در و واقعی هیسترزیس منحنی در ماجاد سادهسازی- و سیستم اجزاء اندرکنم به مرباط پیچیدگیهای تغییرشکل و مقاومت هم باز مصالح مدلسازی به مرباط های برآورد عددی مدل در مناسبی دقت با آزمایشگاهی نمانه نهایی نمانه در میزس فان تنم تازیع نیز )4( شکل در است. شده انطباق نیز تازیع این است. شده کشیده تصایر به عددی در باالتر تنمهای دارد. آزمایشگاهی خروجیهای با مناسبی گسیختگی با متناظر میانی کامل بقه دو در فاالدی ورق را ا نمانه شکست اصلی عامل بهعناان لبهها در فاالدی ورق 4 -مطالعهپارامتریک بتنی پانلهای تعداد اثر بررسی 1-4- دو در بتن دارای عددی نمانه پارامتر این اثر بررسی منظار به اصلی بتن ر یک نمانه با برابر ضخامت مجماع با ر تحلیل و شده ساخته قبل( بخم در شده بررسی عددی )نمانه 191

6 دوره شانزدهم / شماره / 4 سال 1195 مجله علمی پژوهشی مهندسی عمران مدرس استاتیکی افزاینده غیرخطی روی آن انجام گرفت. در شکل )5( منحنی بارافزون این دو نمانه با یکدیگر مقایسه شده است. مالحظه میشاد که با وجاد سختی اولیه تقریبا یکسان دو نمانه و همچنین مقاومت برشی بیشتر نمانه با بتن در دو ر در تغییرمکان جانبی میانی تا حدود %14 نمانه یک ر بتن رفتار بسیار شکلپذیرتری را از خاد به نمایم گذاشته و تاانسته است اختال مقاومت را در تغییرمکانهای باالتر جبران نماید. بیشترین مقاومت نمانه در حالت یک ر بتن تقریبا ر بتن تقریبا 654 Kips است 611Kips و در حالت دو ر که در نتیجه استفاده از بتن در دو فقط %4 بیشینه مقاومت برشی را افزایم داده است. در دو ر سبب کاهم شکلپرذیری بره میرزان حردود 60 % نسبت به نمانه یک ر بتنی شده است. شکل بتن با مجماع ضخامت یکسان پانرل 6: ایدهآل سازی منحنی بارافزون به صارت دوخطی برای تعیین شکلپذیری بتن با و دو ر شکل 5 : مقایسه منحنی بارافزون نمانه های یک ر مجماع ضخامت یکسان Fig. 6. Comparison of push-over curves obtained from analytical model with experiment (Innovative model) Fig. 5. Comparison of push-over curves obtained from analytical model with experiment (Traditional model) برای محاسبه شکلپذیری ابتدا منحنری برارافزون مطرابق روش اسرتفاده شرده 1 در یرف ظرفیرت ATC 40 ]11[ بره صرارت دوخطی ایدهآل سازی شده )شکل 6 ( و مقدار تغییرمکان جرانبی حد تسلیم (Δy) مشخص میشاد سپس ضرریب شرکلپرذیری برابرر نسربت تغییرمکران بیشرینه بره تغییرمکران تسرلیم مطرابق 2 پروتکل ATC 24 تعریف میشراد ]12[. برمبنرای ایرن نظریره مقدار ضریب شکلپرذیری در نمانرههرای تحلیرل شرده در دو حالت بتن در یک ر و بتن در دو ر بهترتیرب برابرر برا نکته شایان ذکر در اینجا کمرانم ورق فراالدی در نمانره یرک ر بتن در تنمهرای براال و نزدیرک بره حرد تسرلیم اسرت بگانهای که در شروع کمانم انتظار میرود تسلیم در برخری از قسمتهای دیاار و حتی خاد ورق ایجاد شده باشد. برا تاجره به وجاد پانل بتنی کمانم فقط در جهت آزاد ورق امکانپرذیر است که به آن کمانم یک رفره گفتره مریشراد. بره صرارت تئاریک ثابت شده است که وجاد قید در یک ر ورق سبب %11 افزایم در مقاومرت کمانشری ورق نسربت بره حالرت دو ر آزاد میشاد] 119 [. تربثیر وجراد پانرل برتن برر مقاومرت کمانشی در نمانههای دیاار برشی مرکرب نیرز در مرجرع ]14[ بررسی شده است. کمانم ورق فاالدی در دیاار برشی مرکرب منجربه سازوکار عمل میدان کشم در این ورق میشاد. تازیع تنمهای اصلی در ورق فاالدی مرباط به نمانره تحلیرل شرده دارای بتن در یک ر نیز که در شکل )7( نشران داده شرده مؤید همین مطلب باده و مشاهده میشاد که تنمهای کششری با همین سازوکار تحمل بار به حدود 420 در لبهها رسیده Mpa است. عدم امکان کمانم ورق فاالدی در نمانه برا برتن در دو ر سبب تازیع معقالتر تنم در پانل بتنی نیز مریشراد. در 1/16 و 1/61 به دست آمده که در نتیجه اسرتفاده از پانرل بتنری 1 Spectrum method 2 Protocol 192

7 تبثیر تعداد پانلهای بتنی در رفین ورق فاالدی و مقاومت بتن... شکل )1( همخاانی بین تازیع تنم فان میرزس پانرل بتنری در نمانه با بتن در دو رر برا رفترار مرارد ا نت ظرار از ایرن پا نرل )برگرفته از مرجع ]1[( به تصایر کشیده شده است. شکل 7 : تازیع تنم فانمیزس )برحسب )Mpa در )الف ) اجزاء فاالدی و ( ) پانل بتنی در انتهای تحلیل )نمانه فاقد درز( اباالفضل عربزاده و حامد احمدی الشیان با بتن در دو ر ورق دارند ]15[. قرار دادن این دو مسئله در کنار هم گایای نیاز به ناعی تاازن در مالحظات مرباط به سختشدگی ورق است بدین معنیکه ضخامت پانل بتنی و فاصله بین برشگیرها به عناان مالفههای اصلی در تبمین سختی خارج از صفحه ورق- باید بهگانهای رح شدند که امکان کمانم ورق در تنمهای باال و حتی نزدیک به حد تسلیم فراهم شاد هرچند نیاز به حداقلهایی برای ممانعت از کمانم زودهنگام و رفتار لرزهای ضعیف مشابه دیاار برشی ناز وجاد دارد که ضاابط ماجاد مانند ضاابط آئیننامه AISC ]16[ در رسیدن به این مهم تبثیر زیادی دارند. شکل 1 : تازیع تنم فانمیزس )برحسب Mpa (در اجزاء فاالدی برای نمانه دارای درز: فلا) ) بتن در یک سمت و ( ) بتن در دو سمت (a) (b) Fig. 7. Von-mises stress distribution in a) Steel parts and b) Concrete panel at the end of analysis (Traditional model) Fig. 8. Von-mises stress distribution in a) Steel parts and b) Concrete panel at the end of analysis (Innovative model) نتایج حاصل از این پژوهم نشان میدهد که کمانم ورق فاالدی در نمانه با بتن در یک ر ورق سبب شکلپذیری بیشتر سیستم شده است و این در شرایطی است که دیاارهای برشی فاالدی ناز )به دلیل کمانم زودهنگام ورق فاالدی( شکلپذیری نسبتا ضعیفتری نسبت به دیاارهای برشی مرکب 193

8 1195 سال / 4 شماره / شانزدهم دوره مدرس عمران مهندسی پژوهشی علمی مجله 2-4 -بررسیاثرمقاومتبتن برای و دیاار عددی نمانه دو مصرفی بتن مقاومت اثر بررسی ر یک در بتن با مرکب برشی 1000psi 6000 مقاومتهای با و ورق غیرخطی افزاینده استاتیکی تحلیل و شده ساخته شکل در پذیرفت. انجام آنها روی )9( این افزون بار منحنی ترسیم )4000psi بتن مقاومت )با اولیه نمانه کنار در نمانهها تبثیر بتن مقاومت میشاد مالحظه که همانگانه است. شده مشخصه- و نداشته مرکب برشی دیاار کلی رفتار بر محساسی سه در شکلپذیری و نهایی مقاومت سختی مانند لرزهای های است. یکسان تقریبا حالت بتنی پانل مختلف مقاومت با نمانههای بارافزون منحنی مقایسه شکل 9 : بتن ر دو و ر یک های نمانه بارافزون منحنی مقایسه شکل 10 : درز( دارای )نمانه یکسان ضخامت مجماع با Fig. 10. Comparison of push-over curves for specimens with same thickness of concrete located in one or both sides of steel plate (Innovative wall) تعیین جهت دوخطی صارت به بارافزون منحنی سازی آل ایده 11: شکل پذیری شکل Fig. 11. Idealizing push-over curve using bilinear model for determining ductility Fig. 9. Comparison of push-over curves for specimens with same thickness of concrete located in one or both sides of steel plate (Traditional wall) راست( )سمت دوم و چپ( )سمت اول بقه در فاالدی ورق در اصلی تنمهای تازیع شکل 12 : فاالدی ورق ر یک در بتن دارای شده تحلیل مرکب برشی دیاار نمانه Fig. 12. Major stress distribution in steel plate of first (left) and second (right) story in analyzed composite shear wall with concrete on one side of steel plate 194

9 بتن... مقاومت و فاالدی ورق رفین در بتنی پانلهای تعداد تبثیر مرکب سیستم کلی رفتار بر اند بسیار تبثیر خال بر تبثیرگذار بتنی پانل خاد در ماجاد تنم کنترل در بتن مقاومت دو میانی بتنی پانلهای در میزس فان تنم تازیع مقایسه است. جدید نمانه )شکل- 4 کاهم سبب بتن 4000psi بتن مقاومت دارای نمانه با )شکل 10 ( الشیان احمدی حامد و عربزاده اباالفضل مقاومت افزایم که میدهد نشان تحلیل انتهای در ) نسبی در تنم تراز نااحی بتنی پانل میانی بتن خسارت کاهم با متناظر میتاان را مسئله این که میشاد که میدهد نشان فاق مشاهده نماد. تفسیر واقعی نمانههای در دیاار لرزهای رفتار بهباد برای زیادی انتظار نمیتاان عمل در داشت. بتنی پانل مقاومت افزایم ریق از مرکب برشی و بتنی پانل در بار تحمل مکانیزم برای انتظار مارد )الف(رفتار شکل 11 : بتن ر دو با نمانه بتنی پانل در میزس فان تنم تازیع الگای ) ( Fig. 13. a)expected behavior for load-carrying mechanism in Concrete panel & b) Von-mises stress distribution pattern in concrete panel of specimen with both-sided concrete بتن مختلف مقاومت با های نمانه بارافزون منحنی مقایسه شکل 14 : فلا) ) بتن مقاومت با نمانههای برای میزس فان تنم تازیع مقایسه شکل 15 : 1000psi ) ( 6000 psi Fig. 15. Comparison of Von-mises stress distribution for specimens with concrete strengths of a) 6000 psi b) 8000psi 5 -نتیجهگیری این در پژوهم پانلهای تعداد اثر عددی بررسی به و بتنی است. شده پرداخته مرکب برشی دیاار رفتار بر بتن مقاومت ر دو در بتنی پانل از استفاده که میدهد نشان نتایج ورق مقاومت پایین غیرارتجاعی مکانهای تغییر در اگرچه فاالدی ر یک در بتن با نمانه به نسبت را بیشتری برشی نهایت در ولی میدهد نشان خاد از ورق از را کمتری شکلپذیری یکسان تقریبا نیز حالت دو در مقاومت بیشینه و داده نشان خاد نمانه به مرباط عددی مدل در شکلپذیری کاهم این میشاد. حدود به همکارش و آستانهاصل آزمایشگاهی میرسد. %60 سمت به تسلیم به نزدیک کمانم از ورق رفتار سازوکار تغییر بدون کامل تسلیم یکنااخت و ماضعی کمانم امکان فشاری قطر میدان بتنی پانل در تازیع همچنین ویژه به در رفتاری شاخصههای مهمترین از باال غیرارتجاعی تغییرمکانهای ر دو در بتن دارای نمانه است. ر یک در بتن با نمانه در شده ایجاد کمانم سبب ورق وقاع امکان که میشاد حالتی به نسبت مناسبتر لرزهای رفتار یک به نیاز دهنده نشان مسئله این باشد. نداشته وجاد کمانم که حال عین در زیرا است ورق سختشدگی میزان در تاازن پایین حد دادن قرار سختشدگی تبمین به مرباط الزام کمینه جلاگیری برای بالتها بین فاصله و بتنی پانل ضخامت برای Fig. 14. Comparison of push-over curve for specimens with different concrete strengths 195

10 تبثیر تعداد پانلهای بتنی در رفین ورق فاالدی و مقاومت بتن... از رفتار نامطلا دیاار برشی فاالدی ناز مارد نیاز است در کنار آن باید امکان کمانم ورق فاالدی در تنمهای باالتر و نزدیک به تسلیم فراهم باشد تا بتاانیم رفتار شکلپذیرتری را به دست آوریم. همچنین نتایج ای پژوهم نشان میدهد که افزایم مقاومت بتن تبثیر چندانی بر بهباد رفتار لرزهای کلی دیاار برشی مرکب نداشته و تغییر در پارامترهای لرزهای سختی مقاومت مانند نهایی و شکلپذیری بسیار ناچیز است. با این حال افزایم مقاومت بتن میتااند سبب کاهم خسارت در پانل بتنی شاد. با تاجه به اثر نامحساس مقاومت بتن بر رفتار کلی سیستم و حتی اثر منفی استفاده از بتن در دو ر ورق بر شکلپذیری میتاان استفاده از بتن با مقاومت معمالی )مثال یا اباالفضل عربزاده و حامد احمدی الشیان 4000psi )21Mpa و آنهم فقط در یک ر ورق فاالدی را برای حصال به رفتار لرزهای مطلا در دیاار برشی مرکب کافی دانست. 6 -مراجع [1] Astaneh-asl A. "Seismic Behavior and Design of Composite Steel Plate Shear " Walls Steel Information and Product Service Report, Structural Steel Educational Council, Moraga, CA, May [2] Zhao Q. Experimental and Analytical Studies of Cyclic Behavior of Steel and Composite Shear wall Systems Ph.D Dissertation in Civil and Environmental Engineering, University Of California, Berkeley, Fall [3] Rahai A. Hatami F. "Evaluation of composite shear wall behavior under cyclic " loadings Journal of Constructional steel research, 65, 2009, Pgs ]4[ حاتمی فرزاد ارزیابی عملکرد و مشخصات هندسی بهینه دیاارهای برشی مرکب رساله دروه دکتری دانشگاه صنعتی امیرکبیر تهران حاتمی فرزاد صهری سید مجیدرضا بررسی تغییرات ضخامت ورق فاالدی بر رفتار دیاار برشی مرکب علمی- پاییز پژوهشی سازه و نشریه فاالد سال چهارم شماره چهارم [5] Arabzadeh A., Soltani M., Ayazi A. "Experimental investigation of composite shear walls under shear loadings" Thin-walled Structures, 49, 2011, Pgs [6] ASTM Annual Book of ASTM Standards American Society for Testing and Materials, Philadelphia, [7] ACI Building Code Requirements for Structural Concrete American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, January ]1[ قاامی ماساله سید محمد مجید تحلیل غیرخطی ساختمانهای فاالدی به روش بارافزون )Pushover( پایان- نامه کارشناسی ارشد دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه تربیت مدرس بهمن ماه [9] Yaw Louie L. "Nonlinear Static- Explicit and Implicit Analysis " Example Walla Walla University, Draft date: May27, [10] ATC 40 Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete Buildings Applied Technology Council, Report No. SSC 96-01, November [11] ATC 24 Guidelines for Seismic Testing of Components of Steel Structures Applied Technology Council, Report 24, California, [12] Seide. P "Compressive Buckling of a Long Simply Supported Plate on an Elastic Foundation", Journal of The Aeronautical Science, 25(6), Pg , June [13] Arabzade A., Moharrami H., Ayazi A. "Local elastic buckling coefficient of steel plates in composite steel plate shear " walls Scientia Iranica, Transactions A : Civil Engineering, Vol 18, Pgs 9-15, [14] Guo L., Li R., Rong Q., Zhang S. "Cyclic " frame behavior of SPSW and CSPSW in composite Thin-walled Structures, 51, 2012, Pgs [15] AISC Seismic provisions for Structural Steel Buildings American Institute of steel construction Inc., Chicago, IL. March

11 Modares Civil Engineering Journal (M.C.E.J) Vol.16, No.4, September 2016 Effects of Concrete Strength and Number of Concrete Panels on Behavior of Composite Shear Walls Aboulfazl Arabzadeh 1*, Hamed Ahmadi Taleshian 2 1- Assoc. Prof., Structural Engineering Department, Faculty of Civil and Environmental Engineering, Tarbiat Modares University 2- M.Sc., Structural Engineering, Faculty of Civil and Environmental Engineering, Tarbiat Modares University arabzade@modares.ac.ir Abstract: Composite steel plate shear wall, or in short: Composite shear wall, is a lateral load resisting system which is widely investigated during past decades. Steel plate is one of the most important components in this system, which carries the shear stress as well. However, relatively high values reported for the slenderness of this component may result in its buckling under relatively small loads. Avoiding the probable buckling, and reaching to a suitable seismic performance, concrete panel is also attached to one or both sides of the steel plate. This allows the composite performance of the system, where the shear connectors are developed. These connectors are usually in the form of bolts, when the pre-cast concrete panels are used. The composite panel acts as infill, when it is surrounded by beams and columns (as a frame). The frame elements can be regarded to as boundary members, where their behavior in combination with the shear wall is considered, especially in special-seismic designs. In this case, a dual action is required, and the beam-to-column connections should be rigid enough. It must be noticed that the frame members also participate in resisting a significant portion of shear, which is resulted from the overturning moments, distributed based on their stiffness. In this paper, a number of concrete panels (whether on one or both sides of steel plate) are numerically investigated, along with the values for concrete strength, to determine their effects on the seismic behavior of composite walls. For this purpose, a reliable experimental specimen -as a reference caseis evaluated using ABAQUS. Verifying the accuracy of the numerical model, new similar specimens were studied by push-over method, in order to determine the participation of the required parameters in the overall response. According to the results, specimens with concrete layers on both sides represent less ductile behavior than specimens with one-sided concrete layer. However, the former reaches to a higher shear strength at smaller inelastic displacements. It is remarkable that same ultimate shear strength and initial stiffness are reported for both specimens. The steel plate is likely to buckle in the specimen with one side concrete layer at high levels of stress close to yielding state. Whereas, it is observed that the buckling has no stability sequences, and does not result in a performance similar to thin steel plate shear walls, due to the prevention of early buckling. It also leads to a more ductile behavior in comparison with the case where the specimen will reach to its yielding state due to shear, where no buckling is expected. In addition, the strength of concrete shows little effects on the overall behavior of the system; however it can reduce the amount of the imposed damage to concrete panel. Based on the results, using one-sided concrete layer with normalstrength (f c =28Mpa) is sufficient for obtaining a desirable seismic performance. Keywords: Composite shear wall, Static Push-over analysis, Finite Element, Concrete panel, buckling 197