دانلود پایان نامه

(2-33 )
در رابطه (2-33)، ممان اینرسی تیر حول محور عمود بر پانل بوده و سایرکمیت ها قبلا تعریف شده اند. تیملر و کولاک برای بررسی اعتبار روش تحلیلی ارائه شده براساس مدل نواری، یک نمونه دیوار برشی فولادی دو طبقه در مقیاس کامل را تحت آزمایش بار چرخه ای قرار داده و مدل نواری آن را به روش ارتجاعی تحلیل کردند. رفتار غیر ارتجاعی در اعضای مرزی توسط کاهش پی در پی خصوصیات سطح مقطع در کل طول اعضا و در اعضای خرپایی با محدود کردن مقاومت به تنش تسلیم اندازه گیری شده از نمونه های کششی شبیه سازی شد.
شکل 2-19 مدل مهاربند معادل توربون و همکاران
مقایسه نتایج تحلیل و آزمایش نشان داد که مدل نواری مزبور تو انسته است تخمین خوبی از تنشها کرنش های محوری ورق جان و پاسخ نیرو جابجایی نمونه دیوار برشی را بدست می دهد.
تفاوت نتایج حاصل از روابط (2-31‏) و (2-33) برای محاسبه زاویه اندک بود. به هر حال برای محاسبه دقیق تر زاویه شیب میدان کشش توصیه شد که از رابطه اصلاح شده (2-34‏) استفاد‏ه شود. همان گونه که ملاحظه خواهید کرد ‏رابطه (2-33) توسط آئین نامه AISC 341 برای محاسبه زاویه میدان کشش پیشنهاد شده است.
الغالی و همکاران در سال 1993 مدل هایی از سه نمونه دیوار برشی فولادی سه طبقه و یک دهانه با مقیاس 1:3 را که قبلا توسط ککس و همکاران در همان سال[24] ساخته و آزمایش شده بودند توسط روش المان های محدود تحلیل کردند.
ضخامت ورق های جان از 76/0 میلیمتر تا 65/2 میلیمتر ‏متغیر بود. دو نمونه از دیوارهای برشی با استفاده از مدل اجزا محدود و دیگری براساس مدل نواری تحلیل شدند. در مدل اجزای محدود ورق میانی توسط المان پوسته و اعضای مرزی توسط المان تیر مدل شدند. رفتار غیرخطی نمونه ها با معیار فون مایزز و تئوری جریان مدل شد. مدل های اجزای محدود تخمین بالا دستی از سختی اولیه و مقاومت نهایی نمونه ها به دست دادند. الغالی و همکاران این تخمین بالا دست را به ناتوانی در مدل کردن مناسب موج های خارج از صفحه کمانش در ورق جان ناشی از استفاده از شبکه های درشت نسبت دادند.
در مدل نواری توسعه داده ‏شده برای هر پانل دوازده ‏عضو خرپایی در فواصل مساوی با رابطه تنش کرنش سه خطی در نظر گرفته شد و سایر پارامترها به گونه ای انتخاب شدند که مطابقت خوبی بین نتایج تحلیل و آزمایش به دست آید. هر چند مطابقت خوبی برای ظرفیت نهایی حاصل شد. لیکن مدل نواری تخمین بالادستی از سختی اولیه به دست داد. در مطالعات حساسیت که توسط الغالی و همکاران روی مدل نواری انجام شد معلوم گردید که تغییر شیب اعضای خرپایی از 38 ‏تا 45 ‏درجه اثر کمی بر سختی اولیه بدست آمده دارد و اختلافی حدود1/5 درصد را در مقاومت نهایی موجب می شود.
در مدل نواری دیگری که توسط الغالی و همکاران برای مطالعه رفتار چرخه ای نمونه های دیوار برشی فولادی ساخته شد اعضای خرپا یی کششی در دو جهت قطری با زاویه شیب 8/42 ‏درجه قرار داده شدند. ایشان با به کارگیری عوامل تجربی بدست آمده از آزمایش قبل، نتایج نزدیکی با مقادیر حاصل از آزمایش بدست آوردند.
‏زو و لو در سال 1994 ‏یک سری مطالعات تحلیلی روی چهار شکل دیوار برشی فولادی دوازده طبقه و سه دهانه انجام دادند. اتصالات تیر به ستون دهانه های خارجی در همه مدل ها اتصال خمشی و اتصال دهانه میانی در برخی مدل ها ساده و در برخی دیگر خمشی در نظر گرفته شد. ورق میانی در برخی طبقات به اعضای مرزی افقی و قائم و در برخی دیگر تنها به تیرها متصل شدند. اعضای مرزی توسط المان تیر و ورق های میانی توسط المان پوسته مدل شدند و مدل های دیوار برشی تحت بارهای جانبی پوش- آور قرار داده شدند. [26]
بر اساس این تحلیل زو و لو دریافتند که نوع اتصال ساده یا خمشی تیر به ستون تاثیر بسیار کمی بر روی سختی جانبی دیوار برشی فولادی دارد. هم چنین ایشان نتیجه گرفتند که اتصال کامل ورق به اعضای مرزی موجب سخت تر شدن مدل نسبت به حالتی که ورق میانی تنها به تیرها متصل باشند خواهد شد. با این حال ایشان توصیه کردند که ورق میانی فقط به تیرها متصل شود زیرا معتقد بودند که ستون های یک سیستم با سختی زیاد به نسبت باید سهم بزرگتری از برش طبقات را تحمل کنند و این موضوع می تواند باعث وقوع شکست زود هنگام در ستون گردد. به هر حال به دلیل اینکه هیچ آزمایشی اعتبار نتایج فوق را بررسی نکرده است، آئین نامه AISC 341 ‏این موضوع را در ضوابط خود به کار نگرفته است.
هم چنین آستانه اصل استفاده از روابط مربوط به تیر ورق پیشنهاد شده توسط AISC(1999) را برای طراحی دیوار برشی فولادی توصیه کرد. وی ادعا کرد که استفاده از روابط مربوط به تیر ورق منجر به نتایج محافظه کارانه تری نسبت به استفاده از سایر روش های تحلیل دیوار برشی فولادی خواهد شد. برمن و برونو در سال 2003 ‏این مطلب را با جزئیات عددی بیشتر نشان داده و بر ناکافی بودن قیاس دیوار برشی فولادی با تیر ورق تاکید کردند. [27]
کولاک و همکاران در سال 2001 ‏مثالی از طراحی یک ساختمان فرضی 6 طبقه در ونکوور کانادا ارائه کردند.
مدل نواری برای سازه فرضی تهیه و اعضای خرپا یی کششی آن در دو راستای قطری تعبیه ‏شدند. تحلیل ارتعاش آزاد این مدل فرکانس طبیعی پایه ای معادل65/1 ‏ثانیه را بدست داد. برای تخمین اثر مودهای بالاتر روی توزیع نیرو های جانبی در ارتفاع سازه، یک تحلیل طیف پاسخ نیز روی مدل انجام شد. انحراف نسبی طبقات که از تحلیل حاصل شد، مقتضیات آئین نامه ملی طراحی ساختمان کانادا را برآورده می کرد.
مدل نواری دیگری نیز با استفاده از اعضای خرپا یی فشاری-کششی توسط کولاک و همکاران تهیه شود. اعضای خرپایی مانند مدل قبی در دو جهت قطری تعبیه شدند. با توجه به مشاهدات مربوط به نیروی تحمل شده ‏و انرژی جذب شده در منحنی های چرخه ای نمونه آزمایش درایور و همکاران، [13]ظرفیت فشاری نوارها معادل 8 درصد از ظرفیت کششی ورق میانی تعیین شد. یک مدل سه خطی برای بیان رفتار ماده در نظر گرفته شد. مدل سه خطی با یک رفتار ارتجاعی خطی تا نقطه تسلیم و پس از آن سخت شدگی کرنشی تا مقاومت کششی معادل 4/1 ‏برابر مقاومت تسلیم در کرنشی معادل 15/0 ‏بیان شد. پس از نقطه اخیر رفتار تنش- کرنش ماده توسط یک خط افقی ادامه یافت. یک تحلیل غیرخطی پوش-آور با منظور کردن اثر روی مدل انجام شد.
مدل نواری کششی- فشاری، مقاومتی در حدود 2‏ برابر برش طراحی مطابق آئین نامه کانادا را دارا بود. نتایج تحلیل دینا میکی تاریخچه زمانی روی مدل نیز مقتضات آئین نامه کانادا NBCC 2005 در مورد انحراف نسبی طبقات میانی را تامین کرد و این امر موجب شد که کلیه اعضای سازه ای از خرابی در امان بمانند. بیشترین عملکرد غیر ارتجاعی در طبقه سوم مشاهده گردید. هم چنین ملاحظه شد که در صورت استفاده از مقاطع شماره بالاتر برای اعضای مرزی قائم طبقات سوم و چهارم، بیشترین عملکرد غیر ارتجاعی در طبقه اول به وقوع خواهد پیوست.
برونو و بگوگر در سال 2002 ‏میلادی تاثیر ورق های نازک فولادی، فولاد با حد تسلیم پایین و مواد غیر فلزی دیگر که به منظور تقویت لرزه ای قاب های فولادی در نواحی با لرزه خیزی پایین و بالا استفاده می شوند را بر روی رفتار سازه بررسی کردند. [28] برای این منظور تحلیل دینا میکی غیرخطی و غیر ارتجاعی را با استفاده از مدل نواری بر روی مدل قاب 3 ‏دهانه از یک ساختمان 20 طبقه مربوط به بیمارستانی در شهر نیویورک انجام دادند.
این محققین دریافتند که پانل های میانی فولادی موجب کاهش جابجایی طبقه بدون افزایش عمده در شتاب آن می شوند. ایشان ملاحظه کردند که فولاد با حد تسلیم پایین تا حدی باعث بهبود رفتار لرزه ای تحت شرایط لرزه ای شدید می شود.
‏برمن و برونو معادله ای را که برای تعیین مقاومت نهایی دیوار برشی یک طبقه با اتصالات ساده اعضای مرزی توسعه داده بودند برای یافتن تخمینی از مقاومت نهایی دیوارهای برشی یک یا چند طبقه با اتصالات ساده یا نیمه صلب که قبلا توسط پژوهشگران مختلف آزمایش شده بود به کاربردند. تخمین این معادله از مقاومت دیوار برشی فولادی به طور میانگین در حدود 6 درصد پایین تر از مقدار آزمایش بود، اگرچه این تخمین برای یکی از نمونه ها در حدود 9 ‏درصد بیشتر از نتیجه آزمایش بود. هم چنین معادله مربوط به دیوارهای برشی چند طبقه که با فرض شکست طبقه نرم توسعه داده شد تخمین بالا دستی در حدود 17 درصد را برای مقاومت نمونه های یوار برشی به دست داد. معادلات پیشنهاد شده توصیفی از سختی اولیه، شکل پذیری یا ساز و کار واقعی شکست و نیز ابزاری برای تعیین نیرو های ایجاد شده در قاب را فراهم نمی کردند.
‏برمن و برونو در طراحی یک دیوار برشی فولادی با استفاده از استاندارد CAN/CSAS16-01(2001) دریافتند که استفاده از مدل بادبند معادل برای دیوارهای برشی با نسبت ابعاد غیر از یک منجر به حصول ظرفیت نهایی بالاتری نسبت به نتایج مدل نواری می شود.
‏این پژوهشگران پیشنهاد کردند که برای طراحی ورق میانی، برش طبقه که از روش نیروی جانبی معادل حاصل می شود در یک عامل فرا مقاومت بین 1/1 ‏تا 5/1 ‏ضرب شود. در این صورت ضخامت حداقل ورق میانی در هر طبقه از رابطه (2-35) حاصل می شود.
(2-35)
در رابطه (2-35)، تنش تسلیم مربوط به ورق میانی و زاویه میدان کششی است و بقیه پارامترها قبلا تعریف شده اند.
خرازی و همکاران در سال 2004 ‏میلادی یک مدل عددی موسوم به اندر کنش قاب-ورق اصلاح شده را برای تحلیل برش و خمش دیوار برشی فولادی شکل پذیر پیشنهاد کردند. [29] این مدل رفتار برشی شکل پذیر را به سه قسمت کمانش ارتجاعی، فراکمانش و تسلیم شدگی تقسیم می کند. معادلات طی سه مرحله به دست می آیند. در مرحله اول با فرض رفتار جداگانه برای قاب و ورق میانی، یک تحلیل برشی انجام شده و نمودار برش- انحراف جانبی برای قاب و ورق میانی به طور جداگانه ترسیم می شود، سپس با ترکیب آن دو رفتار برشی دیوار برشی فولادی حاصل می شنود. در مرحله دوم یک تحلیل خمشی با فرض عملکرد یکپارچه برای قاب و ورق میانی روی دیوار برشی انجام گرفته و در مرحله سوم اندر کنش بین رفتار برشی و خمشی، تحلیل دیوار برشی را کامل می کند. معادلات پیشنهاد شده در این روش با تعیین نقاط مشخصی از نمودار برش – جابجایی جانبی، می توانند برای تحلیل دیوار برشی به کار برده شوند.
خرازی و همکاران برای ارزیابی اعتبار روش پیشنهادی خود از نتایج آزمایش درایور و همکاران[13] با فرض زاویه 45 درجه برای زاویه میدان کشش استفاده کردند. تخمین مدل برای سختی اولیه حدود 5 درصد بیش از نتیجه آزمایش و برای مقاومت نهایی در حدود 10 ‏درصد کمتر از داده ‏آزمایش بود. مدل مزبور توصیفی را برای شکل پذیری، ساز و کار واقعی شکست و نیرو های وارد به اعضای مرزی ارائه نمی کرد.