دانلود پایان نامه

شکل 2-14 قاب مورد آزمایش تحت بارهای متناوب
در سال 1996 و 1998 نتایج بارگذاری چرخه ای بر روی یک دیوار برشی چهار طبقه توسط درایور گذارش گردید.[13],[14] نمونه مورد آزمایش در شکل 2-15 که دارای مقیاس برابر 2/1 است و یک سیستم ترکیبی از دیوار برشی فولادی و قاب خمشی ویژه می باشد نشان داده شده است.
در شکل 2-14 واکنش دینامیکی طبقه اول از نمونه مورد آزمایش نشان داده شده است. خرابی در محل اتصال ستون به کف که تحت اثر گرمای جوشکاری قرار گرفته بود به وجود آمد.
پژوهشگران خرابی را مربوط به کمانش موضعی ستون در اثر دامنه تغییر شکل های زیاد بال ستون در سیکل بیستم بارگذاری چرخه ای دانستند. نمونه مورد آزمایش تا قبل از گسیختگی از خود رفتار بسیار نرم وشکل پذیری نشان داد.
نحوه خرابی و انهدام این نمونه را نمی توان به طور مستقیم به نیروی برشی و یا انهدام دیوار نسبت داد. در ضمن نمی توان گسیختگی را ناشی از رفتار کل سیستم باربر جانبی دانست. ممکن است انهدام در پای ستون ناشی از تمرکز تنش در پایین نمونه و در محل اتصال نمونه به تجهیزات انجام آزمایش باشد.
در سال 1997 تا 1999 میلادی 2000 مجموعه آزمایش تحت بارهای متناوب توسط میز لرزان بر روی دیوارهای برشی دو طبقه در دانشگاه بریتیش کلمبیا انجام گرفت. در شکل (2-16) نمودار نیرو-تغییرمکان برای یک نمونه از این آزمایشات نشان داده شده است. [15],[16]
در آزمایشات میز لرزان که توسط لوبل در سال 1997 انجام گرفت، نمونه چهار طبقه فولادی که در مقیاسی برابر 30 درصد اندازه واقعی به کار رفته در هسته یک ساختمان مسکونی ساخته شده بود مورد آزمایش قرار گرفت. ابعاد هر طبقه تقریبا برابر با ابعاد یکی از نمونه های یک طبقه بود. در هر پانل از نمونه حداکثر شکل پذیری حاصل قبل از نا پایداری کلی ناشی از تسلیم ستونها برابر 5/1 و مقاومت پس از تسلیم نمونه برابر 2/1 بدست آمد.
رضایی در سال 1999 میلادی یک نمونه چهار طبقه دیوار برشی فولادی با مقیاس یک به چهار را تحت آزمایش میز لرزان قرار داد. این تحقیق اولین آزمایش از نوع دینامیکی بود که بر روی یک نمونه دیوار برشی فولادی انجام میشد. کلیه اتصالات تیر به ستون از نوع خمشی بودند. برای منظور کردن بارهای ثقلی از ورقهایی به وزن 1700 کیلوگرم استفاده شد که در تراز هر طبقه جاگذاری شده بودند. نمونه آزمایش تحت حرکت های لرزشی با تاریخچه زمانی و شدت های مختلفی قرار گرفت.
در این آزمایش برای طبقه فوقانی رفتاری خمشی و برای طبقه تحتانی رفتاری برشی مشاهده شد. نتایج حاصل از منحنی نیرو-تغییرمکان طبقات حاکی از آن بود که جذب انرژی در نمونه دیوار برشی فولادی بیشتر توسط طبقه اول صورت گرفت و جابجایی طبقات فوقانی مانند چرخش جسم صلب حول طبقه اول بوده است. همچنین نتیجه گرفته شد که کرنش های خمشی تولید شده در اعضای مرزی افقی میانی نسبتا ناچیز و قابل صرفنظر کردن است.
بهبهانی فرد و همکاران وی در سال 2003 میلادی، آزمایشات چرخه ای را با اعمال بارهای شبه استاتیکی همراه با شبه سازی بارهای ثقلی، بر روی سه طبقه فوقانی یک سازه چهار طبقه دیوار برشی فولادی که قبلا توسط درایور و همکارانش در سال 1997 انجام شده بود انجام دادند.[17]
شکل 2-15 آزمایش انجام شده در دانشگاه آلبرتا به همراه نمونه ای از رفتار چررخه ای
هرچند ورقهای فولادی در طبقه اول دچار کمانش گردیده بودند و نیز تغییرشکل های پلاستیک را در خلال آزمایشات قبلی تجربه کرده بودند، لیکن هیچگونه خرابی دائمی قابل توجهی در سه طبقه فوقانی مشاهده نگردید. تیر در تراز فوقانی طبقه اول حذف و بقیه نمونه آزمایش به ورقی به ضخامت 9 سانتیمتر جوش شدند. مقاومت دیوار برشی پس از 24 چرخه بارگذاری که شامل 14 چرخه بعد از اولین تسلیم بود پس از تجربه تغییر مکان بام به میزان 5 سانتیمتر به 350 تن رسید.
پارگی در پانل طبقه اول با تغییر مکان نسبی 8/2 سانتیمتر در اثر خستگی و وقوع کمانش ورق تحت بارهای چرخه ای مشاهده گردید.
کمانش بال در ستون پایینی و در تیر طبقه اول با تغییر مکان نسبی 8/2 سانتیمتر شروع به توسعه نمود. پارگی بال در تغییرمکان جانبی نسبی 5/3 سانتیمتر به وقوع پیوست و کمانش ستون نیز آغاز گردید.
یک مدل المان محدود بر اساس فرمول بندی دینامیکی غیر خطی صریح همراه با اعمال کار سختی مواد و مشابه سازی اثر بوشینگر توسعه داده شده تا همگرایی لازم برای تحلیل مسئله حاصل شود. پس از اطمینان از صحت مدل با مقایسه با نتایج آزمایشگاهی به مطالعه موردی برای بررسی سختی و مقاومت دیوار برشی پرداخته شد. [17]
پانل دیوار برشی با یک ورق فولادی همراه با تیرهای صلب تحت نیروهای برشی و ثقلی ثابت مدل گردید. نتایج بررسی نشان دهنده افزایش مقاومت و سختی سازه در اثر کاهش نسبت دهانه به ارتفاع بود. این افزایش برای نسبتهای در محدوده 1 و 2 قابل اغماض و برای نسبت های کمتر از یک قابل توجه گذارش شده است.
شکل 2-16 نمودار نیرو تغییرمکان یکی از نمونه های آزمایش شده در دانشگاه بریتیش کلمبیا
ضمنا افزایش بارهای ثقلی و لنگر های واژگونی دیوار برشی موجب کاهش سختی الاستیک، مقاومت دیوار برشی و شکل پذیری سیستم خواهد شد. ایشان همچنین نشان دادند که نقص عضو اولیه در ورق میتواند اثر عمده ای بر سختی اولیه دیوار برشی فولادی داشته باشد ولی بر ظرفیت نهایی آن تاثیر چندانی ندارد. بر اساس گزارش منتشر شده توسط این محقق نقص عضو اولیه ساختاری کوچکتر از (L طول دهانه و h ارتفاع دیوار برشی ) اثر چندانی بر رفتار دیوار برشی ندارد. [18]
ولادی و همکاران رفتار دیوار برشی تقویت شده و نشده را مورد مطالعه تحلیلی و آزمایشگاهی قرار دادند. نتایج بدست آمده نشان داد که دیوار برشی تقویت نشده در مرحله پلاستیک فراتر از پیش بینی های قبلی از خود تغییر شکل نشان داده و انرژی زیادی را جذب می کند. تطابق قابل قبول بین نتایج آزمایشگاهی تحت بارهای استاتیکی و چرخه ای با روشهای تحلیلی نشانگر این مطلب بود که تاثیر زاویه نواری معادل در رفتار کلی پانل های فولادی چشمگیر نبوده و رابطه ارائه شده در آئین نامه کشور کانادا به اندازه کافی قابل قبول می باشد. [19]
چن و هنگ در سال 2006 میلادی رفتار چرخه ای دیوار برشی فولادی دارای ورق میانی با حد تسلیم پایین را مطالعه کردند. ایشان آزمایشاتی را بر روی دیوار برشی مزبور انجام داده و تاثیر نسبت پهنا به ضخامت پانل، پیوستگی و نیز انواع مختلف اتصالات قاب دیوار برشی را بر روی رفتار اعضای مرزی بررسی کردند. کلیه نمونه ها دارای ظرفیت جذب انرژی خوبی بودند. [20]
نمونه های دیوار برشی فولادی با اتصالت ساده وخمشی قاب قابلیت تغییر شکل فوق العاده ای داشتند. دیوار برشی فولادی با ورق فولادی با حد تسلیم پایین قادر بود در انحراف طبقه در حدود 3 تا 6 درصد پایدار باقی بماند. ضمنا با کاهش نسبت پهنا به ضخامت از 200 به 100 مقاومت نهایی و تغییر شکل نهایی افزایش نیافت با این حال میزان جذب و استهلاک انرژی 6/1 و7/1 برابر شد.ایشان پیشنهاد کردند برای عملکرد بسیار خوب دیوار برشی فولادی در محدوده ارتجاعی و غیر ارتجاعی، نسبت پهنا به ضخامت و یا عمق به ضخامت را می توان زیر 100 در نظر گرفت.
روبرتز و صبوری قمی در سال 1992 در دانشگاه ولز انگلستان برای بررسی تاثیر بازشوها بر رفتار پانل های برشیی فولادی آنها را با روزنه های دایره ای شکل در مرکز تحت بارگذاری چرخه ای قرار دادند. [21] برای ساخت هر پانل ورق فولادی به اعضای مرزی پیچ شده و اعضای مرزی افقی و قائم نیز با اتصالات ساده به هم متصل شدند. بار چرخه ای از طریق گوشه قطری توسط یک ماشین هیدرولیک به ظرفیت 25 تن اعمال گردید.
عمق پانلها d=300mm عرض پانلها b=300mm to 450mm وضخامت ورقها نیز h=1.23mmto0.83mm انتخاب شدند. برای مقادیر تنش تسلیم ورقها 219 MPa و 152 MPa و برای D قطر بازشو های دایره ای شکل وسط ورقها، مقادیر 60mm,105mm,150mm انتخاب شد بر پایه نتایج آزمایش رابطه محافظه کارانه زیر که ضریب کاهش مقاومت دیوار برشی فولادی دارای بازشو نسبت به دیوار برشی فولادی بدون بازشو است ارائه شد.
(2-29 )
در رابطه 2-29 و به ترتیب نسبت های مقاومت و سختی یک نمونه پانل روزنه دار به نمونه پانل بدون روزنه مشابه، d عرض پانل و D قطر بازشو می باشد.