ارزيابي و توسعه عملكرد لرزه اي سيستم نوآورانه ديوارهاي برشي و دوگانه تركيبي با استفاده از اجزاي كامپوزيت فولاد و بتن آرمه

دكتري تخصصي

سيستم نوآورانه تركيبي ديوار برشي دوگانه يكي از پيشرفته‌ترين سيستم‌هاي سازه‌اي اقتصادي مي‌باشد كه تاكنون پيشنهاد شده است. اين سيستم شامل يك ديوار برشي بتني به‌وسيله تيرهاي پيوند فولادي قابل تعويض به دو ستون مرزي متصل مي باشد. هدف اصلي طراحي اين سيستم، تحمل بارهاي جانبي با حداقل آسيب يا حتي بدون آسيب به اجزاي غيرقابل تعويض (يعني ديوار بتن آرمه و ستون هاي فولادي) است؛ در حالي كه پيوندهاي فولادي كوپله تنها اعضايي هستند كه مي توانند آسيب جدي ببينند. اين سيستم عملكرد ضعيفي در ساختمان‌هاي كم ارتفاع دارد، همچنين تحقيقات و ارزيابي‌هاي دقيقي از رفتار اين سيستم تاكنون انجام نشده است. در قسمت اول اين تحقيق، هدف اين است كه كارآمدترين سيستم‌هاي نوآرانه ديوار برشي تركيبي كه در ادبيات موضوع نيز توصيه شده، با ديوار برشي معمولي معادل مقايسه شود. علاوه بر اين، توصيه‌هاي جديدي جهت بهينه‌سازي عملكرد سيستم نوآورانه ديوار برشي تركيبي توسط يازده اصلاح بر روي پيوندها و ديوار داخلي ارائه شده است. در جهت رسيدن به ارزيابي با قابليت اعتماد بالا، يك روش مدلسازي پيشرفته همراه با آناليزهاي ديناميكي غيرخطي و شكنندگي مورد استفاده قرار گرفت. يك مدل المان محدود جديد نيز براي پيوند كامپوزيت با عملكرد برشي با استفاده از نرم افزار اپنسيس پيشنهاد شد. روش‌هاي پيشنهادي جديد عملكرد بسيار خوبي را بهخصوص در ساختمان‌هاي كم ارتفاع نشان مي‌دهند. هدف قسمت دوم اين مطالعه، آسان كردن فرآيند طراحي سيستم نوآورانه ديوار برشي تركيبي است. به اين منظور، گروهي از 120 سيستم نوآورانه ديوار برشي تركيبي تحت 100 ركورد زلزله حوزه دور انتخاب شده‌اند. چهار صد و بيست هزار تحليل تاريخچه زماني غير خطي مبتني بر روش تحليل ديناميكي افزايشي جهت ايجاد يك بانك دادهها از پاسخهاي سازهاي انجام شده است. سپس تحليل‌هاى رگرسيون غيرخطي براي سيستم‌هاي طراحي شده و طراحي نشده بكار رفته است و روابط كاربردي براي تخمين مستقيمي پاسخهاي ذيل فرمول بندي گرديد: دوره تناوب‌هاي اصلي سازه ، جابجاييهاي تسليم ، جابجاييهاي جانبي متناظر با لحظه تسليم فولاد ديوار داخلي، جابجاييهاي جانبي براي بيشينه جابجايي نسبي طبقات پيشفرض و جابجايي نسبي طبقه اول پيشفرض؛ شكل‌پذيري براي بيشينه جابجايي نسبي طبقات پيشفرض و جابجايي نسبي طبقه اول پيشفرض ، و بيشينه دوران پيوندهاي پيشفرض ؛ بيشينه دوران پيوندها در همه طبقات، جابجايي نسبي باقيمانده ، الگوي توزيع نسبي برش طبقات در راستاي ارتفاع براي شكل‌پذيري مشخص ؛ ضريب رفتار مربوط به حالت تسليم ديوار داخلي ؛ رابطه ضريب رفتار و شكل‌پذيري كلي سازه ؛ علاوه بر اين، سطوح اسيب ديوار داخلي سيستم نوآورانه ديوار برشي تركيبي نيز تهيه شده است. همچنين تاثيرات تعداد طبقات ، نسبت كوپله ، نسبت فولاد در ستونهاي مرزي ديوار داخلي ، وضعيت يكنواختي توزيع پيوندهاي برشي و طول پيوندها نيز مورد بررسي قرار گرفت . نتايج نشان مي‌دهد كه تعداد طبقات و وضعيت يكنواختي توزيع پيوندها در راستاي ارتفاع، بيشترين تاثير را بر اغلب مقادير پاسخ ها دارند. مقدار ضريب رفتار موجود براي ساختمان‌هاي كم ارتفاع، تقريبا قابل قبول است، اما در ساختمان‌هاي با ارتفاع متوسط و بلند، به شدت دست پايين گرفته شده است. قانون جابجايي مساوي آيين نامه اروپايي مقدار شكل پذيري را بيش از حد برآورد مي‌كند. رابطه پيشنهادي مربوط به ضريب رفتار و شكل‌پذيري دقت بالاتري را از رابطه آيين‌نامه اروپايي نشان مي‌دهد. يك مقايسه اقتصادي بين سيستم نوآورانه ديوار برشي تركيبي و سيستم ديوارهاي دوگانه با تير كوپله فولادي داراي پيوند قابل تعويض انجام شده است. مشاهده شد كه سيستم نوآورانه ديوار برشي تركيبي، سود اقتصادي بهتري را نشان مي‌دهد. در ادامه، يك روش جديد طراحي مبتني بر عملكرد (نيرو-جابجايي تركيبي) پيشنهاد شده و با روش طراحي موجود مقايسه شده است. نتايج حاكي از آن است كه روش طراحي پيشنهادي از روش طراحي موجود دقيق‌تر و كم‌هزينه‌تر است. با افزايش ارتفاع، اين روش طراحي، خيلي دقيق‌تر و اقتصادي‌تر خواهد بود. به طور كلي، اين مطالعه تمام خلاء هاي تحقيقاتي را در مورد اصول سيستم نوآورانه ديوار برشي تركيبي پر مي‌كند و دستورالعمل‌هاي مهمي را براي طراحان ارائه مي‌كند كه مي‌تواند كمك‌هاي بزرگي را براي استفاده از اين راه حل سازه‌اي فراهم كند.

209835

دانشگاه علم و صنعت ايران

عمران

دكتر محسنعلي شايانفر - دكتر محمد على برخوردارى