پایگاه علمی سعید سان دانلود رایگان مقالات علمی کنفرانس و ژورنال
مقاوم سازی سازه بتنی با دیوار برشی فولادی
ظرفیت دیوارهای برشی فولادی برای مقابله با خطراتی مانند زلزله، طوفان و انفجار در مقایسه با دیگر سیستم‌ها مثل قابهای ممان گیر ویژه حداقل ۲۵٪ بیشتر است. دیوارهای برشی فولادی دارای شکل پذیری بسیار بالایی هستند.
کمانش قاب مهاربندی شده (بادبند)
تجربیات نشان می‌دهد که ساختمان‌هایی که مطابق مقررات امروزی طراحی و ساخته نشده‌اند نمی‌توانند در مقابل نیروی زلزله مقاومت کرده و متحمل خسارت‌هایی می‌شوند. قابهای ممان گیر (BIB) و پانل‌های برشی فولادی ثابت شده که دارای مقاومت بالا و شکل پذیری بالا و حلقه‌های هیسترزیس ثابتی و پایداری دارد. قاب مهار شده با بادبند شامل المان‌های باربر و المان‌های مهاربندی برای بارهای جانبی هستند. بارهای محوری توسط المان‌های حمال مهار می‌شوند. تکیه گاه‌های جانبی المان، کار جلوگیری از کمانش عضو را به عهده دارد و دیوار برشی فولادی ساخته شده از LYP مانند یک المان باربر برشی زمانی که به خوبی طراحی شود، می‌تواند رفتار خوبی در برابر نیروهای لرزه‌ای داشته باشد.
مقاومت تسلیم و مقاومت نهایی فولاد LYP متاثر از نسبت کرنشی است. مقاومت نهایی پانل‌های برشی ساخته شده از فولاد LYP به سرعت بارگذاری آن بستگی دارد.
تحت بار پانلی برشی ابتدا تسلیم موضعی رخ می‌دهد و با افزایش بار کمانش پانل رخ می‌دهد و در نتیجه پانل به بیرون قوس برداشته و باعث کشش مقطع می‌شود. بعد از تسلیم شدن کامل پانل نوارهای بیرونی صفحه از همه آخر باعث جذب انرژی می‌شود. یعنی ابتدا وسط صفحه باعث جذب انرژی شده و کم کم که به نقطه تسلیم می‌رسند. این جذب انرژی به طرف پانل منتقل می‌شود که در آخر تمام صفحه به نقطه تسلیم می‌رسند. همچنین باعث اتلاف و جذب انرژی بسیار زیادی می‌شوند.
مزایای استفاده از دیوار برشی فولادی جدار نازک برای مقاوم سازی سازه‌های فولادی
با استفاده از سیستم باربر جانبی دیوارهای برشی جدار نازک می‌توان ظرفیت باربری سازه‌های ضعیف را به مقدار قابل ملاحظه‌ای افزایش داد. در مواردی که اولویت اول مقاوم سازی، افزایش ظرفیت باربری سیستم است، استفاده از ستون‌های نگهدارنده سخت‌تر برای دیوار برشی نسبت به ستون‌های نگهدارنده انعطاف پذیر ارجحیت دارد.
در مواردی که اولویت اول مقاوم سازی، افزایش ظرفیت جذب و استهلاک انرژزی است، استفاده از ستون‌های نگهدارنده انعطافپذیر برای دیوار برشی نسبت به ستون‌های نگهدارنده سخت و قوی ار جحیت دارد. البته انعطافپذیر بودن ستون‌های نگهدارنده یک محدوده بهینه دارد که در آن محدوده اولاً سختی ستونها به حدی است که ستونها توانایی نگه داشتن ورق دیوار و تشکیل میدان کششی را داشته و از کمانش کلی دیوار جلوگیری می‌کند. ثانیاً سختی ستونها آنقدر زیاد نیست که قاب نگهدارنده دیوار، تحمل نیروهای وارد شده را داشته باشد تا دچار شکست ترد دیوار شود. همچنین در مقادیر کم نیروهای برشی، سختی زیاد ستون مانع از تغییر شکل‌های مناسب برای جذب بیشتر انرژی نشود. تعیین محدوده بهینه سختی ستون‌های نگهدارنده نیاز به مطالعات بیشتری دارد. اندرکنش سازه اولیه و دیوار برشی به گونه‌ای است که موجب تقویت سازه اولیه شده و نیروهای وارد شده به اجزا سازه اولیه را تعدیل می‌کند.
مقاوم سازی دیوار برشی فولادی بازشودار با الیاف FRP به روش عددی
در دیوار برشی فولادی بازشودار با افزایش حدود هر ۳ درصد مساحت بازشو، کاهش ۳ درصدی ظرفیت برشی و کاهش ۵ درصدی سختی سیستم، کاهش ۳ درصدی جذب انرژی و کاهش یک درصدی تنش فون مایسس و همچنین افزایش یک تا ۲ درصدی کمانش خارج از صفحه به دست می‌آید.
در دیوارهای برشی فولادی تاثیر پهنا در کاهش ظرفیت‌ها بیشتر از ارتفاع بوده به طوری که بازشوهایی که پهنای کمتری دارند، ظرفیت برشی ۲ تا ۶ درصد، سختی ۶ تا ۱۱ درصد، جذب انرژی تا ۶ درصد بیشتری دارند. کمانش ۴ تا ۱۲ درصد بیشتری دارند.
در دیوارهای برشی فولادی جابه‌جایی پهنا و ارتفاع تاثیر قابل توجهی بر روی پارامتر‌ها ندارد. در دیوار برشی فولادی با ۶ تا ۱۷ درصد بازشو، ضریب اصلاح نیروی برشی برای هر پهنای تا ارتفاع ۷۰۰ میلیمتر بین ۰/۵۹ تا ۰/۸۸ تغییر می‌کند.
به طور کلی در دیوارهای برشی فولادی توزیع تنش در اعضا مرزی بسیار متغییر بوده که با افزودن انواع سخت کننده‌ها توزیع تنش در این اعضا یکنواخت می‌شود. در دیوارهای برشی فولادی بازشودار تقویت شده با FRP عموماً با اضافه شدن سخت کننده‌ها، تنش‌‌ها در دیوار به حد قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌یابد. این در حالی است که تنش‌های بزرگتری در سخت کننده‌ها به وجود می‌آید که نشان از افزایش ظرفیت پس کمانشی و توسعه بهتر عملکرد میدان کششی در ورق پر کننده آنها است.
بیشترین تاثیر بر روی کاهش کمانش خارج از صفحه را به ترتیب سخت کننده‌های افقی- قائم، قائم، ضربدری دارند.
سخت کننده‌های FRP باعث افزایش سختی الاستیک، ظرفیت برشی و مقاومت در دیوار می‌شوند.
سخت کننده‌های افقی – قائم در افزایش سختی سیستم تا ۱۵ ٪ ، جذب انرژی تا ۲۲ درصد، و ظرفیت برشی تا ۲۴ درصد بسیار موثر است. این در حالی است که این سخت کننده‌ها موثرترین نوع آرایش سخت کننده‌ها به دلیل محصور بودن محیط بازشو و پیوستگی سخت کننده‌های دور تا دور بازشو در کاهش کمانش خارج از صفحه هستند.
افزودن سخت کننده‌های قطری بر خلاف دیوار برشی فولادی بدون بازشو، بر روی کمانش خارج از صفحه در دیوار برشی بازشودار اثر چندانی ندارد. اما باعث بهبود رفتار هیسترزیس دیوار برشی شده و اضافه کردن این نوع سخت کننده به عنوان عامل تقویتی دیوارهای برشی فولادی بازشودار سبب افزایش ظرفیت باربری تا ۲۶ درصد، جذب انرژی تا ۲۲ درصد و سختی سیستم تا ۱۸ درصد می‌شود. سخت کننده‌های قطری، سبب نزدیک شدگی ستون‌های می‌شوند و میزان نزدیک شدگی توسط این نوع سخت کننده‌ها، بیش از زمانی است که از سخت کننده‌های افقی، افقی – قائم تواماً استفاده می‌شود. از این نظر استفاده از این نوع سخت کننده‌های بر معایب سیستم می‌افزاید.
سخت کننده‌های ضربدری به عنوان عامل تقویتی دیوارهای برشی فولادی بازشودار سبب افزایش ظرفیت تا ۴۸ درصد، جذی انرژی تا ۳۳درصد و سختی سیستم تا ۳۸ درصد می‌شود. دیوار برشی فولادی بازشودار تقویت شده با FRP می‌تواند با ضریب رفتار ۱۵ معادل شود.
دیوار برشی فولادی
هدف از کاربرد دیوار برشی فولادی در واقع مقابله با نیروهای برشی در طبقات ساختمانها که ناشی بار جانبی و مقاومت در برابر واژ گونی ناشی از بارهای فوق می باشد . در واقع بجای استفاده از سیستم های مهار بندی معمولی شامل دیوارهای برشی بتنی ، باد بندهای ضربدری ، بادبندهای خروج از مرکز و قابهای خمشی می توان از این سیستم استفاده کرد که کشورهای پیش گام در این امر آمریکا و ژاپن هستند . در مقایسه با سیستم قاب خمشی تا حدود ۳۵ درصد و در بعضی جاها نیز تا ۵۰ درصد صرفه جویی در مصرف فولاد را در ساختمانها به همراه داشته است . از نظر اجرایی سیستم بسیار ساده است و هیچ گونه پیچیدگی خاصی در اجرای آن وجود ندارد و مهندسان و تکنسین ها و کارگران فنی با داشتن دانش موجود بدون نیاز به مهارت جدید می توانند اجرا نمایند . دیوار برشی فولادی را می توان در ساختمانهای بتنی اجرا نمود در جایی که اجرای دیوار برشی بتنی وقت زیاد را می طلبد ، سیستم فوق سریعتر و تمیز تر اجرا می شود . هم چنین سیستم همه خصوصیات مثبت مهاربندهای همگرا واگرا مانند x ، v ، ۸ و غیره را به لحاظ کارائی و اجرا دارا می باشد و در خیلی از موارد عملی کرد بهتری دارد ، بعضی از نتایج مهمی که توسط پروفسور ابوالحسن آستانه استاد دانشگاه برکلی بدست آمده اند به شرح ذیل می باشند :
- سیستم شکل پذیری بسیار بالایی دارد و در نتیجه قدرت جذب انرژی بسیار زیادی دارد بنابراین سیستم می تواند بسیار اقتصادی و با بازدهی مناسب در مقابل بارهای جانبی مقاومت کند .
- سیستم سختی اولیه بسیار بالایی دارد و به همین دلیل جابجایی جانبی سازه بسیار کاهش می یابد وکلا سیستم صلبیت خوبی دارد .
- در مقایسه با دیوار های برش بتن آرمه بسیار سبک تر است و درنتیجه وزن ساختمان کم می شود و نیروی کمتری به ستونها و فونداسیون هنگام وقوع زلزله وارد می شود .
- بدلیل استفاده از بلت ها و یا جوشکاری در اجرای دیوارهای برش و فولادی سرعت اجرا بسیار بالا می رود و هزینه ساختمان کاهش می یابد و همه این نتایج نشان می دهد که سیستم بازدهی خوبی دارد.
- بدلیل ضخامت کم دیوار برش فولادی د رمقایسه با دیوارهای برش بتن آرمه از لحاظ معماری فضاهای کمتری را اشغال می کند بخصوص در ساختمانهای بلند که ضخامت دیوار برش در طبقات پائین بالا می رود و فضای زیادی بخصوص در طبقه پائین را اشغال می کند .
- در مقایسه با دیوار برش بتن آرمه ، دیوار برش فولادی بسیار سریعتر و آسانتر اجرا می شود ، به خصوص در جایی که ساختمانها هر لحظه در معرض خطر زلزله هستند .
- سیستم در مقایسه با سایر انواع مهاربندی ها بازدهی بالاتری دارد . این سیستم هم چنین در مناطق سردسیر که دمای زیر صفر دارد و احتمال یخ زدگی بتن وجود دارد بسیار مناسب و اقتصادی است . از سال ۱۹۷۰ تاکنون در آمریکا و ژاپن تعدادی از ساختمانهای مهم ساخته شده که از دیوارهای برشی فولادی استفاده گردیده است. دو نمونه از این ساختمانها زلزله های بزرگی را تحمل کرده اند بدون اینکه آسیب سازه ای به آنها وارد شده باشد.