آزمایش آزمایشی قاب های هیبریدی فولادی-چوبی

سازه های چوبی در سال های اخیر به دلیل نگرانی جهانی در مورد انتشار دی اکسید کربن و تأثیر آن بر محیط زیست، محبوبیت جهانی پیدا کرده اند [1]، [2]. تحقیقات مختلفی در مورد مواد چوبی، اتصالات و سیستم های سازه ای برای گسترش دانش سازه های چوبی انجام شده است. راه حل های متنوعی برای تسهیل استفاده از سازه های چوبی در شهرهای مدرن پیشنهاد شده است [3]، [4]، [5]. سازه‌های چوبی کم‌آسیب نیز برای بهبود مقاومت لرزه‌ای سازه‌های چوبی ساخته‌شده در مناطق زلزله‌خیز و افزایش قابلیت تعمیر آن‌ها پس از حوادث بزرگ مورد مطالعه قرار گرفته‌اند.

فناوری پس تنیده (PT) برای اولین بار در سازه های چوبی انبوه به عنوان فناوری Pres-Lam توسط محققان در نیوزلند مورد استفاده قرار گرفت [6]. تاندون های فولادی PT برای ایجاد اتصالات خمشی بین اجزای سازه ای مانند دیوار-فنداسیون، تیر-ستون و ستون-فنداسیون استفاده می شود. هنگامی که لحظه اتصال به لحظه کاهش فشار می رسد، یک شکاف در رابط بین اجزا ایجاد می شود. عناصر دمپر اغلب در سراسر رابط نصب می شوند تا از باز شدن شکاف استفاده کرده و انرژی را تلف کنند. اجزای اصلی سازه الاستیک باقی می مانند و تنها تعویض میراگرها پس از زلزله های بزرگ مورد نیاز است. سازه های چوبی PT (که سازه های چوبی خود محور نیز نامیده می شود) دارای دو سیستم اصلی مقاوم در برابر بار جانبی هستند: (1) دیوارهای برشی چوبی PT و (2) قاب های چوبی PT. در پروژه Pres-Lam، دیوارهای برشی چوب روکش چند لایه (LVL) همراه با تاندون های PT استفاده شد. دیوارهای تک و دوتایی PT LVL مجهز به دمپرهای مختلف مورد آزمایش قرار گرفتند [7]، [8]. بررسی جامع دیوارهای PT LVL در [9] موجود است. علاوه بر این، رفتار تکان دادن کارآمد پانل های چوبی متقاطع (CLT) استفاده از آن را در سیستم دیوار PT تسریع کرد. پروژه‌های دیواری PT CLT متعددی انجام شده است: آزمایش‌های چرخه‌ای بر روی دیوارهای تک PT CLT با استفاده از میله‌های فولادی ملایم خارجی، صفحات خمشی U شکل (UFPs) [10]، یا فنرهای دیسکی [11]، [12]، [13] ، آزمایش های چرخه ای روی دیوارهای دوبل PT CLT با UFP یا دمپرهای براکت X در وسط [14]، [15]، [16]، [17]، آزمایش های چرخه ای بر روی یک دیوار PT CLT چهار طبقه C شکل مجهز به UFP و پیچ‌های شیب‌دار (STSs) [18]، [19]، [20] و آزمایش‌های دینامیکی روی سیستم‌های دیواری دو طبقه PT CLT [21، [22].

در مقایسه با تحقیقات گسترده در مورد دیوارهای چوبی PT، تحقیقات در مورد قاب های چوبی PT نسبتاً محدود است. یکی از چالش‌های ترویج کاربرد قاب چوبی PT، قابلیت اطمینان عملکرد بلندمدت آن است. با توجه به خزش چوب، به ویژه در جهت عمود بر دانه، از دست دادن بالقوه نیروهای PT در سیستم های قاب ممکن است قابل توجه باشد. طبق آزمایش بلند مدت دیویس و همکاران. [23]، مجموع تلفات نیروی PT نمونه قاب LVL در سال اول در یک محیط کنترل نشده 9٪ بود. تلفات نیروی PT به دلیل خزش تیر LVL که به موازات دانه تنش می شود تنها 2٪ بود در حالی که 7٪ باقیمانده به دلیل خزش ستون LVL عمود بر دانه بود. مشاهدات مشابهی در آزمایش طولانی مدت بر روی قاب های چوبی چسبانده شده با چسب PT (GLT) یافت شد. وانینگر و همکاران [24] گزارش داد که مجموع از دست دادن نیروی PT در یک قاب GLT در طی یک سال 11٪ بود که 2٪ در پرتو GLT و 9٪ در ستون GLT بود. ژنگ و همکاران [25] یک آزمایش طولانی مدت دو ساله بر روی اتصالات تیر-ستون PT GLT انجام داد و همچنین مشخص شد که خزش عمود بر دانه در وجه ستون، بخش اصلی کل تغییر شکل وابسته به زمان را تشکیل می دهد.

چالش مهم دیگر در توسعه قاب‌های چوبی PT مربوط به سختی جانبی محدود و قابلیت‌های اتلاف انرژی آنها است [26]، [27]، [28]. این محدودیت ها را می توان به ضعف ذاتی چوب در جهت عمود بر دانه نیز نسبت داد. از آنجایی که نیروهای PT در ناحیه تماسی که به طور مداوم کاهش می‌یابد به افزایش ادامه می‌دهند، مشاهده خرد شدن محلی چوب در سطح ستون اتصالات چوب PT معمول است [26]. در فاز اولیه پروژه Pres-Lam [9]، از صفحات فولادی ضخیم برای تشکیل ستون زرهی برای اتصال PT LVL استفاده شد. اقبال و همکاران [29] بیشتر تأثیر دو تقویت کننده عمود بر دانه را مورد بررسی قرار داد: (1) زره فولادی. (2) پیچ های خودکشی بلند، از طریق آزمایش های بارگذاری چرخه ای در اتصالات داخلی PT LVL. ترکیب استفاده از صفحات فولادی ضخیم و پیچ های بلند برای به دست آوردن اثرات تقویت بهینه پیشنهاد شد. به جز استفاده از آرماتورهای فلزی، Wanninger et al. [30] همچنین پیشنهاد کرد که بخشی از ستون را با بلوک های چوبی جایگزین کند. نتایج تجربی آنها کارایی روش تقویت را تایید کرد. نویسندگان این مطالعه یک راه حل ترکیبی فولاد و الوار برای تقویت ستون اتصالات چوب PT [31]، [32] پیشنهاد کردند. یک پانل فولادی از طریق اتصالات میله ای (GIR) به ستون های چوبی بالا و پایین متصل شد. مشابه اتصالات لنگر مورد استفاده در سازه های مرکب بتن یا فولاد و چوب [33]، [34]، [35]، اتصالات GIR با طراحی خوب پتانسیل ایجاد راه حل های متنوع را نشان داده است، به عنوان مثال، اتصالات شکل پذیر در انتهای تیر [36] ، در پایه پا [37]، یا به عنوان اتصال دهنده های سفت و سخت بین یک قاب چوبی و یک مهاربند فولادی [38]. بنابراین اتصالات GIR در راه حل فولاد-چوب توسط نویسندگان به تصویب رسید. پس از پس‌کشیدن تاندون‌های فولادی، تیر چوب را می‌توان مستقیماً روی پانل فولادی فشار داد تا اتصالات هیبریدی فولاد PT-چوب تشکیل شود. مشخص شد که محلول هیبریدی باز شدن شکاف را آسان‌تر در محل اتصال تسهیل می‌کند، سفتی اتصال را افزایش می‌دهد و از دست دادن نیروی PT پس از بارگذاری چرخه‌ای را به حداقل می‌رساند. اهداف اولیه روش‌های مختلف تقویت در قاب‌های چوبی دو مورد است: جلوگیری از خرد شدن چوب در ستون و افزایش حد بالایی نیروی PT اولیه که می‌تواند به قاب اعمال شود. در نتیجه، عملکرد جانبی قاب چوبی PT را می توان بهبود بخشید. راه حل دیگر برای افزایش عملکرد جانبی قاب چوبی PT استفاده از اعضای مقاوم اضافی است. پونزو و همکاران [39]، [40] ابتدا امکان معرفی مهاربندهای میرایی و سختی اضافی (ADAS) را که به عنوان مهاربندهای اتلافی نیز نامیده می‌شوند، در قاب‌های PT GLT بررسی کردند. مجموعه‌ای از آزمایش‌های میز لرزش در دانشگاه بازیلیکاتا انجام شد. این پروژه شامل سه مرحله برای بررسی عملکرد دینامیکی بود: (1) قاب GLT فقط PT (برچسب شده به عنوان نمونه F). (2) قاب PT GLT با دمپرهای نصب شده در هر دو رابط تیر-ستون و ستون-پایه (برچسب شده به عنوان نمونه D). (3) قاب PT GLT مجهز به بریس های ADAS (با برچسب نمونه های BF). مشخص شد که قاب PT GLT مهاربندی شده دارای عملکرد جانبی قابل مقایسه با دیوارهای PT تحت سطح زمین لرزه پایه طراحی (DBE) است. زیرا حداکثر رانش بین طبقه ای این دو سیستم به یکدیگر نزدیک بود. نتایج آزمون میز لرزش نشان داد که مهاربندهای ADAS سفتی و اتلاف انرژی قاب PT GLT را افزایش می‌دهند. بر اساس نتایج تجربی، Ponzo و همکاران. [41]، [42] مدل‌های عددی را به ترتیب در سیستم باز برای شبیه‌سازی مهندسی زلزله (OpenSees) و Sap2000 توسعه دادند. هر دو مدل به خوبی عملکرد دینامیکی نمونه‌های F، DF و BF را نشان دادند. سپس یک روش طراحی دقیق لرزه ای توسط Ponzo و همکاران ارائه شد. [43] برای تسهیل طراحی قاب های PT GLT مجهز به مهاربندهای ADAS. [42] مدل‌های عددی را به ترتیب در سیستم باز برای شبیه‌سازی مهندسی زلزله (OpenSees) و Sap2000 توسعه دادند. هر دو مدل به خوبی عملکرد دینامیکی نمونه‌های F، DF و BF را نشان دادند. سپس یک روش طراحی دقیق لرزه ای توسط Ponzo و همکاران ارائه شد. [43] برای تسهیل طراحی قاب های PT GLT مجهز به مهاربندهای ADAS. [42] مدل‌های عددی را به ترتیب در سیستم باز برای شبیه‌سازی مهندسی زلزله (OpenSees) و Sap2000 توسعه دادند. هر دو مدل به خوبی عملکرد دینامیکی نمونه‌های F، DF و BF را نشان دادند. سپس یک روش طراحی دقیق لرزه ای توسط Ponzo و همکاران ارائه شد. [43] برای تسهیل طراحی قاب های PT GLT مجهز به مهاربندهای ADAS.

تحقیق پونزو و همکاران. [39]، [40] پتانسیل معرفی زیرسیستم های اضافی مقاوم در برابر بار جانبی را به سازه های چوبی برجسته کردند. راه حل ترکیبی فولاد و الوار نیز با موفقیت در ادغام زیرسیستم های مختلف با هم برای دستیابی به عملکرد ساختاری بیشتر کارآمد به اثبات رسیده است. اقبال و همکاران [44] پیشنهاد استفاده از صفحات فولادی پرکننده با قاب های چوبی برای به دست آوردن یک سیستم مقاوم در برابر بار جانبی بهبود یافته را پیشنهاد کرد. از طریق شبیه‌سازی عددی در پلت‌فرم OpenSees، ترکیب صفحه فولادی 2 میلی‌متری با قاب‌های گرانشی به عنوان یک راه‌حل معقول برای برآوردن الزامات لرزه‌ای در نسبت رانش بین طبقاتی در نظر گرفته شد. دونگ و همکاران [45] عملکرد لرزه ای قاب چوبی مهاربندی شده با مهاربندهای کمانشی (BRBs) را بررسی کرد. تحقیقات تجربی و عددی تأثیر اتصالات قاب مهاربندی را بر عملکرد کلی سیستم بررسی کردند [46]. روش طراحی مبتنی بر جابجایی مستقیم (DDBD) نیز برای سیستم قاب چوبی مهاربندی شده BRB سفارشی شد [47]. آبرایک و اقبال [48] رفتار لرزه ای قاب های چوبی مجهز به مهاربندهای آلیاژ حافظه شکل (SMA) را بررسی کردند. رفتار دینامیکی قاب با مهاربندهای شورون معکوس، مهاربندهای X و مهاربندهای K مقایسه شد. نتیجه گیری شد که قاب چوبی مهاربندی شده K بهترین کنترل را بر روی حداکثر نسبت رانش بین طبقاتی دارد. گیلبرت و همکاران [38] ادغام مهاربندهای اصطکاکی در قاب های چوبی سنگین را برای بهبود عملکرد جانبی آنها پیشنهاد کرد. از طریق آزمایش های بارگذاری چرخه ای بر روی قاب های مهاربندی شده GLT،

تحقیق ابتکاری انجام شده توسط پونزو و همکاران. [39]، [40] در مورد استفاده از بریس های ADAS و گیلبرت و همکاران. [38] در مورد اتصالات GIR منجر به توسعه یک جهت تحقیقاتی شده است که هدف آن ترکیب مهاربندهای ADAS با محلول اتصال ترکیبی فولاد و چوب برای بهبود بیشتر عملکرد جانبی سیستم قاب PT GLT است. همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، محلول اتصال ترکیبی فولاد و الوار یک هدف دوگانه دارد: از فشرده شدن ستون چوب در جهت عمود بر دانه جلوگیری می کند و اتصال مهاربندهای ADAS به قاب PT GLT را تسهیل می کند. در این مطالعه، دو نمونه قاب با مقیاس 2/3 برای چهار آزمایش بارگذاری چرخه‌ای معکوس تهیه شد. نمونه اول یک قاب چوبی معمولی PT و نمونه دوم یک قاب هیبریدی فولاد-چوب PT با مهاربندهای ADAS بود. از آنجایی که نمونه‌ها به‌عنوان سیستم‌های مقاوم در برابر بار لرزه‌ای با آسیب کم طراحی شدند، تعمیر پس از اولین آزمایش انجام شد و نمونه‌های تعمیر شده مجدداً برای بررسی عملکرد بازیابی آنها آزمایش شدند. هدف برنامه آزمایشی ارزیابی عملکرد بهبود یافته قاب هیبریدی پیشنهادی با مهاربندهای ADAS در مقایسه با قاب PT معمولی بود. بررسی فعل و انفعالات بین مهاربندهای ADAS و قاب هیبریدی. و قابلیت تعمیر چنین محلول قاب هیبریدی کم آسیب را مطالعه کنید. هدف برنامه آزمایشی ارزیابی عملکرد بهبود یافته قاب هیبریدی پیشنهادی با مهاربندهای ADAS در مقایسه با قاب PT معمولی بود. بررسی فعل و انفعالات بین مهاربندهای ADAS و قاب هیبریدی. و قابلیت تعمیر چنین محلول قاب هیبریدی کم آسیب را مطالعه کنید. هدف برنامه آزمایشی ارزیابی عملکرد بهبود یافته قاب هیبریدی پیشنهادی با مهاربندهای ADAS در مقایسه با قاب PT معمولی بود. بررسی فعل و انفعالات بین مهاربندهای ADAS و قاب هیبریدی. و قابلیت تعمیر چنین محلول قاب هیبریدی کم آسیب را مطالعه کنید.