بررسی عددی عملکرد لرزه ای دیوارهای برشی

دیوارهای برشی بنایی تقویت‌شده (RM) معمولاً در سازه‌های بنایی به‌عنوان سیستم‌های مقاوم در برابر نیروی لرزه‌ای (SFRS) که مسئول مقاومت در برابر بارهای جانبی ناشی از باد و رویدادهای لرزه‌ای هستند، استفاده می‌شوند. بنابراین، رفتار لرزه ای کلی ساختمان های بنایی به پاسخ خمشی و برشی دیوارهای برشی بنایی تقویت شده آنها (RMSWs) بستگی دارد.

RMSW های مستطیلی به دلیل تقویت عمودی نامحدود و هندسه بلوک بنایی محدود، دارای سطوح شکل پذیری پایین و مشکلات پایداری در نسبت های رانش بالا هستند [1]، [2]. بهبود عملکرد لرزه ای دیوارهای برشی بنایی تقویت شده (RMSWs) مستلزم بهبود شکل پذیری آنها برای حفظ تغییر شکل های بالا و افزایش اتلاف انرژی در هنگام زلزله های قوی است. این را می توان با ترکیب عناصر مرزی بنایی تقویت شده (BEs) یا فلنج های دیواری در انتهای RMSW های مستطیلی به دست آورد. افزودن عناصر مرزی بنایی محدود باعث افزایش تقویت و حلقه‌های محدود می‌شود که منجر به کرنش فشاری نهایی، خرد شدن دیرهنگام بنایی و کاهش کمانش آرماتور عمودی می‌شود. این عناصر مرزی همچنین پایداری دیوار را بهبود می بخشد، عمق ناحیه فشرده سازی را کاهش می دهد. و هم انحنای و هم شکل پذیری جابجایی را افزایش می دهد. مطالعات متعددی این پیشرفت‌ها را از طریق بررسی‌های تجربی و عددی RMSW با عناصر مرزی (RMSW + BEs) نشان داده‌اند. مطالعات متعددی این پیشرفت ها را از طریق بررسی های تجربی و عددی RMSW ها نشان داده اند.

اخیراً، چندین مطالعه تجربی برای تعیین کمیت عملکرد لرزه ای RMSW + BEs [1]، [2]، [3]، [4]، [5]، [6]، [7] تحت بارگذاری سیکلی شبه استاتیک انجام شده است. شدید و همکاران [1] دریافتند که ترکیب BEها در RMSWها شکل پذیری، اتلاف انرژی و ظرفیت رانش آنها را افزایش داده و تقویت عمودی مورد نیاز را کاهش می دهد.

بانتینگ و الدخاخنی [2]، [4] تأثیر پارامترهای طراحی را بر رفتار RMSW + BEs مورد مطالعه قرار دادند. کاهش اندازه عنصر مرزی در طبقات بالا، سفتی دیوار را تا 26% کاهش داد و دو ناحیه لولای پلاستیکی ایجاد کرد. تنش محوری بالاتر مقاومت جانبی را بهبود بخشید اما ظرفیت رانش و شکل‌پذیری را محدود کرد. افزودن عناصر مرزی شکل پذیری دیوار را افزایش داد و نیروهای طراحی لرزه ای را کاهش داد. افزایش نسبت ابعاد، طول لولای پلاستیکی، جابجایی و شکل‌پذیری انحنا را افزایش داد. در مقابل، نسبت تقویت عمودی بالاتر، شکل پذیری جابجایی دیوار را کاهش داد. آلی و گالال [6] بررسی کردند که چگونه جزئیات المان مرزی (ابعاد، محصور شدن، نسبت تقویت‌کننده، مقاومت فشاری) می‌تواند اثرات نامطلوب تنش فشاری محوری بالا بر عملکرد لرزه‌ای RMSW + BEs را کاهش دهد.

آلی و گاال [5] تأثیر ویژگی های عنصر مرزی (نوع بلوک)، اتصال تقویت کننده عمودی، و نسبت دهانه برشی به عمق را بر روی رفتار چرخه ای جانبی RMSW + BEs تجزیه و تحلیل کردند. نتایج نشان داد که کاهش نسبت دهانه برشی به عمق، سختی اولیه، ظرفیت جانبی و کاهش مقاومت را بهبود بخشید اما جابجایی جانبی را محدود کرد. استفاده از بلوک های برانکارد در عناصر مرزی کمترین اثر را داشت. در همان زمان، اتصال تقویت کننده عمودی سفتی و استحکام اولیه را افزایش داد.

Albutainy و Galal [7] اثر نسبت محصور شدن BEs را بر پاسخ لرزه ای RMSW + BEs مطالعه کردند. نسبت محصور شدن بر سفتی موثر دیوارهای آزمایش شده تأثیری نداشت. یافته‌ها نشان می‌دهد که RMSW + BEs دارای شکل‌پذیری و استحکام جانبی مورد نیاز برای ساختمان‌های بنایی تقویت‌شده با ارتفاع متوسط ​​تا بلند هستند.

بر اساس ادبیات ذکر شده در بالا و بهترین دانش نویسندگان، کمبود ادبیات در مورد آزمون های تجربی متمرکز بر کمی سازی عملکرد چرخه ای جانبی RMSW + BEs تحت بارگذاری دینامیکی وجود دارد.

از سوی دیگر، مطالعات عددی زیادی وجود داشته است که عملکرد و رفتار RMSW + BEs را تحت بارگذاری دینامیکی در سطوح اجزا و سیستم مورد بررسی قرار داده است [9]، [10]، [11]، [12]، [13]. ، [14]، [15]، [16].

شدید و همکاران [9] فاکتورهای اصلاح نیروی لرزه ای را برای RMSW + BEs تحت بارگذاری دینامیکی افزایشی محاسبه کرد و آنها را با نتایج تجربی شبه استاتیکی مقایسه کرد. ده رکورد حرکت زمین لرزه از پایگاه داده تحقیقات مهندسی زلزله اقیانوس آرام (PEER) [17] برای تجزیه و تحلیل استفاده شد. رویکرد جابجایی برابر برای محاسبه ضریب اصلاح نیروی مربوط به شکل‌پذیری مورد استفاده قرار گرفتآردبه دلیل بارگذاری شبه استاتیکی نتایج نشان داد که عوامل اصلاح کلی در سیکل تجربی شبه استاتیکی بیشتر از تحلیل دینامیکی عددی برای همه دیوارها بود. شایان ذکر است، مقاطع مستطیلی با افزایش 154% و 236% افزایش یافته است، با انتهای فلنجی با افزایش 137% و 284% و RMSW + BEs با افزایش 129% و 297%.

حمزه و همکاران [18] یک بررسی عددی بر روی RMSW های مستطیلی که قبلا توسط Shedid M. [19]، Shedid و همکاران آزمایش شده بود، انجام داد. [20] و احمدی ف [21] با استفاده از سیزده رکورد زلزله توسعه یافته توسط اتکینسون [22]، [23]. در این مطالعه، سختی اولیه (کمن) سفتی نهایی (کultو عوامل اصلاح نیروی لرزه ای (آردوآر�) مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج به دلیل تفاوت های رکورد در فرکانس، بزرگی و مدت زمان متفاوت بود. با این حال، هر دو تجزیه و تحلیل شبه استاتیک و دینامیکی نسبت سختی نهایی به اولیه مشابهی را نشان دادند.کult/کمن). نسبت بین نتایج شبه استاتیک و پویا از 111/1 تا 84/3 برایکمن، 1.0 تا 2.69 برایکult، 0.86 تا 1.125 برایآردو 0.81 تا 1.31 برایآر�.

طراحی لرزه ای به کاهش نیروهای طراحی، محاسبه شده بر اساس رفتار ارتجاعی، اجازه می دهد تا اثرات شکل پذیری و اتلاف انرژی از طریق رفتار غیرکشسانی SFRSها را در نظر بگیرد. کاهش نیروهای طراحی لرزه ای دارای دو عامل است، بر اساس قوانین ملی ساختمان کانادا (NBCC 2015) [24]، یعنی عوامل اصلاح نیروی مربوط به شکل پذیری و بیش از حد مقاومت.آردوآر�، به ترتیب)، همانطور که در معادلات بیان شده است. (1)، (3)، (4).

آردنسبت بین بارهای لرزه ای است که توسط دو سیستم سختی برابر حمل می شود. یکی الاستیک و دیگری غیر کشسان است [25].آر�نسبت بین استحکام ایده آل و استحکام طراحی است، همانطور که در معادله توضیح داده شده است. (1).آردیک عنصر سازه یا با استفاده از شکل پذیری جابجایی محاسبه می شود (�Δ) یا با نسبت استحکام کشسان به مقاومت نهایی ایده آل. رویکردهای جابجایی برابر یا انرژی برابر، محاسبه شده بر اساس دوره طبیعی (تی�) ساختار (بیان شده در معادله (2)، می تواند برای محاسبه استفاده شودآرد[25]، [26]. برای سازه های کوتاه مدت (تی�<0.5sec)، رویکرد انرژی برابر برای محاسبه مناسب تر استآرد، همانطور که در معادله نشان داده شده است. (3)، در حالی که برای سازه های طولانی مدت (تی�≥0.5سهج، روش جابجایی برابر مناسب تر است، همانطور که در معادله بیان شده است. (4). با این حال، کد ساختمانی فعلی NBCC 2015 [24] رویکرد جابجایی برابر را برای همه سازه‌ها بدون توجه به فرکانس‌های طبیعی آنها اتخاذ می‌کند.آر�=سحداکثرشناسهسدتی�=2�مترکeffآرد(=ه���)=سهمعادلهه���سحداکثرشناسه=2�Δ–1آرد(=دمنسپل)=سهمعادلهدمنسپلسحداکثرشناسه=�Δ

اینجا،سداستحکام طراحی دیوار محاسبه شده بر اساس CSA S304-14 [27] با استفاده از عوامل مقاومت مصالح برای بنایی و فولاد است، که در آن سهم آرماتور فشاری در استحکام دیوار جانبی نادیده گرفته می‌شود.سحداکثرشناسهظرفیت دیوار ایده آل است،سهeqenrgوسهeqdisplاستحکام دیوار الاستیک به ترتیب با استفاده از رویکردهای انرژی برابر یا جابجایی برابر محاسبه می شودتی�از دیوار،متربار محوری اعمال شده به شتاب گرانشی است (�) نسبت، وکeffسختی موثر (یعنی سختی تسلیم ایده آل) است.

در این مطالعه، منحنی پوشش ایده‌آل چرخه‌های پسماند برای به دست آوردن مقاومت ایده‌آل، نقطه تسلیم ایده‌آل (مقاومت و جابجایی)، و سختی دیوار ایده‌آل در نظر گرفته می‌شود. ایده آل سازی پاسخ دیوار با توجه به رویکرد توصیف شده توسط میها تومازویچ [28]، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، محاسبه می شود.سحداکثرشناسهظرفیت مقاومت ایده آلی است که از منحنی الاستیک-کاملاً پلاستیکی به دست می آید.

رویکرد ایده آل سازی میها تومازویچ [28] سفتی موثر یک عنصر را با استفاده از سختی سکانسی با گسترش یک خط از مبدا تا نقطه تسلیم واقعی در منحنی پوشش بار-جابجایی محاسبه می کند. یک فلات افقی ثابت در استحکام نهایی ایده آل با سفتی سکانس تلاقی می کند. قدرت نهایی ایده آل،سحداکثرشناسه، بر اساس رویکرد اتلاف انرژی برابر محاسبه می شود که در آن انرژی دیوار واقعی و ایده آل (مناطق زیر منحنی واقعی و ایده آل) برابر فرض می شود. مقاومت نهایی ایده آل دیوار را می توان به صورت زیر محاسبه کرد:سحداکثرشناسه=کeff(Δult–Δult2–2.آenvکeff)جایی کهکeffسختی موثری است که به عنوان سختی مقطعی از مبدا تا اولین نقطه تسلیم بیرونی ترین میلگرد فولادی عمودی گرفته می شود وآenvمساحت کل زیر پوشش منحنی هیسترتیک چرخه ای تا شکست دیوار است.

هدف این مطالعه بررسی جامع عملکرد دینامیکی RMSW + BEs و ایجاد رابطه بین رفتار آنها در شرایط بارگذاری شبه استاتیکی و دینامیکی است. این تحقیق از یک رویکرد عددی، به‌ویژه روش عنصر کاربردی (AEM) در نرم‌افزار Extreme Loading for Structures (ELS) استفاده می‌کند تا RMSW + BEs قبلاً آزمایش‌شده تحت بارگذاری شبه‌استاتیک را تجزیه و تحلیل کند و رفتار آنها را به صورت عددی تأیید کند. متعاقباً، یک تحلیل دینامیکی افزایشی (IDA) برای قرار دادن دیوارها در معرض بارگذاری دینامیکی با استفاده از یک سری از رکوردهای حرکت زمین استفاده می‌شود. این مطالعه همچنین ارتباط بین رفتار این دیوارها را در شرایط بارگذاری شبه‌استاتیک و دینامیکی در حالی که تأثیر پارامترهای طراحی مختلف بر پاسخ دینامیکی آنها را بررسی می‌کند، بررسی می‌کند.