عملکرد لرزه ای و تجزیه و تحلیل دیوارهای SRAC با مقاومت بالا

دیوارهای برشی سختی جانبی بیشتری دارند و به طور گسترده به عنوان عضو اصلی مقاوم در برابر نیروی جانبی سازه ها استفاده می شوند. دیوارهای برشی به عنوان اولین خط دفاع لرزه ای در سازه ها اغلب در اثر زلزله آسیب جدی می بینند. هدف طراحی لرزه‌ای انعطاف‌پذیر سنتی، تضمین ایمنی زندگی است، که بر تغییر شکل بزرگ برای اتلاف انرژی لرزه‌ای متکی است. پاسخ غیرالاستیک قابل توجه و نسبت رانش باقیمانده دو عامل حیاتی هستند که تعمیر آن را پس از زلزله دشوار می کنند. با این حال، تغییر شکل غیر قابل جبران غیر قابل اغماض (تغییر شکل دائمی) تعمیر سازه ها را دشوار می کند و امکان تخریب سازه پس از زلزله را به طور چشمگیری افزایش می دهد [1]. زمان بر بودن تعمیر و بازسازی ساختمان ها پس از زلزله تاثیر قابل توجهی بر تولید اجتماعی و زندگی انسان خواهد داشت.

مفهوم خود محوری در ابتدا در قاب فولادی مطرح شد که عموماً با اتصال اتصالات تیر-ستون با رشته های فولادی پیش تنیده پس تنیده [2]، [3] تحقق یافت. برخی از محققان اجزای اتلاف انرژی را برای ایجاد اتصالاتی با ظرفیت اتلاف انرژی خوب و رانش باقیمانده کوچک ترکیب کردند [4، [5]، [6]. بر اساس مفهوم فوق، میلگردهای پیش تنیده یا رشته های فولادی پس تنیده به اعضای بتنی عمودی اعمال شد تا آسیب قابل کنترل پس از زلزله را متوجه شود. محققان همچنین از رشته های فولادی یا میلگردهای پیش تنیده همراه با تقویت کننده اتلاف انرژی برای کاهش آسیب های پس از زلزله و دستیابی به اتلاف انرژی پایدار استفاده کردند [7]، [8]، [9]. علاوه بر این، مطالعه Ou et al.

با این حال، تحقیقات Noguez و Saiidi [11] نشان داد که ستون‌هایی با تقویت‌کننده‌های پیش تنیدگی پس از تنش، آسیب شدیدتری در ناحیه لولای پلاستیکی متحمل شدند، که برای تعمیر نیز نامناسب بود. علاوه بر این، مواد جدیدی برای تحقیق در مورد سازه های ارتجاعی به کار گرفته شده است تا فناوری ساخت آرماتورهای پیش تنیده را ساده کرده و قابلیت اطمینان سازه ها را بهبود بخشد. ژائو و همکاران [12]، [13] عملکرد خود محوری ستون ها و دیوارها را با استفاده از میله های CFRP به دست آوردند. Hassanein و همکاران [14] دریافتند که دیوارهای تقویت شده با میله‌های GFRP در عناصر مرزی نسبت رانش باقیمانده کوچکی را نشان می‌دهند. شربتدار و همکاران[15] میله‌های CFRP و شبکه‌های CFRP را روی اتصال اعمال کرد که تغییر شکل‌پذیری بهتر و تغییر شکل باقی‌مانده کوچکی را نشان داد. اعضای بتنی با رشته های PC [16]، [17] رفتار سخت شدن رانش و نسبت رانش باقیمانده کوچکی را نشان دادند. عملکرد ارتجاعی دیوارهای برشی با میلگردهای SMA، GFRP و رشته های فولادی با استحکام بالا در [18] مقایسه شد و همه رفتار خود محوری را نشان دادند. علاوه بر این، SMA به طور گسترده در مهاربندی [19] و دمپرها [20] برای دستیابی به خود محوری استفاده شد. با این وجود، هنوز مشکلاتی در مورد مواد جدید وجود دارد. تقویت FRP ممکن است به دلیل ناهمسانگردی خواص مواد و ضریب زیاد انبساط حرارتی جانبی منجر به شکافتن ترک و پوسته شدن بتن شود [21]. علیرغم فوق الاستیسیته آن، SMA معمولاً به دلیل هزینه بالای آن تنها در برنامه های کاربردی محلی استفاده می شود [22]، [23]. علاوه بر این، مدول الاستیسیته پایین و استحکام SMA اثر نامطلوبی بر مقاومت نیروی جانبی نمونه ها داشت [22]. دیوارهای برشی پیکربندی شده با رشته های پیش تنیدگی، در حالی که عملکرد رشته ها ناپایدار بود، ممکن است در یک نسبت رانش کوچک، حتی در نسبت رانش حدود 1٪ شکست بخورند [17]. این را می توان به عنوان باز شدن رشته ها، که یک رفتار برگشت ناپذیر بود، تعبیر کرد که آنها را به عنوان تقویت طولی در سازه هایی که نیاز به افزونگی ایمنی بالا بود، نامناسب کرد.

بنابراین، برای دستیابی به عملکرد پایدار و انعطاف‌پذیر بلندمدت سازه‌ها، محققان استفاده از آرماتور با مقاومت تسلیم بالا و شیارهای مارپیچی را برای کاهش رانش باقیمانده و آسیب اجزاء پیشنهاد کردند [24، [25]. مشخص شد که چنین میله‌هایی دارای استحکام باند کمتر و استحکام تسلیم بالاتری هستند. این ویژگی‌ها تسلیم را به تأخیر می‌اندازند به طوری که میله‌ها می‌توانند خاصیت ارتجاعی خود را حتی در یک نسبت رانش بزرگ حفظ کنند و نیروی بازیابی الاستیک را برای نمونه‌ها فراهم کنند [26]. تحت همین جابجایی، کرنش تجربه شده توسط آرماتورهای طولی در لبه دیوارهای برشی به طور قابل توجهی بیشتر از ستون ها است. با فرض اینکه تقویت‌کننده‌ها در محدوده الاستیک خود باقی می‌مانند، با نیروهای بازیابی بیشتر و بازوهای نیروی بزرگ‌تر، لحظه بازیابی بیشتری را فراهم می‌کنند. و قاضی زاده و همکاران. [27]، از طریق شبیه سازی المان محدود، مشخص شد که با افزایش فاصله بین آرماتور و مرکز مقطع، قابلیت خود محوری کاهش می یابد. بنابراین، اعمال این میلگردهای فوق العاده با مقاومت (UHSB) با شیارهای مارپیچی در عناصر مرزی دیوارهای برشی، عملکرد خود محوری آشکارتری را ایجاد می کند. برای جلوگیری از تغییر شکل پلاستیکی زودرس آرماتورهای طولی در المان های مرزی، لازم است تا شروع تسلیم در آرماتورها به تاخیر بیفتد. کاهش استحکام باند UHSB ها منجر به توزیع کرنش یکنواخت تر در تقویت کننده ها شده و شروع تسلیم را به تاخیر می اندازد. در این آزمایش، پوشش ضعیف با پیوند روی سطح UHSB بیشتر اعمال شد تا پیوند بین بتن و آرماتور کاهش یابد. نشان داد که با افزایش فاصله بین آرماتور و مرکز بخش، قابلیت خود محوری کاهش می‌یابد. بنابراین، اعمال این میلگردهای فوق العاده با مقاومت (UHSB) با شیارهای مارپیچی در عناصر مرزی دیوارهای برشی، عملکرد خود محوری آشکارتری را ایجاد می کند. برای جلوگیری از تغییر شکل پلاستیکی زودرس آرماتورهای طولی در المان های مرزی، لازم است تا شروع تسلیم در آرماتورها به تاخیر بیفتد. کاهش استحکام باند UHSB ها منجر به توزیع کرنش یکنواخت تر در تقویت کننده ها شده و شروع تسلیم را به تاخیر می اندازد. در این آزمایش، پوشش ضعیف با پیوند روی سطح UHSB بیشتر اعمال شد تا پیوند بین بتن و آرماتور کاهش یابد. نشان داد که با افزایش فاصله بین آرماتور و مرکز بخش، قابلیت خود محوری کاهش می‌یابد. بنابراین، اعمال این میلگردهای فوق العاده با مقاومت (UHSB) با شیارهای مارپیچی در عناصر مرزی دیوارهای برشی، عملکرد خود محوری آشکارتری را ایجاد می کند. برای جلوگیری از تغییر شکل پلاستیکی زودرس آرماتورهای طولی در المان های مرزی، لازم است تا شروع تسلیم در آرماتورها به تاخیر بیفتد. کاهش استحکام باند UHSB ها منجر به توزیع کرنش یکنواخت تر در تقویت کننده ها شده و شروع تسلیم را به تاخیر می اندازد. در این آزمایش، پوشش ضعیف با پیوند روی سطح UHSB بیشتر اعمال شد تا پیوند بین بتن و آرماتور کاهش یابد. استفاده از این میلگردهای با مقاومت فوق العاده بالا (UHSB) با شیارهای مارپیچ در عناصر مرزی دیوارهای برشی، عملکرد خود محوری آشکارتری را ایجاد می کند. برای جلوگیری از تغییر شکل پلاستیکی زودرس آرماتورهای طولی در المان های مرزی، لازم است تا شروع تسلیم در آرماتورها به تاخیر بیفتد. کاهش استحکام باند UHSB ها منجر به توزیع کرنش یکنواخت تر در تقویت کننده ها شده و شروع تسلیم را به تاخیر می اندازد. در این آزمایش، پوشش ضعیف با پیوند روی سطح UHSB بیشتر اعمال شد تا پیوند بین بتن و آرماتور کاهش یابد. استفاده از این میلگردهای با مقاومت فوق العاده بالا (UHSB) با شیارهای مارپیچ در عناصر مرزی دیوارهای برشی، عملکرد خود محوری آشکارتری را ایجاد می کند. برای جلوگیری از تغییر شکل پلاستیکی زودرس آرماتورهای طولی در المان های مرزی، لازم است تا شروع تسلیم در آرماتورها به تاخیر بیفتد. کاهش استحکام باند UHSB ها منجر به توزیع کرنش یکنواخت تر در تقویت کننده ها شده و شروع تسلیم را به تاخیر می اندازد. در این آزمایش، پوشش ضعیف با پیوند روی سطح UHSB بیشتر اعمال شد تا پیوند بین بتن و آرماتور کاهش یابد. لازم است شروع تسلیم شدن در آرماتورها به تاخیر بیفتد. کاهش استحکام باند UHSB ها منجر به توزیع کرنش یکنواخت تر در تقویت کننده ها شده و شروع تسلیم را به تاخیر می اندازد. در این آزمایش، پوشش ضعیف با پیوند روی سطح UHSB بیشتر اعمال شد تا پیوند بین بتن و آرماتور کاهش یابد. لازم است شروع تسلیم شدن در آرماتورها به تاخیر بیفتد. کاهش استحکام باند UHSB ها منجر به توزیع کرنش یکنواخت تر در تقویت کننده ها شده و شروع تسلیم را به تاخیر می اندازد. در این آزمایش، پوشش ضعیف با پیوند روی سطح UHSB بیشتر اعمال شد تا پیوند بین بتن و آرماتور کاهش یابد.

این نوع UHSB برای دیوارهای بتن بازیافتی با مقاومت بالا (RAC) در این مقاله اعمال شد. مشخصات مواد RAC [28] و عملکرد مکانیکی دیوارهای RAC [29]، [30] به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است. Xiao و همکاران [31] به این نتیجه رسیدند که رفتار لرزه ای ستون RAC نیمه پیش ساخته برای کاربردهای مهندسی عمومی مناسب است. Qiao و همکاران [32] حداکثر مقاومت دیوارهای RAC کم ارتفاع را با استفاده از کد فعلی ارزیابی کردند که نشان می‌دهد کدهای طراحی موجود دیوارهای برشی بتنی معمولی برای دیوارهای RAC نیز قابل اجرا هستند. خو و همکاران[33] به این نتیجه رسیدند که استفاده از اعضای سازه ای ساخته شده توسط RAC در مهندسی عملی امکان پذیر است. و Xu et. al [34]، [35] همچنین اثرات متغیرها را بر روی رفتار فشاری ستون‌های RAC از طریق مدل المان محدود تحلیل کردند و فاکتورهای کالیبراسیون را برای کدهای طراحی مختلف بر اساس طراحی مبتنی بر قابلیت اطمینان پیشنهاد کردند. ترویج و بکارگیری RAC می تواند مشکل دفع زباله های ساختمانی را کاهش دهد و مزایای اجتماعی و اقتصادی خاصی را ایجاد کند. شیائو و همکاران [36] نشان داد که مدول الاستیک پایین‌تر سنگدانه‌های درشت بازیافتی (RCA) منجر به مدول الاستیک کوچک‌تر و کرنش پیک بالاتر برای RAC می‌شود که مطابق با کرنش بازده بالاتر UHSB‌ها است. الیاف فولادی به RAC برای افزایش کرنش پیک و کاهش سرعت توسعه آسیب RAC اضافه شد. مطالعات تحقیقاتی نشان داده اند که افزودن الیاف فولادی به RAC می تواند کاهش استحکام RAC را کاهش داده و چقرمگی آن را بهبود بخشد [37]. بنابراین، الیاف فولادی به نمونه‌ها در این مطالعه اضافه شد تا آسیب‌های اساسی را کاهش داده و عملکرد قابل تعمیر را بهبود بخشد. با این حال، RCA منجر به افزایش تخلخل و نفوذپذیری اکسیژن بتن می شود [38] و باعث تسریع خوردگی آرماتور در سازه های RAC می شود. اگرچه خوردگی آرماتور تأثیر کمی بر استحکام داشت، اما به طور قابل توجهی شکنندگی آرماتور را افزایش داد [39]. بنابراین، پوشش ضعیف نه تنها می تواند عملکرد اتصال را تضعیف کند، بلکه از خوردگی آرماتور نیز جلوگیری می کند و شکل پذیری آرماتور را تضمین می کند. در این مطالعه الیاف فولادی به نمونه‌ها اضافه شد تا آسیب‌های اساسی را کاهش داده و عملکرد قابل تعمیر را بهبود بخشد. با این حال، RCA منجر به افزایش تخلخل و نفوذپذیری اکسیژن بتن می شود [38] و باعث تسریع خوردگی آرماتور در سازه های RAC می شود. اگرچه خوردگی آرماتور تأثیر کمی بر استحکام داشت، اما به طور قابل توجهی شکنندگی آرماتور را افزایش داد [39]. بنابراین، پوشش ضعیف نه تنها می تواند عملکرد اتصال را تضعیف کند، بلکه از خوردگی آرماتور نیز جلوگیری می کند و شکل پذیری آرماتور را تضمین می کند. در این مطالعه الیاف فولادی به نمونه‌ها اضافه شد تا آسیب‌های اساسی را کاهش داده و عملکرد قابل تعمیر را بهبود بخشد. با این حال، RCA منجر به افزایش تخلخل و نفوذپذیری اکسیژن بتن می شود [38] و باعث تسریع خوردگی آرماتور در سازه های RAC می شود. اگرچه خوردگی آرماتور تأثیر کمی بر استحکام داشت، اما به طور قابل توجهی شکنندگی آرماتور را افزایش داد [39]. بنابراین، پوشش ضعیف نه تنها می تواند عملکرد اتصال را تضعیف کند، بلکه از خوردگی آرماتور نیز جلوگیری می کند و شکل پذیری آرماتور را تضمین می کند. اگرچه خوردگی آرماتور تأثیر کمی بر استحکام داشت، اما به طور قابل توجهی شکنندگی آرماتور را افزایش داد [39]. بنابراین، پوشش ضعیف نه تنها می تواند عملکرد اتصال را تضعیف کند، بلکه از خوردگی آرماتور نیز جلوگیری می کند و شکل پذیری آرماتور را تضمین می کند. اگرچه خوردگی آرماتور تأثیر کمی بر استحکام داشت، اما به طور قابل توجهی شکنندگی آرماتور را افزایش داد [39]. بنابراین، پوشش ضعیف نه تنها می تواند عملکرد اتصال را تضعیف کند، بلکه از خوردگی آرماتور نیز جلوگیری می کند و شکل پذیری آرماتور را تضمین می کند.

در تحقیق حاضر، مطالعه تجربی شبه استاتیکی بر روی پنج دیوار بتنی انجام شد. متغیرهای مورد مطالعه در این آزمایش عمدتاً شامل وجود الیاف فولادی، مقاومت بتن، نسبت رکاب در عناصر مرزی و بار محوری بودند. اثرات متغیرهای تحقیق بر عملکرد لرزه ای و عملکرد ارتجاعی دیوارهای مورد آزمایش قرار گرفت. در این مقاله، آسیب، منحنی‌های نیرو-جابجایی، کرنش تقویت‌کننده و شاخص عملکرد ارتجاعی نمونه‌ها مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. علاوه بر این، روش محاسبه منحنی اسکلت و مدل نیروی بازیابی در نسبت رانش 2 درصدی دیوارهای آزمایشی پیشنهاد و با نتایج آزمایش مقایسه شد.