Parametric Study of Composite Shear Wall with Embedded Steel Truss

Journal of Structural and Construction Engineering, 8(6), 2021, pp. 191-203 Journal of Structural and Construction Engineering www.jsce.ir Parametric Study of Composite Shear Wall with Embedded Steel Truss Hosseinali Rahimi Bandarabadi1*, Behrooz Ahmadi-Nedushan2, Sahar Mirmoeini3 1- Assistant Professor, Yazd University, Yazd, Iran 2- Associate Professor, Yazd University, Yazd, Iran 3- M.Sc. Student of Structural Engineering, Yazd University, Yazd, Iran ABSTRACT ARTICLE INFO Shear walls can be designed to have sufficient bearing capacity and deformation and absorb energy due to nonlinear shear-bending and axial load - bending, interactions. However, in the event that reinforced concrete walls do not have sufficient seismic resistance, the effective solution is to use new composite wall options. The use of steel trusses, consisting of steel columns and embedded steel brace in the reinforced concrete shear wall is one of the types of composite shear walls. In this study, seismic behavior of composite shear wall with embedded steel truss is investigated. For this purpose, various models of these walls have been modeled using finite element method at 5, 10 and 15 storys. The influence of various factors such as bracket area, column area, and axial load ratio on the performance of this system against lateral loads is evaluated. The influence of various factors such as brace area, column area, and axial load ratio on the performance of this system against lateral loads is evaluated. The results show the steel braces to increase lateral bearing capacity and column steel has been more effective in absorbing energy. Axial load had a greater effect on increasing the initial hardness. But , to avoid the adverse effects on ductility behavior, the axial load ratio must be limited to the medium level. Receive Date: 11 October 2019 Revise Date: 15 February 2020 Accept Date: 23 February 2020 All rights reserved to Iranian Society of Structural Engineering. doi: 10.22065/JSCE.2020.204775.1968 *Corresponding author: Hosseinali Rahimi Bandarabadi Email address: Keywords: Composite shear wall; Steel truss; Finite element analysis; Full cohesion; Seismic behavior. ‫نشریه علمی – پژوهشی مهندسی سازه و ساخت‪ ،‬دوره ‪ ،8‬شماره ‪ ،6‬سال ‪ ،1044‬صفحه ‪ 111‬تا ‪240‬‬ ‫نشریه مهندسی سازه و ساخت‬ ‫(علمی – پژوهشی)‬ ‫‪www.jsce.ir‬‬ ‫مطالعه پارامتریک دیوار برشی مرکب با خرپای فوالدی مدفون‬ ‫حسینعلی رحیمی بندر آبادی‪ ،*1‬بهروز احمدی ندوشن‪ ،2‬سحرمیرمعینی‬ ‫‪ -1‬استادیار‪ ،‬دانشگاه یزد‪ ،‬یزد‪ ،‬ایران‬ ‫‪3‬‬ ‫‪ -2‬دانشیار‪ ،‬دانشگاه یزد‪ ،‬یزد‪ ،‬ایران‬ ‫‪ -3‬دانشجوی کارشناسی ارشد سازه‪ ،‬دانشگاه یزد‪ ،‬یزد‪ ،‬ایران‬ ‫چکیده‬ ‫دیوارهای برشی را به علت برهمکنش غیرخطی برشی – خمشی و بارمحوری‪-‬خمشی‪ ،‬میتوان برای داشتن ظرفیت تحمل بار و تغییر‬ ‫شکل و اتالف انرژی کافی طراحی کرد‪ .‬اما ب ااینحال‪ ،‬در شرایطی که دیوارهای بتن مسلح دارای مقاومت لرزهای کافی نیستند‪ ،‬راهحل‬ ‫مؤثر استفاده از گزینههای جدید دیوار مرکب است‪ .‬استفاده از خرپای فوالدی‪ ،‬متشکل از ستون فوالدی و مهاربند ضربدری بهصورت‬ ‫مدفون در دیوار برشی بتن مسلح یکی از انواع دیوار برشی مرکب بشمار میرود‪ .‬در این پژوهش به بررسی رفتار لرزهای دیوار برشی مرکب‬ ‫با خرپای فوالدی مدفون پرداختهشده است‪ .‬بدین منظور مدلهای مختلفی از این دیوارها در ارتفاع ‪ 5‬و ‪ 11‬و ‪ 15‬طبقه‪ ،‬با استفاده از‬ ‫روش اجزا محدود مدلسازی شده است و تأثیر عوامل مختلف ازجمله مساحت مهاربند‪ ،‬مساحت ستون و نسبت بارمحوری بر رفتار این‬ ‫سیستم در برابر بارهای جانبی ارزیابیشده است‪ .‬نتایج نشان میدهد فوالد مهاربند در افزایش ظرفیت باربری جانبی و فوالد ستون در‬ ‫میزان جذب انرژی مؤثرتر بوده است‪ .‬بارمحوری در افزایش سختی اولیه تأثیر بیشتری داشته است ولی برای جلوگیری از اثر نامطلوب بر‬ ‫رفتار شکلپذیر‪ ،‬نسبت بارمحوری باید به سطح متوسط محدود شود‪.‬‬ ‫کلمات کلیدی‪ :‬دیوار برشی مرکب‪،‬خرپای فوالدی‪،‬آنالیز اجزا محدود‪ ،‬چسبندگی کامل‪ ،‬رفتار لرزهای‬ ‫شناسه دیجیتال‪:‬‬ ‫سابقه مقاله‪:‬‬ ‫دریافت‬ ‫بازنگری‬ ‫پذیرش‬ ‫انتشار آنالین‬ ‫چاپ‬ ‫‪1311/10/11‬‬ ‫‪1311/11/22‬‬ ‫‪1311/12/10‬‬ ‫‪1311/12/10‬‬ ‫‪1011/12/31‬‬ ‫‪10.22065/JSCE.2020.204775.1968‬‬ ‫‪doi:‬‬ ‫*نویسنده مسئول‪:‬‬ ‫پست الکترونیکی‪:‬‬ ‫‪112‬‬ ‫‪https://dx.doi.org/10.22065/jsce.2020.204775.1968‬‬ ‫حسینعلی رحیمی بندآبادی‬ ‫‪‬‬ ‫نشریه علمی – پژوهشی مهندسی سازه و ساخت‪ ،‬دوره ‪ ،8‬شماره ‪ ،6‬سال ‪ ،1044‬صفحه ‪ 111‬تا ‪240‬‬ ‫انجمن مهندسی سازه ایران‬ ‫صاحبامتیاز‬ ‫‪ -1‬مقدمه‬ ‫نسل جدید سیستمهای مقاوم در برابر بار جانبی‪ ،‬دیوارهای برشی مرکب است‪ .‬این دیوارها معموالً شامل دیوار برشی فوالدی‬ ‫مرکب و دیوار برشی بتن آرمه با المان مرزی فوالدی میباشند‪ .‬در این تحقیق نوع دیگری از سیستم دیوار مرکب مورد بررسی قرار گرفته‬ ‫است که در آن خرپای فوالدی برای جایگزینی ورق فوالدی‪ ،‬در دیوارهای بتن مسلح جاسازی شده است‪ .‬همانطور که در شکل ‪ 1‬نشان‬ ‫داده شده است؛ این خرپا شامل ستون و مهاربند ضربدری است‪.‬‬ ‫شکل‪ :1‬دیوار کامپوزیت با خرپای مدفون]‪[1‬‬ ‫با ترکیب خرپای فوالدی به جای ورق فوالدی در دیوار برشی بتن مسلح‪ ،‬صرفه جویی قابل توجهی در مواد فوالدی می شود و هم‬ ‫چنین توانایی سازه بهبود مییابد چنین نوع دیوارهای مرکبی در برخی از ساختمانهای مشهور در چین مانند مرکز کنوانسیون بینالمللی‬ ‫در شهر دالیان استفاده شده است]‪ .[1‬با این حال به ندرت در مورد این نوع دیوار برشی مرکب تحقیقاتی انجام شده است‪ .‬به منظور بررسی‬ ‫رفتار دیوار برشی مرکب با خرپای مدفون در این تحقیق مطالعه پارامتریک انجام شده است‪.‬‬ ‫‪ -2‬مطالعات پیشین‬ ‫یان تیان وو و همکاران رفتار لرزهای سازههای بتن مسلح را با خرپای فوالدی سرد نورد شده محبوس در بتن بررسی کردند‪ .‬نتایج‬ ‫آزمون نشان داد که خرپای فوالدی محبوس شده به طور مؤثر میتواند به بهبود شکل پذیری و ظرفیت جذب انرژی تأثیر بگذارد‪ .‬اما افزایش‬ ‫بیشتر نسبت حجمی فوالد نمیتواند به طور قابلتوجهی خرابی و الگوی شکست دیوار را تغییر دهد‪ .‬استفاده از صفحات فوالدی مشبک با‬ ‫زاویههای موازی با مهاربند در افزایش قابلیت شکلپذیری و اتالف انرژی مناسب هستند[‪.]2‬‬ ‫ژانگ جونگ جین نمونه هایی از جمله یک دیوار اصلی بتن مسلح و یک دیوار بتنی با هسته خرپای فوالدی جاسازیشده را مورد‬ ‫آزمایش قرار دادند‪ .‬نتایج آزمایش نشان داد که خرپای فوالدی جاسازی شده به طور قابل توجهی عملکرد لرزهای دیوارهای بتنی را در‬ ‫ظرفیت باربری‪ ،‬اتالف انرژی و حالت خسارت به طور قابل توجهی افزایش میدهد‪ .‬در مقایسه دیواراصلی‪ ،‬ظرفیت باربری دیوارها با افزایش‬ ‫‪ 20۷3‬درصدی‪ ،‬نسبت میرایی معادل دیوارهای اصلی در نقطه تسلیم و نقطه حد نهایی به ترتیب ‪ ٪ 11۷1‬و ‪ ٪ 0۷1‬افزایش یافتند[‪.]3‬‬ ‫ژانگ تاوو دو دیوار کامپوزیت برشی مختلف (نسبت ابعاد) که ترکیبی از خرپای فوالدی ‪ I‬شکل و پشتیبانی فوالد تخت جوش‬ ‫داده شده‪ ،‬مورد آزمایش قرار داد‪ .‬تنش نمونهها در شبیهسازی آرماتورها و فوالد دیوار برشی مرکب با ستونهای خارجی در مراحل مختلف‬ ‫بارگذاری‪ ،‬بررسی شد‪ .‬این مطالعه میتواند مبنایی برای توسعه یک مدل دقیق ساده شده باشد [‪.]0‬‬ ‫ژانگ جیان با توجه به اینکه نسبت بار محوری فشاری همواره عنصری حیاتی در طراحی لرزهای برشی دیوار بوده است‪ .‬مطالعات‬ ‫تجربی بر روی رفتار لرزهای پنج دیوار برشی متوسط با ضریب فشاری باال انجام شد‪ ،‬شامل یک دیوار برشی ساده‪ ،‬یک دیوار برشی با قاب‬ ‫نشریه علمی – پژوهشی مهندسی سازه و ساخت‪ ،‬دوره ‪ ،8‬شماره ‪ ،6‬سال ‪ ،1044‬صفحه ‪ 111‬تا ‪240‬‬ ‫‪110‬‬ ‫صاحبامتیاز‬ ‫انجمن مهندسی سازه ایران‬ ‫فوالدی و یک دیوار برشی با خرپای فوالدی‪ .‬فرمولهای ظرفیت با (...truncated)