بررسي تأثير شكل، ابعاد و موقعيت بازشو بر رفتار لرزه اي ديوار برشي فولادي متصل به تير

Investigation on the effect of the shape, size and location of openings on the seismic behavior of steel plate shear walls connected to frame beams only

در ديوار برشي فولادي متعارف، ورق فولادي به همه عضوهاي مرزي متصل مي‌باشد، ولي در ديوار برشي فولادي متصل به تير، ورق فولادي به ستون‌ها اتصال ندارد. جداسازي ورق فولادي از ستون‌ها، سبب كاهش لنگر خمشي در ستون‌ها مي‌شود كه اين موضوع از گسترش رفتار غير‌خطي در اين عضوها و شكست زودهنگام آنها جلوگيري مي‌كند. در اين پژوهش، اثر مشخصات بازشو بر رفتار لرزه‌اي ديوار برشي فولادي متصل به تير، با استفاده از مد‌ل‌سازي و تحليل اجزاي محدود، مورد مطالعه قرار گرفته است. نخست، مدل عددي با نتايج آزمايشگاهي موجود راستي‌آزمايي شد. سپس، اثر پارامترهاي شكل، ابعاد و موقعيت بازشو و همچنين ضخامت ورق فولادي، با تحليل مدل‌هاي مختلف مورد بررسي قرار گرفت. تغيير شكل بازشو از دايره به مربع، باعث افزايش مقدارهاي سختي نخستين، مقاومت بيشينه و انرژي مستهلك‌ شده گرديد. افزايش ابعاد بازشو، باعث ايجاد انحراف در مسير ميدان كشش، از روي قطر به سمت گوشه‌هاي بازشو و افت عملكرد لرزه‌اي ديوار برشي فولادي شد. بحراني‌ترين موقعيت بازشو مربوط به حالتي بود كه بازشو در مركز پانل قرار داشت؛ چنين شرايطي بيشترين اختلال را در انتقال بار از طريق عمل ميدان كشش ايجاد مي‌كرد. سرانجام، با استفاده از نتايج تحليل مدل‌هاي مختلف، روشي براي تخمين سختي و مقاومت ديوار برشي فولادي متصل به تير داراي بازشو، با استفاده از ضرايب كاهش سختي و مقاومت، بر مبناي مقدارهاي متناظر در ديوار برشي بدون بازشو پيشنهاد گرديد.

In the conventional steel plate shear walls (SPSWs), the steel plate is connected to all boundary elements, but in the steel plate shear walls connected to frame beams only (SSW-BOs) the plate is not connected to columns. The separation of the plate from the columns decreases the flexural demands of the columns and prevents the premature failure of the columns. In this paper, the effect of opening properties on the seismic behavior of SSW-BOs is studied through nonlinear finite element modeling and analysis. Based on the obtained results, initial stiffness, lateral strength and dissipated energy were higher in the specimen containing square opening compared to the one with circular opening. Moreover, increasing the opening dimension altered the tension field path from a line along the diagonal of the panel to the corners of the opening and degraded the seismic performance of SSW-BO. The most critical opening location is the central one since it disturbs the lateral load path in the panel more than any other locations. Finally, the results of numerical simulations are used to propose a simple method for estimation of the lateral stiffness and strength of SSW-BOs with openings based on the stiffness and strength reduction factors and the corresponding values of the solid SSW-BOs.