رويكردي جديد در مطالعه پارامتري و تعيين عرض موثر بال در ديوارهاي برشي بتن آرمه غيرمستطيلي

A Novel Approach to the Parametric Study on the Effective Flange Width of Non-Rectangular Reinforced Concrete Shear Walls

در طي سال هاي اخير به علت افزايش كاربرد ديوارهاي برشي بتن آرمه غيرمستطيلي در سازه ها، مطالعات آزمايشگاهي و عددي بسياري به منظور بررسي رفتار اين ديوارها صورت پذيرفته است. نتايج اين پژوهش ها نشان مي دهد كه بسياري از ضوابط و مقررات آيين نامه هاي معتبر در خصوص طراحي ديوارهاي برشي بتني، در تحليل و برآورد رفتار ديوارهاي غيرمستطيلي ناكارآمد و بعضا غيرمحافظه كارانه است. از جمله اين موارد مي توان به روابط پيشنهادي آيين نامه ها براي عرض موثر بال در ديوارهاي برشي غيرمستطيلي اشاره كرد. از همين رو، محققان بسياري در اين سال ها به مطالعه پارامتري عرض موثر بال به كمك روش هاي عددي پرداخته و روابط پيشنهادي گوناگوني را براي تخمين آن ارايه كرده اند. با توجه به حجم محاسباتي قابل توجه روش هاي عددي و زمان بر بودن فرآيند انجام آن ها، پژوهشگران با دو چالش اساسي روبه رو مي شوند. نخست آن كه به علت تعداد اندك نمونه هاي عددي معمولا دقت روابط حاصله نيز چندان مطلوب نبوده و دربرگيرنده همه شرايط ممكن نيست. مورد ديگر آن كه محققان به دليل كمبود داده هاي عددي عموما در تشخيص پارامترهاي اثرگذار و وارد نمودن آن ها در روابط پيشنهادي خود با مشكل مواجه مي شوند. در اين مقاله به منظور رفع اين چالش ها از يك رويكرد تحليلي جهت مطالعه پارامتري و مشخص نمودن پارامترهاي اثرگذار در مقدار عرض موثر بال در ديوارهاي برشي بتن آرمه غيرمستطيلي استفاده شده است. در اين راستا، ابتدا يك رابطه تحليلي به منظور برآورد عرض موثر يك ديوار برشي غيرمستطيلي با هندسه كلي پيش از ترك خوردگي و در ناحيه الاستيك حاصل شده است. سپس با تكيه بر اين رابطه، ميزان تاثير پارامترهاي به كار رفته در آن، بر روي عرض موثر بال ارزيابي مي شود كه بر اساس آن، طول بال مقطع و نيروي محوري وارده اثرگذارترين پارامترها در تعيين عرض موثر مقطع محسوب مي-شوند. سپس با استفاده از آناليز ابعادي، عرض موثر به صورت تابعي از كميت هاي بي بعد ارايه شده است. در پايان، نيز با توجه به نتايج به دست آمده، بر روي كارايي هريك از روابط پيشنهادي توسط آيين نامه هاي معتبر براي عرض موثر بال، بحث و مقايسه اي صورت گرفته است.

A paucity of parametric study does exist that has investigated the influential parameters affecting the effective flange width of non-rectangular reinforced concrete (RC) shear walls. Therefore, this paper attempts to present a novel approach to parametrically study the effective flange width of non-rectangular RC shear walls. In this regard, an analytical formulation has been established in the elastic region to estimate the effective flange width of a non-rectangular RC shear wall with a general geometry. Based on the proposed analytical formulation and by considering the shear-lag phenomenon, the influential parameters have then been determined which affect the stress distribution, and in turn, the effective width of the section. Moreover, a dimensional analysis has been carried out employing the Buckingham's Pi Theorem to derive the effective flange width of the section as a function of dimensionless parameters. The findings indicate that the influential parameters are respectively the flange width, axial as well as lateral force, and height of the wall which appear in the predictive formulations. Nevertheless, the exciting codes neglect the effect of the applied loading to the wall structure which fail to accurately predict the effective flange width of the wall section.