مطالعه تحليلي و عددي اثر ضخامت و نوع بتن پوشش بر رفتار ديوارهاي برشي فولادي كامپوزيت

An Analytical and Numerical Study on Effect of Thickness and Concrete Type of Panels on Behavior of Composite Steel Plate Shear Walls

ديوار برشي فولادي كامپوزيت يك سيستم نوين باربر جانبي و متشكل از يك ورق فولادي به همراه پوشش بتن آرمه است كه اين پوشش به يك سمت يا هر دو سمت آن توسط برش گيرهايي متصل شده است. در ديوار برشي فولادي كامپوزيت، پوشش بتني مسلح با مهار كردن ورق فولادي و جلوگيري از كمانش آن باعث افزايش ظرفيت برشي ديوار برشي فولادي تا حد تسليم برش داخل صفحه ورق به جاي كشش در راستاي ميدان كشش قطري مي‌شود. هدف از انجام اين پژوهش مطالعه تحليلي و عددي اثر ضخامت و نوع بتن پوشش، بر رفتار ديوارهاي برشي فولادي كامپوزيت است. در اين مقاله 27 مدل ديوار برشي فولادي كامپوزيت با ضخامت ورق و ضخامت بتن مختلف و نسبت عرض به ارتفاع 0/75، 1 و 1/5 در نرم افزار ABAQUS مدل­سازي و با استفاده از تحليل بار افزون مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج حاصل از پژوهش نشان مي‌­دهد كه در تمامي نسبت‌هاي عرض به ارتفاع برابر 0/75، 1 و1/5 جذب انرژي در مدل­‌هاي داراي ضخامت ورق 6 ميلي‌متر از ساير مدل‌­ها بيشتر است. نتايج همچنين نشان داد كه ضريب رفتار ديوار برشي فولادي كامپوزيت حدود 13/5 برآورد مي‌شود. در پايان رابطه‌ي نيمه تجربي براي محاسبه‌ي ضخامت بتن پوشش بر حسب ضخامت ورق فولادي به منظور جلوگيري از كمانش ورق ارائه شده است.

The composite steel plate shear wall (CSPSW) is an innovative lateral load-resisting system that is comprised of reinforced concrete (RC) panels attached to one or both sides of the system using shear connectors. Accordingly, in the CSPSW, the RC panels prevent buckling of the steel plate, and thus, the shear capacity of the plate improves by the shear yielding limit of the plate instead of tension in the direction of the diagonal tension field. Subsequently, this study is aimed to analytically and numerically investigate the effect of thickness and concrete type of panels on the behavior of the CSPSW. To this end, 27 numerical models of CSPSWs with varying thickness of steel plate and concrete panels as well as width-to-height (W/H) ratios of 0.75, 1 and 1.5 have been built using ABAQUS software and then, analyzed through the pushover analysis method. The results indicate that in all W/H ratios, the energy absorption of the models with a plate thickness of 6mm surpasses the others. Importantly, it was found that the response modification factor of the CSPSW is estimated to be 13.5. Lastly, a semi-empirical relationship was proposed to calculate the thickness of the RC panel based on that of the steel plate so that plate buckling could be prevented.