ارزیابی و مقایسه رفتار لرزه ای دیوار برشی‌های کامپوزیتی و فولادی در قاب های ساختمانی با ستون های کامپوزیت نیمه محصور

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، گروه مهندسی عمران، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران

2 دانشگاه آزاد اسلامی واحد آبادان

چکیده

هدف این تحقیق، ارزیابی و مقایسه رفتار لرزه‌ای دیوار برشی‌های کامپوزیتی و فولادی در قاب‌های ساختمانی با ستون های کامپوزیت نیمه محصور است. ابتدا رفتار عددی دیوار برشی‌های کامپوزیتی و فولادی دارای ستون‌های فولادی و کامپوزیتی نیمه محصور، بررسی و سپس پارامترهای مؤثر بر رفتار لرزهای دیوار برشی‌های کامپوزیت تحت بارگذاری چرخه‌ای، با نرم افزار آباکوس تحلیل شدند. صحت‌سنجی نرم افزار، با دو نمونه آزمایشگاهی انجام گردید. نتایج نشان داد که استفاده از ستون‌های نیمه‌محصور، به ترتیب باعث افزایش %48 و %56 در مقاومت نهایی دیوار برشی‌های کامپوزیت با پوشش بتنی یک‌طرفه و دو طرفه گردید. ضمنا، این ستون ها باعث بهبود شکل‌پذیری و استهلاک انرژی شدند. ستون‌های نیمه‌محصور موجب افزایش %15در مقاومت نهایی دیوار برشی فولادی شده و در افزایش شکل‌پذیری و استهلاک انرژی این سیستم تاثیر محدودی داشتند. افزایش ضخامت ورق فولادی دیوار برشی کامپوزیت از 2 به 4 و 4 به 6 میلی متر به ترتیب موجب بهبود %16و %14 در مقاومت نهایی، استهلاک انرژی و شکل‌پذیری دیوار برشی شدند. شکاف 11/3 میلی متر بین قاب فولادی و دیوار بتن مسلح بهینه بوده و باعث بهبود رفتار لرزه‌ای دیوار گردید؛ با کاهش قطر شکاف به 5/6 ، مقاومت سازه %1/5 کاهش و با افزایش آن به 16/9 میلیمتر، مقاومت %7 کاهش یافت. با افزایش ضخامت مقطع فولادی ستون های کامپوزیت از2 به 5 و از 5 به 8 میلی‌متر، مقاومت به ترتیب %25/3 و %12/1 افزایش نشان داد. با ازدیاد مقاومت فشاری بتن از 30 به 72/5 مگاپاسکال )%142 افزایش(، مقاومت سازه فقط %15 بیش تر شد، لذا افزایش مقاومت فشاری بتن در بهبود رفتار لرزه‌ای دیوار تاثیر اندکی داشته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation and comparison of seismic behavior of composite and steel shear-walls in construction frames with semi-enclosed composite columns

نویسندگان [English]

  • Seyed Fathollah Sajedi 1
  • Mehdi Harizavi 2
1 Associate Professor, Department of Civil Engineering,Faculty of Engineering, Islamic Azad University of Ahvaz
2 IAU of Abadan
چکیده [English]

The research purpose is to evaluate and compare the seismic behavior of composite and steel shear-walls in construction frames with semi-enclosed composite columns. The numerical behavior of composite and steel shear-walls with semi-enclosed columns was investigated and then the parameters affecting the seismic behavior of the composite shear-walls under cyclic loading were analyzed with the Abaqus software. Software validation was performed with two laboratory samples. The results showed that the use of Semi-enclosed columns increased by 48% and 56% in the ultimate strength of the composite shear-walls with unilateral and bilateral concrete. These columns improved ductility and energy depletion. The semi-enclosed columns caused a 15% increase in the ultimate strength of the steel shear-walls and had a limited impact on energy absorption. The increase in steel plate thickness of the composite shear-walls from 2 to 4 and 4 to 6 mm, resulted in 16% and 14% improvement in the ultimate strength and energy depletion, respectively. The gap of 11.3 mm between the steel frame and the concrete wall was optimum. By reducing the diameter of the gap to 6.5, the strength decreased by 1.5% and with increasing the diameter of the gap to 9.16 mm, strength dropped by 7%. By increasing the thickness of the cross-section of the composite columns from 2 to 5 and from 5 to 8 mm, the strength increased 25.3% and 12.1%, respectively. With an increase in strength of concrete from 30 to 72.5 MPa (142% increase), the structural strength increased by only 15%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Seismic behavior
  • Composite and steel shear-walls
  • Semi-enclosed composite
  • column
  • strength
  • Ductility
[1]Shafaei S, Ayazi A, Farahbod F. The effect of concrete panel thickness upon composite steel plate shear walls. Journal of Constructional Steel Research. 2016; 117:81-90.
[2]Driver RG, Kulak GL, Elwi AE, Kennedy DL. FE and simplified models of steel plate shear wall. Journal of Structural Engineering. 1998; 124(2):121-30.
[3]Timler PA, Kulak GL. Experimental study of steel plate shear walls. 1983.
[4]Driver RG, Kulak GL, Kennedy DL, Elwi AE. Cyclic test of four-story steel plate shear wall. Journal of Structural Engineering. 1998; 124(2):112-20.
[5]Astaneh-Asl A. Seismic behavior and design of composite steel plate shear walls: Structural Steel Educational Council Moraga (CA); 2002.
[6]Astaneh-Asl A, Zhao Q. Seismic studies of innovative and traditional composite shear walls. Composite and Hybrid Structures Los Angeles, California: Association for International Cooperation and Research in SteelConcrete Composite Structures. 2000:1009-16.
[7]Astaneh-Asl A. Seismic behavior and design of steel shear walls: Structural Steel Educational Council Moraga, CA; .1002
[8]Zhao Q, Astaneh-Asl A. Cyclic behavior of traditional and innovative composite shear walls. Journal of Structural Engineering. 2004; 130(2):271-84.
[9]Chen S-J, Jhang C. Cyclic behavior of low yield point steel shear walls. Thin-walled structures. 2006; 44(7):730-8.
[10]Hatami F, Sabouri S. Behavior of steel plate shear walls in earthquake due to change of rigidity of the internal storey beams. Amirkabir Journal. 2004; 15(60-2):2004-5.
[11]Alinia M, Dastfan M. Behavior of thin steel plate shear walls regarding frame members. Journal of constructional steel research. 2006; 62(7):730-8.
[12]Alinia M. A study into optimization of stiffeners in plates subjected to shear loading. Thin-walled structures. 2005; 43(5):845-60.
[13]Zhao Q, Astaneh-Asl A. Seismic behavior of composite shear wall systems and application of smart structures technology. Steel Structures. 2007; 7(2007):69-75.
[14]Chicoine T, Tremblay R, Massicotte B, Ricles JM, Lu L-W. Behavior and strength of partially encased composite columns with built-up shapes. Journal of Structural engineering. 2002; 128(3):279-88.
[15]Rahai A, Hatami F. Evaluation of composite shear wall behavior under cyclic loadings. Journal of constructional steel research. 2009; 65(7):1528-37.
[16]Arabzadeh A, Ahmadi TH, Ayazi A. The Impact of the Number and Method of Screwing on the Composite Shear Wall Behavior.  5th International Congress on Civil Engineering; Mashhad, Iran2010.
[17]Arabzadeh A, Soltani M, Ayazi A. Experimental investigation of composite shear walls under shear loadings. Thin-Walled Structures. 2011; 49(7):842-54.
[18]Rasolan I, Jamshidi HAA-A. The Effect of Height Increasing on the Flexibility and Factor of Shear-Welded Steel Structures.  Seventh National Congress of Civil Engineering; Zahedan, Iran2013.
[19]Guo L, Rong Q, Ma X, Zhang S. Analysis of composite steel plate shear walls connected with frame beams only. Proceedings of the Institution of Civil EngineersStructures and Buildings. 2013; 166(9):507-18.
[20]Deng X, Dastfan M, Driver RG, editors. Behavior of steel plate shear walls with composite columns. Structures Congress 2008: Crossing Borders; 2008.
[21]M Y, F. M-M. Investigation of coefficient of behavior and coefficient of increasing displacement in composite structures with composite columns along with steel shear walls.  10th International Congress on Civil Engineering; Tabriz, Iran2015.
[22]Prickett BS, Driver RG. Behaviour of partially encased composite columns made with high performance concrete. 2006.
[23]Hosseinzadeh S, Tehranizadeh M. Behavioral characteristics of code designed steel plate shear wall systems. Journal of Constructional Steel Research. 2014; 99:72-84.