مطالعه پارامتریک عددی اجزا محدود برای بررسی عملکرد دیوار برشی فولادی در قاب بتن‌آرمه.

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی سازه، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

2 عضو هیات علمی دانشگاه سمنان

3 استاد

چکیده

مطالعات انجام شده در زمینه عملکرد دیوارهای برشی فولادی، نشان دهنده سختی و ظرفیت باربری بالا و شکل پذیری و قابلیت جذب انرژی قابل توجه این سیستم جانبی لرزه‌ای بوده است. بر این اساس در سال‌های اخیر استفاده از دیوارهای برشی فولادی در سازه‌های بتن‌آرمه نیز موردتوجه محققان قرارگرفته است. در این مقاله برای اتصال دیوار برشی فولادی به قاب بتن‌آرمه دو روش اتصال مختلف با تحلیل عددی موردبررسی قرار گرفت. در اتصال اول، دیوار برشی فولادی به وسیله گل‌میخ‌هایی که در تیرها و ستون‌ها قرارگرفته‌اند و در اتصال دوم، با خاموت‌های اتصال که در قسمت‌های میانی خاموت‌های اصلی تیرها و ستون‌ها جای‌گذاری شده‌اند، به قاب بتنآرمه متصل گردید. رفتار اتصالات با استفاده از تحلیل اجزای محدود غیرخطی مورد مطالعه قرار گرفت. مطالعه پارامتریک انجام شده، ضخامت دیوار برشی فولادی و طول اتصال ورق فولادی پرکننده در ستون‌ها می‌باشد. نتایج نشان داد که استفاده از هر دو روش اتصال باعث افزایش چشمگیر ظرفیت و سختی نمونه‌ها نسبت به قاب بتن‌آرمه اولیه شده است. بررسی نتایج تغییر در طول اتصال ورق فولادی پرکننده به ستون‌ها نشان داد که نیازی به استفاده از گل‌میخ‌ها و خاموت‌های اتصال در کل ارتفاع ستون نبوده و با حذف گل‌میخ‌ها و خاموت‌های اتصال در نواحی میانی می‌توان با اتصال در طولی معادل 0/2 یا 0/3 ارتفاع آزاد ستون در دو انتهای ستون به نتایج مشابه دست یافت. همچنین ضریب رفتار سیستم دوگانه قاب بتن‌آرمه ویژه با دیوار برشی فولادی 8 تخمین زده شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical finite element parametric study to investigate the performance of SPSW in RC frame

نویسندگان [English]

  • Benyamin Kioumarsi 1
  • majid gholhaki 2
  • Ali Kheyroddin 3
1 Department of Civil Engineering, Structural engineering, Semnan University, Semnan, Iran
3 استاد دانشگاه سمنان
چکیده [English]

Studies conducted on the performance of Steel Plate Shear Walls (SPSWs) indicate high stiffness, capacity, ductility and significant potential of energy absorption of this lateral seismic system. In this regard, using SPSWs in Reinforced Concrete (RC) structures has recently been considered by researchers. In this paper, two different connection types have been proposed and numerically investigated to connect SPSW to RC frame (RCF). In the first type connection, SPSW has been connected to RCF by a few studs through fish plates. However, in the second type, it has been connected to RCF by additional stirrups, which has been welded to the endplate. The behavior of connections has been evaluated using non-linear finite element analysis (NLFEA). A parametric study has been conducted on the thickness of SPSWs and the placement of studs and stirrups through the length of columns. Results of the specimens with different types of connections demonstrated that using both connection types leads to a prominent increase in stiffness and capacity comparing to the reference RCF. Investigating the placement of studs and stirrups showed that there is no need to use studs and stirrups in whole column height. Similar results can be obtained by connection in a length of 0.3 or 0.2 of the column clear height. The dual system behavior factor of special RCF with SPSW was estimated to be 8.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Steel plate shear wall (SPSW)
  • Non-linear finite element analysis (NLFEA)
  • Reinforced concrete frame (RCF)
  • behavior factor
  • Ductility
[1] P. Timler, G.L. Kulak, Experimental study of steel plate shear walls, Dept. of Civ. Engrg., Uni versity of Alberta, Edmonton, Alta., Canada., 1983.
[2] L.J. Thorburn, C. Montgomery, G.L. Kulak, Analysis of steel plate shear walls, Dept. of Civ. Engrg., University of Alberta, Edmonton, Alta., Canada., 1983.
[3] S. Sabouri-Ghomi, M. Gholhaki, Tests of two three-story ductile steel plate shear walls, in:  Structures Congress 2008: Crossing Borders, 2008, pp. 12-1.
[4] M. Elgaaly, Thin steel plate shear walls behavior and analysis, Thin-Walled Structures, 180-151 (1998) (3-1)32.
[5] R.G. Driver, G.L. Kulak, D.L. Kennedy, A.E. Elwi, Cyclic test of four-story steel plate shear wall, Journal of Structural Engineering, 120-112 (1998) (2)124.
[6] A. Arabzadeh, M. Soltani, A. Ayazi, Experimental investigation of composite shear walls under shear loadings, Thin-Walled Structures, 854-842 (2011) (7)49.
[7] M. Bruneau, T. Bhagwagar, Seismic retrofit of flexible steel frames using thin infill panels, Engineering Structures,24(4)(2002) 344-354
[8] B. Kioumarsi, M. Gholhaki, A. Kheyroddin, M. Kioumarsi, Analytical study of building height effects over Steel Plate Shear Wall Behavior, International Journal of Engineering and Technology Innovation, 263-255 (2016) (4)6.
[9] A. Formisano, G. De Matteis, S. Panico, F. Mazzolani, Seismic upgrading of existing RC buildings by slender steel shear panels: A full-scale experimental investigation, Advanced Steel Construction, 45-26 (2008) (1)4.
[10] A. Formisano, G. De Matteis, F. Mazzolani, Numerical and experimental behaviour of a full-scale RC structure upgraded with steel and aluminium shear panels, Computers & structures, 1360-1348 (2010) (24-23)88.
[11] I.-R. Choi, H.-G. Park, Cyclic loading test for reinforced concrete frame with thin steel infill plate, Journal of Structural Engineering, 664-654 (2011) (6)137.
[12] T. Görgülü, Y.S. Tama, S. Yilmaz, H. Kaplan, Z. Ay, Strengthening of reinforced concrete structures with external steel shear walls, Journal of Constructional Steel Research, 235-226 (2012) 70.
[13] C.-H. Li, A.-C. Wu, K.-C. Tsai, Experimental Investigation on the Seismic Retrofit of Existing Reinforced Concrete Buildings Using Steel Plate Shear Walls, in:  Improving the Seismic Performance of Existing Buildings and Other Structures 2015 ,2015, pp. 692-681.
[14] A. Formisano, F.M. Mazzolani, On the selection by MCDM methods of the optimal system for seismic retrofitting and vertical addition of existing buildings, Computers & Structures, 13-1 (2015) 159.
[15] M. Dastfan, R. Driver, Test of a Steel Plate Shear Wall with Partially Encased Composite Columns and RBS Frame Connections, Journal of Structural Engineering, 04017187 (2017) (2)144.
[16] M. Bypour, M. Gholhaki, M. Kioumarsi, B. Kioumarsi, Nonlinear analysis to investigate effect of connection type on behavior of steel plate shear wall in RC frame, Engineering Structures, 624-611 (2019) 179.
[17] I. Choi, H. Park, Steel Plate Shear Walls with Various Infill Plate Designs, Journal of Structural Engineering, .531)7( )9002( 587-697
[18] D. Systèmes, Abaqus 6.14–Analysis Users’s Guide, Providence, Rhode Island,  (2013).
[19] C. An, X. Castello, M. Duan, R.D. Toledo Filho, S.F. Estefen, Ultimate strength behaviour of sandwich pipes filled with steel fiber reinforced concrete, Ocean Engineering, 135-125 (2012) 55.
[20] B.S.S. Council, NEHRP Recommended Provisions for Seismic Regulations for New Buildings and Other Structures (FEMA 450): Provisions/Prepared by the Building Seismic Safety Council, Building Seismic Safety Council, National Institute of Building Sciences, 2004.
[21]  C.-M. Uang, Establishing R (or R w) and C d factors for building seismic provisions, Journal of structural Engineering, 117(1) (1991) 19-28.
[22]  N.M. Newmark, Earthquake spectra and design, Earthquake Eng. Research Institute, Berkeley, CA,  (1982).