مطالعۀ تأثیر راستای نوارهای پوشش پرسلانی بر مقاومت جانبی دیوار برشیِ فولادی سرد نورد شده تحت بار ثقلی ثابت به روش آزمایشگاهی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تفت، یزد، ایران

2 گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد یزد، یزد، ایران

3 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه کوئینزلند، استرالیا

چکیده

بدلیل تمایل زیاد سازندگان به استفاده از مصالح بومی برای پوشش قاب‌های فولادی سبک که علاوه بر فراوانی و دستیابی آسان بتوان با آن نمای طرح سنگ، آجر و غیره را نیز برای یکپارچگی با نمای سایر بخش‌های موجودِ بنا در بحث توسعۀ ساختمان‌ها ایجاد نمود در این تحقیق سیستم قاب فولادی سبک با پوشش سازه‌ای جدیدی از جنس پرسلان مطرح می‌شود. برای مورد استفاده قرار گرفتن این سیستم نوین توسط طراحان سازه، شناخت رفتار لرزه‌ای آن ضروری است. برای همین دو نمونه دیوار برشی فولادی سرد نورد شدۀ تمام مقیاس با ابعاد 2/4×1/2 متر دارای پوشش سرامیک پرسلان با پیکربندی‌های‌‌ مختلف و تحت الگوی بارگذاری جانبی چرخه‌ای استاندارد همزمان با اعمال بار ثقلی ثابت مورد آزمایش قرار داده ‌شده‌اند. سرامیک پرسلان مقاومتی چندین برابر مقاومت سنگ گرانیتی را با چگالی کمتر دارد بنابر این همان مقاومت سنگ را با ضخامت و وزن کمتر تأمین می‌کند ضمن اینکه بر خلاف سنگ مقاومت یکپارچه و قابل اطمینانی نیز دارد چونکه بدلیل صنعتی بودن فاقد رگه است. در این تحقیق ضمن محاسبۀ شکل‌پذیری و ضریب ‌رفتار با استفاده از نتایج حاصل از آزمایش نمونه‌ها، اثر لرزه‌ای راستای سرامیک‌های مستطیلی شکلِ پوشش قاب که می‌توانند در نوارهای افقی یا در نوارهای قائم اجرا شوند مورد بررسی قرار می‌گیرد. بررسی‌ها نشان می‌دهد اجرا یا نصب این پوشش پرسلانی به صورت نوارهای قائم به جای نوارهای افقی منجر به حدود 50 درصد کاهش جذب انرژی و اُفت نزدیک 18 درصد مقاومت جانبی نهایی می‌شود بدون اینکه تأثیری بر ضریب ‌رفتار دیوار برشی داشته باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Study of the Effect of Porcelain Sheathing Direction on the Lateral Resistance of Cold-Formed Steel Shear Wall under Constant Gravity Loading by Experiment

نویسندگان [English]

  • saeedreza sowlat-tafti 1
  • Mohammadreza Javaheri-tafti 2
  • hamidreza ronagh 3
1 Department of Civil Engineering, Taft Branch, Islamic Azad University, Yazd, Iran.
2 Civil Eng. Deprt., Yazd Branch, Islamic Azad Univ., Yazd, Iran.
3 School of Civil Engineering, The University of Queensland, Brisbane, Australia
چکیده [English]

The lateral behavior of cold-formed steel shear wall is dependent on several factors including the type of sheathing used. However, only a limited number of sheathing types have been studied using specific installation method. In this study, due to the high demands of builders to use local materials for sheathing light steel frames, which, in addition to being abundant and easy to obtain, can also create a variety of designs such as stone or brick to match the facade of existent parts of the building, two full-scale samples of cold-formed steel shear walls in dimensions of 1.2×2.4 meters sheathed by porcelain ceramic with different configurations have tested under combined constant gravity loading and standard cyclic lateral loading regime. After calculation of ductility and response factors by using of specimens tests results, The seismic effect of the sheathing rectangular pieces orient, which can be installed in either horizontal or vertical strips, is investigated. The study also evaluates the failure modes of the systems. The results of the tests show that porcelain sheathing pieces installation in vertical strips instead of horizontal strips causes a decrease of approximately 50% in Energy Dissipation and 18% in ultimate lateral resistance without effect on seismic response modification factor, R.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cold-formed steel shear wall
  • porcelain sheathing
  • hysteretic cycle
  • sheathing strips direction
  • constant gravity loading
 [1] Gad E.F., et al.; “Lateral performance of cold-formed steel-framed domestic structures”, Eng.  Structures. 21 (1) (1999) 83–95.
[2] Esmaeili M.A., Javaheri-tafti M.R., et. al.; “Investigation of the effect of mortar size on the cyclic behavior of a brick shear wall in a cold-formed steel frame using experimental studies”, J. Iranian   society of civil engineering, 63 (2021) 30–44., http://isceiran.org/article_148868.html, in Persian.
[3] Ronagh H.R., et al.; “Lateral force resisting systems in lightweight steel frames: recent research  advances”, Thin-Walled Structures. 130 (2018) 231–253.
[4] Ronagh H.R., et al.; “Numerical models for lateral behavior analysis of cold-formed steel framed walls: state of the art, evaluation and challenges”, Thin-Walled Structures. 138 (2019) 252–285.
[5] AISI-S400; “North American Standard for Seismic Design of Cold-Formed Steel Structural Systems”, The American Iron and Steel Institute, Washington, DC: 2015.
[6] BHRC.; “cold-formed light steel structures design and construction code (structural)”, NO.612, Tehran: Building and Housing Research Center, 2013, https://sama.mporg.ir/sites/publish/SitePages/ZabetehView.aspx?mdid=4877, in Persian
[7] Pan C.L., Shan M.Y.; “Monotonic shear tests of cold-formed steel wall frames with sheathing”, Thin-Walled Structures 49 (2) (2011) 363–370.
[8] Baran E., Alica C.; “Behavior of cold-formed steel wall panels under monotonic horizontal loading”, J.Constr. Steel Res. 79 (2012) 1–8.
[9] Mohebbi S., et al.; “Experimental work on single and double sided steel sheathed cold-formed steel shear walls for seismic actions”, Thin-Walled Structures. 91 (2015) 50–62.
[10] Esmaeili Niari S., Rafezy B., Abedi K.; “Seismic behavior of steel sheathed cold formed steel shear wall: experimental investigation and numerical modeling”, Thin-Walled Structures. 96 (2015) 337–347.
[11] Javaheri-tafti M.R., et al.; “An experimental investigation on the seismic behavior of cold-formed steel  walls sheathed by thin steel plates”, Thin-Walled Structures. 80 (2014) 66–79.
[12] Zhang W., et al.; “Experiments and simulations of cold-formed steel wall assemblies using corrugated steel sheathing subjected to shear and gravity loads”, J. Structures Eng. 143 (3) (2017).
[13] Zeynalian M., Ronagh H.R.; “Seismic performance of cold formed steel walls sheathed by fiber-cement board panels”, J. Constr. Steel Res. 107 (2015) 1–11.
[14] Xu Z., et al.; “Seismic performance of high-strength lightweight foamed concrete filled cold-formed steel shear walls”, J. Constr. Steel Res. 143 (2018) 148–161.
[15] Xu Z., Chen Z., Yang S.; “Seismic behavior of cold-formed steel high-strength foamed concrete shear  walls with straw boards”, Thin-Walled Structures. 124 (2018) 350–365.
[16] AISI.; “Standard for cold-formed steel framing—lateral design”, Washington, DC: American Iron and Steel Institute, 2004.
[17] AISI.; “Standard for cold-formed steel framing general provisions”, Washington, DC: American Iron  and Steel Institute, 2004.
[18] AISI.; “Standard for cold-formed steel framing—header design”, Washington, DC: American Iron and Steel Institute, 2004.
[19] AISI.; “Standard for cold-formed steel framing—wall stud design”, Washington, DC: American Iron and Steel Institute, 2004.
[20] AISI.; “Standard for cold-formed steel framing—truss design”, Washington, DC: American Iron and Steel Institute, 2004.
[21] FEMA-450.NEHRP; “recommended provisions for seismic regulations for new buildings and other  structures”, Part 1: provisions. USA: Building Seismic Safety Council, 2003.
[22] FEMA-P750. NEHRP; “recommended seismic provisions for new buildings and other structures”, USA, Washington, DC: Building Seismic Safety Council, 2009.
[23] TI809-07; “Design of cold-formed load bearing steel systems and masonry veneer/steel stud walls”, US Army Corps of Engineers, Engineering and Construction Division, Washington, DC: 1998.
[24] AS/NZS4600; “Cold-formed steel structures”, AS/NZS 4600. Australian Building Codes Board: 2005.
[25] Uang C.M.; “Establishing R (or Rw) and Cd factors for building seismic provisions”, Journal of  Structural Engineering, 1991, 117(1):19–28.
[26] FEMA-356; “Pre standard and commentary for the seismic rehabilitation of building”, USA, Building  Seismic Safety Council: 2000.
[27] Ayatollahi S.R., Usefi N., Ronagh H.R., et. al.; “Performance of gypsum sheathed CFS panels under combined lateral and gravity loading”, J. Constr. Steel. Res., https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2020.106125
[28] Nassara A., Krawinkler H.; “Seismic demands for SDOF and MDOF systems”, United States, 1991, 24.
[29] Miranda E., Bertero V.; “Evaluation of strength reduction factors for earthquake-resistant design”,  Earthquake Spectra, 1994, 10(2):357–79.
[30] Newmark N., Hall W.; “Earthquake spectra and design. Berkeley”, CA: Earthquake Engineering  Research Inst., 1982.
[31] Zeynalian M., Ronagh H.R.; An experimental investigation on the lateral behavior of knee-braced cold- formed steel shear walls, Thin-Walled Structures, 51 (2012) 64–75.
[32] ASTM E2126-07; “Standard test methods for cyclic (reversed) load test for shear resistance of walls for buildings”, USA, 2007, P. 13.
[33] Yu w.w.; “cold-formed steel design”, Mirghaderi R., Iran, 2009, p .840, in Persian.