بررسي عددي رفتار ديوار برشي فولادي نازك به همراه ورق اتصال جاذب انرژي

Numerical investigation of thin steel plate shear wall behaviour equipped with energy absorption connection plate

ديوارهاي برشي فولادي در كنار مزاياي ذاتي شكل‌پذير بودن و افزايش جذب انرژي سيستم باربرجانبي، داراي نقص‌هايي نظير كمانش در مراحل اوليه بارگذاري و ايجاد تقاضاي زياد نيروي برشي براي ستون مي‌باشند. در راستاي برطرف نمودن اين موارد، اتصال خمشي جديد با استفاده از ورق فولادي ذوزنقه‌اي شكل در قالب مدل‌هاي عددي سيستم ديوار برشي فولادي تحت بارگذاري مونوتونيك و چرخه‌اي مورد بررسي قرار مي‌گيرد. هدف اصلي از بررسي اين مورد، ارائه‌ي يك سيستم از ديوار برشي فولادي با ضخامت كم است كه ظرفيت و جذب انرژي مشابه با نمونه‌ي اتصال مستقيم باشد و در عين حال، ناحيه‌ي مفصل پلاستيك در ورق اتصال متمركز شود و اين قطعه همانند يك فيوز عمل نمايد. برخلاف روش مرسوم در سيستم‌هاي ديوار برشي فولادي، اتصال ورق ديوار فولادي به ستون برقرار نشده است و از سخت‌كننده‌هاي جانبي عمودي براي ارتقاء عملكرد آن استفاده شده است. همچنين از سه ضخامت مختلف براي ورق اتصال استفاده شده است. مدل عددي المان محدود با هشت نمونه‌ي آزمايشگاهي اعتبارسنجي شد و از نظر ظرفيت باربري، سختي الاستيك و مود تسليم تطبيق مناسبي برقرار شد. نتايج تحليل‌هاي استاتيكي غيرخطي بر روي مدل‌ها توسعه داده شده نشان دادند كه استفاده از ورق اتصال توانست همانند يك عضو جاذب انرژي عمل نمايد و المان‌هاي مرزي را از ورود به ناحيه‌ي پلاستيك باز دارد. از اين‌رو استفاده از المان‌ ستون مرزي با ابعاد كمتر امكان‌پذير است. همچنين نيازي به رعايت ضابطه‌ي تيرضعيف-ستون قوي و استفاده از ورق‌هاي پيوستگي يا مضاعف در چشمه‌ي اتصال ستون نيست. در نهايت، مشخص شد كه روابط ارائه شده در آئين‌نامه‌ي AISC براي تخمين زاويه‌ي ميدان كششي و ظرفيت برشي 7 تا 25 درصد كمتر از واقعيت مي‌باشد.

Although steel plate shear walls have the inherent advantages of formability and increasing the energy absorption of the lateral load system, there are some shortcomings such as buckling in the early stages of loading and high demand for shear force of the column. In order to address these cases, a new moment connection using steel trapezoidal plate in the form of numerical models of steel shear wall system under monotonic loading and cycles is presented. The main aim of this study is to provide a system of low-thickness steel shear wall that has the same capacity and energy absorption in accordance with the direct connection sample, while at the same time concentrate the plastic joint area on the connection plate. The connection plate acts like a fuse. In spite of conventional steel shear wall systems, the connection of the steel wall plate to the column has not been established and vertical lateral stiffeners have been used to improve its performance. Also, three different thicknesses used for the connection plate. The finite element numerical model was validated with eight test specimens and a good accuracy was established in terms of load-bearing capacity, elastic stiffness, and failure mode. The results of nonlinear static analyses on the developed models showed that the use of the connection plate was able to act as an energy-absorbing member and prevent the boundary elements from entering the plastic status. Therefore, the use of lower cross-section of column elements is possible. There is also no need to follow a weak beam- strong column rule and to use continuous or doubler plates in the panel zone of the column. Finally, it was found that the relationships presented in the AISC regulations are less than 7% to 25% for estimating the angle of the tensile field and the shear capacity.