ارزيابي عددي و آزمايشگاهي ديوار برشي فولادي با بازشوهاي دايره‌اي تحت بار چرخه‌اي

Numerical and Experimental Investigation of Multi-Perforated Steel Shear Wall Under Cyclic Loading

سيستم ديوار برشي فولادي يك سيستم باربر جانبي است كه به سبب داشتن مزايايي از جمله شكل‌پذيري مناسب، سختي زياد، ميزان مقاومت برشي و جذب انرژي بالا همواره مورد توجه محققين بوده است. از سال 1980 ميلادي كه تحقيقات پايه برروي ديوار برشي فولادي بدون سخت‌كننده صورت پذيرفت، پيوسته پژوهشگران در صدد بهبود رفتار اين سيستم، افزايش كارآيي و بهره‌وري آن بوده‌اند. از جمله اقداماتي كه در جهت افزايش كارآيي و بهره‌وري ديوار برشي فولادي صورت پذيرفت، ايجاد بازشو بر روي ورق دروني بود. تحقيقات بر روي ديوار برشي فولادي داراي بازشو در اوايل دهه ي 90 ميلادي با مطالعات صبوري قمي و رابرتز بر روي اين سيستم آغاز گرديد. در سال‌هاي اخير يك نمونه ديوار برشي فولادي با بازشوهاي منظم دايره اي شكل يا ماتريسي توسط محققان دانشگاه بوفالو آمريكا مطرح شده و مورد آزمايش قرار گرفت. از اين نوع بازشو علاوه بر سيستمي جهت عبور تاسيسات در مواردي كه ضخامت ورق مورد نياز طراحي در دسترس نباشد مي‌توان استفاده نمود، به گونه‌اي كه ورق ضخيم همراه با بازشوهاي دايره اي شكل جايگزين ورق نازك بدون بازشو مي‌گردد. در اين مقاله نيز به جهت مطالعات بيشتر بر روي بازشوهاي منظم دايره اي شكل، تاثير اينگونه بازشو بر روي رفتار سيستم ديوار برشي فولادي مورد ارزيابي قرار مي‌گيرد. بدين منظور يك نمونه ديوار برشي فولادي با بازشوهاي دايره‌اي طراحي و ساخته شده سپس در مركز تحقيقات سازه دانشگاه اروميه تحت بارگذاري چرخه اي قرار گرفت. علاوه بر مطالعات آزمايشگاهي رفتار اين نوع سيستم به صورت تحليل عددي و با استفاده از نرم افزار المان محدود ABAQUS بررسي گرديده است. در نهايت نتيجه‌ي هر دو تحليل آزمايشگاهي و عددي با روش تيوري آناليز پلاستيك سازه مقايسه شده است. نتايج بدست آمده حاكي از تطابق مناسب پوش منحني هيسترزيس در دو تحليل عددي و آزمايشگاهي بوده همچنين نشان دهنده‌ي محافظه‌كارانه بودن روابط روش آناليز پلاستيك و يا ضرايب كاهشي اعمال شده بر اين روابط به سبب وجود بازشو و كاهش مقطع تير مي‌باشد.

Steel Shear Walls are a lateral resistance system in frames that has attracted many researchers’ attention owing to advantages such as appropriate ductility, high stiffness, significant shear strength and energy absorption. Since the early 1980s, when key researches on unstiffened Steel Shear Wall (SPSW) were under considerations, researchers were continously trying to improve the performance and efficiency of this system. One of these efforts was the creation of the opening in infill plate. Studies on perforated-SPSW began in the early 1990s by the experiments of Sabouri and Roberts. Recently a perforated-SPSW which having some circular openings was presented and examined by the researchers of Buffalo University. In addition to a system for passing the utility through the infill plate, this kind of opening is useful when a required thinner plate is not available, so it can be possible to substitute a proper multi-perforated Steel Shear Wall with a solid plate. This paper presents results of a research on the effect of multi openings on the performance of SPSW. Beside the experimental investigation a numerical study was conducted using the well-known ABAQUS finite element program was conduvted. Eventually the results of numerical and experimental studies were compared with the Plastic analysis’ conclusion. Results show a good agreement between experimental and numerical hysteresis and envelop curves. Furthermore, the Plastic analysis reduction factors seem to be conservative.