رویکردی جدید در مطالعۀ پارامتری و تعیین عرض مؤثر بال در دیوارهای برشی بتن آرمۀ غیرمستطیلی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شریف

2 دانشجوی دکتری مهندسی سازه، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

3 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی سازه، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

چکیده

در طی سال‌های اخیر به علت افزایش کاربرد دیوارهای برشی بتن‌آرمۀ غیرمستطیلی در سازه‌ها، مطالعات آزمایشگاهی و عددی بسیاری به منظور بررسی رفتار این دیوارها صورت پذیرفته است. نتایج این پژوهش‌ها نشان می‌دهد که بسیاری از ضوابط و مقررات آیین‌نامه‌های معتبر در خصوص طراحی دیوارهای برشی بتنی، در تحلیل و برآورد رفتار دیوارهای غیرمستطیلی ناکارآمد و بعضاً غیرمحافظه‌کارانه است. از جملۀ این موارد می‌توان به روابط پیشنهادی آیین‌نامه‌ها برای عرض مؤثر بال در دیوارهای برشی غیرمستطیلی اشاره کرد. از همین رو، محققان بسیاری در این سال‌ها به مطالعۀ پارامتری عرض مؤثر بال به کمک روش‌های عددی پرداخته و روابط پیشنهادی گوناگونی را برای تخمین آن ارائه کرده‌اند. با توجه به حجم محاسباتی قابل‌توجه روش‌های عددی و زمان‌بر بودن فرآیند انجام آن‌ها، پژوهشگران با دو چالش اساسی روبه‌رو می‌شوند. نخست آن‌که به علت تعداد اندک نمونه‌های عددی معمولاً دقت روابط حاصله نیز چندان مطلوب نبوده و دربرگیرنده همه شرایط ممکن نیست. مورد دیگر آن‌که محققان به دلیل کمبود داده‌های عددی عموماً در تشخیص پارامترهای اثرگذار و وارد نمودن آن‌ها در روابط پیشنهادی خود با مشکل مواجه می‌شوند. در این مقاله به منظور رفع این چالش‌ها از یک رویکرد تحلیلی جهت مطالعه پارامتری و مشخص نمودن پارامترهای اثرگذار در مقدار عرض مؤثر بال در دیوارهای برشی بتن آرمه غیرمستطیلی استفاده شده است. در این راستا، ابتدا یک رابطه تحلیلی به منظور برآورد عرض مؤثر یک دیوار برشی غیرمستطیلی با هندسه کلی پیش از ترک‌خوردگی و در ناحیه الاستیک حاصل شده است. سپس با تکیه بر این رابطه، میزان تأثیر پارامترهای به‌ کار رفته در آن، بر روی عرض مؤثر بال ارزیابی می‌شود که بر اساس آن، طول بال مقطع و نیروی محوری وارده اثرگذارترین پارامترها در تعیین عرض مؤثر مقطع محسوب می-شوند. سپس با استفاده از آنالیز ابعادی، عرض مؤثر به صورت تابعی از کمیت‌های بی‌بعد ارائه شده است. در پایان، نیز با توجه به نتایج به دست آمده، بر روی کارایی هریک از روابط پیشنهادی توسط آیین‌نامه‌های معتبر برای عرض مؤثر بال، بحث و مقایسه‌ای صورت گرفته است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A Novel Approach to the Parametric Study on the Effective Flange Width of Non-Rectangular Reinforced Concrete Shear Walls

نویسندگان [English]

  • Alireza Khaloo 1
  • Hatef Abdoos 2
  • Mohammad Tabiee 3
1 Distinguished Professor, Department Civil Engineering, Sharif University of Technology
2 Ph.D. student of Structural Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
3 M.sc student of Structural Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

A paucity of parametric study does exist that has investigated the influential parameters affecting the effective flange width of non-rectangular reinforced concrete (RC) shear walls. Therefore, this paper attempts to present a novel approach to parametrically study the effective flange width of non-rectangular RC shear walls. In this regard, an analytical formulation has been established in the elastic region to estimate the effective flange width of a non-rectangular RC shear wall with a general geometry. Based on the proposed analytical formulation and by considering the shear-lag phenomenon, the influential parameters have then been determined which affect the stress distribution, and in turn, the effective width of the section. Moreover, a dimensional analysis has been carried out employing the Buckingham's Pi Theorem to derive the effective flange width of the section as a function of dimensionless parameters. The findings indicate that the influential parameters are respectively the flange width, axial as well as lateral force, and height of the wall which appear in the predictive formulations. Nevertheless, the exciting codes neglect the effect of the applied loading to the wall structure which fail to accurately predict the effective flange width of the wall section.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Non-rectangular Reinforced Concrete Shear Wall
  • Effective Flange Width
  • Analytical Study
  • Parametric study
  • Shear Lag
 Engineering. 145 (2019) 4018270.
[2]      A.K.H. Kwan, Shear lag in shear/core walls, Journal of Structural Engineering. 122 (1996) 1097–1104.
[3]      Khaloo, A. R., Tabiee, M, Abdoos, H. Shear lag effect on non-rectangular RC shear walls: a review of the literature, 7th international congress on civil engineering, architecture and urban development, Tehran, Iran, 2021: p. 11 [In Persian].
[4]      E. Reissner, Analysis of shear lag in box beams by the principle of minimum potential energy, Quarterly of Applied Mathematics. 4 (1946) 268–278.
[5]      Q. Song, A.C. Scordelis, Shear-lag analysis of T-, I-, and box beams, Journal of Structural Engineering. 116 (1990) 1290–1305.
[6]      H. Haji‐Kazemi, M. Company, Exact method of analysis of shear lag in framed tube structures, The Structural Design of Tall Buildings. 11 (2002) 375–388.
[7]      Q. Shi, B. Wang, Simplified calculation of effective flange width for shear walls with flange, The Structural Design of Tall and Special Buildings. 25 (2016) 558–577.
[8]      C. Liu, X. Wei, H. Wu, Q. Li, X. Ni, Research on shear lag effect of t-shaped short-leg shear wall, Periodica Polytechnica Civil Engineering. 61 (2017) 602–610.
[9]      X. Ni, S. Cao, Shear lag analysis of I‐shaped structural members, The Structural Design of Tall and Special Buildings. 27 (2018) e1471.
[10]    N. Lu, W. Li, Analytical Study on the Effective Flange Width for T-shaped Shear Walls, Periodica Polytechnica Civil Engineering. 64 (2020) 253–264.
[11]    Khaloo, A. R., Tabiee, M, Abdoos, H. Analytical study of distribution of shear lag-induced stress in non-rectangular reinforced concrete shear walls, 12th international congress on civil engineering, Mashhad, Iran. 2021: p. 8 [In Persian].
[12]    R. Constantin, K. Beyer, Behaviour of U-shaped RC walls under quasi-static cyclic diagonal loading, Engineering Structures. 106 (2016) 36–52.
[13]    R. Constantin, K. Beyer, Non-rectangular RC walls: A review of experimental investigations, in: 2nd European Conference on Earthquake Engineering and Seismology, 2014.
[14]    P.M. Gerhart, A.L. Gerhart, J.I. Hochstein, Munson, Young and Okiishi’s Fundamentals of Fluid Mechanics, John Wiley & Sons, 2020.
[15]    A.C.I. Code, Building code requirements for structural concrete and commentary, ACI318M–2011, American Concrete Institute, Detroit, Mechigan. (2011).
[16]    Iranian Concrete Code of Practice (ABA), Planning and Management Organization, PN, 120, 2001.
[17]    E. CEN, 8—Design of structures for earthquake resistance—Part 1: General rules, seismic actions and rules for building, Br. Stand. Institute, London, UK. (2004).
[18]    I. Staff, Uniform Building Code, 1994, International Code Council, 1994.
[19]    B.S. BS5400, Steel, concrete and composite bridges, Part 5, Code of practice for design of composite bridges, British Standards Institution, London. (1979).
[20]    S.S. Ray, Reinforced Concrete: analysis and design, Cambridge University Press, 1995.
دوره 6، شماره 1 - شماره پیاپی 11
در حال تکمیل
بهار و تابستان 1400
صفحه 168-193
  • تاریخ دریافت: 15 تیر 1400
  • تاریخ بازنگری: 30 مرداد 1400
  • تاریخ پذیرش: 08 آبان 1400