بررسی طراحی اتصال دیوارهای برشی فولادی نیمه‌پیوسته به قاب بتنی به روش عددی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد سازه، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه مازندران، بابلسر

2 دانشیار گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه مازندران، بابلسر

چکیده

یکی از روش‌های مقاوم‌سازی قاب خمشی بتن مسلح استفاده از دیوار برشی فولادی می‌باشد که به دلیل سادگی اجرا مورد توجه قرار گرفته است. در دیوارهای برشی نیمه‌پیوسته نحوه اتصال و انتقال نیرو در طبقات مجهز به دیوار برشی فولادی از اهمیت زیادی برخوردار است. در این تحقیق با استفاده از نرم‌افزار ABAQUS نحوه اتصال این دیوارها و نحوه انتقال نیرو در آن با استفاده از پیچ بررسی و کنترل شد. به همین منظور بعد از صحت سنجی مدل عددی، قاب بتنی در دو طبقه مجهز به دیوار برشی مورد بررسی قرار گرفت. این قاب در دو حالت اتصال دیوار برشی به قاب ارزیابی شد. حالت اول اتصال گیردار دیوار برشی فولادی به تیر که حالت ایده آل می‌باشد و حالت دوم که حالت واقعی می‌باشد که با استفاده از ورق اتصال فولادی روی تیر و پیچ این ورق‌ها به هم در بالا و پایین تیر انجام گرفت. پس از طراحی قطر پیچ و نیروی پیش تنیدگی آن رفتار قاب در هر دو حالت با هم مقایسه شد. برای طراحی پیچ، در ابتدا می‌بایست نیروی پیش‌تنیدگی مورد نیاز برای ممانعت از لغزش محاسبه شود که طبق آن می‌توان نیروی پیش‌تنیدگی و پیچ را طراحی کرد. همچنین می‌بایست در طراحی پیچ، اثر هم‌زمان کشش و برش لحاظ شود. نتایج عددی دو حالت قاب بتن مسلح شده با دیوار برشی فولادی نشان می‌دهد که رفتار بار-تغییر مکان هر دو حالت تقریباً بر هم منطبق هستند. همچنین میزان تنش در پیچ‌ها در حالت دوم از مقاومت پیچ کمتر می‌باشد. بنابراین این روش طراحی پیچ بر انتقال نیروی دیوار برشی بین طبقات با وجود تیر بتن مسلح ایمن و مورد قبول می‌باشد. همچنین با طراحی پیچ و نیروی پیش‌تنیدگی آن به روش مقاله حاضر، اطمینان حاصل می‌شود که تا انتهای بارگذاری هیچ‌گونه لغزش بین بتن و ورق اتصال رخ نمی‌دهد

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigating Design of Semi-Continuous Steel Shear Wall Connections to Concrete Frames by Numerical Method

نویسندگان [English]

  • yasaman najjari 1
  • Habib Akbarzadeh Bengar 2
1 M.Sc. Student, Department of Civil Engineering, University of Mazandaran, Babolsar, Iran
2 Associate Professor, Department of Civil Engineering, University of Mazandaran, Babolsar, Iran
چکیده [English]

Using steel shear walls is one way to increase the lateral load-carrying capacity of reinforced concrete moment-resisting frames and have been gaining the interest of researchers due to their excellent performance in earthquakes and ease of construction. In these shear walls, connection to the frame and force transfer between the wall and the frame are of particular interest. In this study, the connection type of these walls and transfer of forces between them and the frame via bolts were examined and controlled using the ABAQUS software. For this purpose, a two-story concrete frame equipped with steel shear walls was evaluated after verifying the numerical model. The frame was assessed under two connection conditions: the ideal state, in which the shear wall is fixed to the beam, and the realistic state, in which these shear walls are attached to the beam using connecting plates on the beams and bolts at the top and bottom of the beam. To design the bolts, first, the prestressing force needed to prevent sliding should be calculated, according to which the prestressing force and the bolts can be designed. Also, the simultaneous effect of tension and shear should be taken into account in the bolts design. .After designing the bolt diameter and prestressing force, the behaviors of the frame were compared in both cases. The numerical analysis revealed that the load-displacement behaviors in both cases were almost identical. Furthermore, the stress in the bolts in the second state was found to be lower than their strength, indicating that the bolt design method is safe and suitable for transferring forces between the shear wall and the reinforced concrete structural frame in floors. Also, by designing the bolt and its prestressing force according to the method of this paper, it is ensured that no slippage between the concrete and the connection plates occurs until the end of loading.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Concrete Frame
  • Steel Shear Wall
  • Connection Design
  • Numerical Analysis
  • Nonlinear Static Analysis

مراجع

[1] M. Bruneau, T. Bhagwagar, Seismic retrofit of flexible steel frames using thin infill panels, Engineering Structures 24(4) (2002) 443-453.
[2] 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 179 (2019) 611-624.
[3] P.A. Timler, G.L. Kulak, Experimental study of steel plate shear walls,  (1983).
[4] M. Dastfan, R. Driver, Test of a steel plate shear wall with partially encased composite columns and RBS frame connections, Journal of Structural Engineering 144(2) (2018) 04017187.
[5] J. Shin, J. Kim, K. Lee, Seismic assessment of damaged piloti-type RC building subjected to successive earthquakes, Earthquake Engineering & Structural Dynamics 43(11) (2014) 1603-1619.
[6] سلیم بهرامی, سید رضا, قلهکی, مجید. (1400). اثرات مودهای بالاتر و درجات آزادی بر نیاز انرژی در سازه‌های بتن‌آرمه با دیوار برشی فولادی. نشریه مهندسی عمران امیرکبیر, 53(10), 4143-4160.
[7] روحی, حمزه, قلهکی, مجید. (1401). ارزیابی نیازهای لرزه‌ای قاب بتن آرمه مسلح به دیوار برشی فولادی تحت زلزله‌های متوالی. نشریه مهندسی عمران امیرکبیر, 54(2), 565-604.
[8] بهمئی, جلال الدین, سیا ه پلو, نوید. (1400). مطالعه رفتار دیوارهای برشی فولادی نیمه مقید در برابر بارگذاری یکنواخت و چرخه‌ای. نشریه مهندسی عمران امیرکبیر, 53(4), 1545-1558.
[9] جری, فربد, امامی, فرشته. (1401). تاثیر پانل‌های فولادی موجدار ذوزنقه‌ای و نوع عملکرد تیر همبندی بر رفتار لرزه‌ای سیستم‌های دیوار برشی فولادی همبند. نشریه مهندسی عمران امیرکبیر, 54(8), 2915-2934.
[10] S. Sabouri-Ghomi, M. Gholhaki, Tests of two three-story ductile steel plate shear walls, Structures Congress 2008: Crossing Borders, 2008, pp. 1-12.
[11] M. Elgaaly, Thin steel plate shear walls behavior and analysis, Thin-Walled Structures 32(1-3) (1998) 151-180.
[12] A. Rahmzadeh1a, M. Ghassemieh1b, Y. Park, A. Abolmaali, Effect of stiffeners on steel plate shear wall systems, Steel and composite structures 20(3) (2016) 545-569.
[13] S.R. Salimbahrami, m. gholhaki, Effects of higher modes and degrees of freedom on energy requirement in reinforced concrete structures with steel shear wall, Amirkabir Journal of Civil Engineering 53(10) (2021) 4143-4160.
[14] M. Pourhasan shahri, A. Mansouri, Investigation on the effect of the shape, size and location of openings on the seismic behavior of steel plate shear walls connected to frame beams only, Journal of Structural and Construction Engineering 7(Special Issue 3) (2020) 53-66.
[15] h. saberi, v. saberi, m. hosseini, S. HABIBZADEH, Evaluation of the performance of perforated steel shear wall with different layers and geometric shapes of holes, Journal of Structural and Construction Engineering 8(Special Issue 1) (2021) 448-473.
[16] A. Mamazizi, S. Zabihi, Theoretical investigation of the middle panel in steel plate shear walls with two rectangular openings, Journal of Structural and Construction Engineering 8(10) (2021) 252-277.
[17]  حسین زاده, سید علی اصغر, کاظمی, علی, برخورداری, محمد علی, & میرزایی, مهدی. (1399). تأثیر آزاد کردن اتصال ورق از ستون‌ها در دیوار برشی فولادی تحت بارگذاری‌های مختلف. مهندسی سازه و ساخت, 7(شماره ویژه 2), 257-272.
[18] M. TahamouliRoudsari, M. Torkaman, A.R. Entezari, H. Rahimi, K. Niazi K, Experimental investigation of strengthening reinforced concrete moment resisting frames using partially attached steel infill plate, Structures 19 (2019) 173-183.
[19] نجاری, یاسمن, اکبرزاده بنگر, حبیب, & میراعلمی, سیده مهدیه. (1401). بررسی تأثیر دیوار برشی فلزی نیمه‌پیوسته بر عملکرد لرزه‌ای قاب‌های بتنی به روش عددی. مصالح و سازه های بتنی, 7(1), 147-162
 [20] L. Guo, Q. Rong, X. Ma, S. Zhang, Behavior of steel plate shear wall connected to frame beams only, International Journal of Steel Structures 11(4) (2011) 467-479.
[21] K. Hibbitt, I. Sorensen, ABAQUS/Standard user’s Manual Volumes I-III and ABAQUS CAE Manual, Version, 2014.
[22] K. Cheraghi, M.H. Tavana, R. Aghayari, Investigating the Effect of Low-Yield Yielding Dampers on the Seismic Behavior of Steel Frames, Periodica Polytechnica Civil Engineering  (2023).
[23] T. Jankowiak, T. Lodygowski, Identification of parameters of concrete damage plasticity constitutive model, Foundations of civil and environmental engineering 6(1) (2005) 53-69.
[24] M. TahamouliRoudsari, K. Cheraghi, M.R. Habibi, Investigation of retrofitting RC moment resisting frames with ADAS yielding dampers, Asian Journal of Civil Engineering 20(1) (2019) 125-133.
[25] M. TahamouliRoudsari, K. Cheraghi, R. Aghayari, Investigating the Retrofit of RC Frames Using TADAS Yielding Dampers, Structural Durability \& Health Monitoring 16(4) (2022) 343--359.
[26] B. Rabbat, H. Russell, Friction coefficient of steel on concrete or grout, Journal of Structural Engineering 111(3) (1985) 505-515.
[27]مقررات ملّی ساختمان ایران مبحث دهم طرح و اجرای ساختمان‌های فولادی, وزارت راه و شهرسازی معاونت مسکن و ساختمان, 1392.
[28] B. ISO, B. STANDARD, Mechanical properties of fasteners made of carbon steel and alloy steel,  (2009).
[29] مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1392، "طرح و اجرای ساختمانهای فولادی"،مقررات ملی ساختمان.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 23 فروردین 1402
  • تاریخ بازنگری: 06 خرداد 1402
  • تاریخ پذیرش: 28 تیر 1402

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار