ارزیابی کارایی دیواره های ساختمانی پر با عناصر فیوز ساختاری بر اساس تست بار چرخه ای صفحه ای Performance Evaluation of Different Masonry Infill Walls with Structural Fuse Elements Based on In-Plane Cyclic Load Testing
- نوع فایل : کتاب
- زبان : فارسی
- ناشر : MDPI
- چاپ و سال / کشور: 2014
توضیحات
رشته های مرتبط: مهندسی عمران، سازه و مدیریت ساخت
این مقاله عملکرد مفهوم فیوز ساختاری توسعه یافته برای استفاده به عنوان یک سیستم جداسازی لرزه ای در طراحی و مقاوم سازی دیوارهای ساختمانی پر را بررسی می کند. یک برنامه آزمایشگاهی توسعه یافته و برای مطالعه رفتار سیستم فیوز ساختاری تحت بارهای چرخه ای و ارزیابی عملکرد سیستم با مواد ساختمانی مختلف اجرا شده است. تست های چرخه ای با اعمال بارهای جابجایی کنترل شده در طبقات اول، دوم و سوم فریم تست فولادی سه طبقه ی دو دهانه با دیوارهای اجری پر با استفاده از پروتکل بارگیری شبه استاتیک انجام شد تا یک پاسخ حالت اولیه در سیستم ساختاری ایجاد نماید. مطالعه پارامتری نیز با جایگزینی پنل های اجری پر با دیوارهای پر ساخته شده از واحد های ساختمانی بتنی و بلوک های بتنی سبک اتوکلاو و اعمال لودهای افزایشی یکنواخت ، جایجایی کنترل شده در طبقه بالای فریم تست کامل شد. کلمات کلیدی: دیوارهای پر ساختمانی؛ جداسازی لرزه ای؛ تست بار جانبی چرخه ای؛ فیوز ساختاری ۱-مقدمه دیوارهای ساختمانی پر یکی از عناصر ساختمانی رایج در سراسر جهان می باشند. دیوارهای پر ساخته شده از مواد ساختمانی مختلف اغلب هم در ساختارهای بتنی و هم فولادی برای پر کردن دریچه های فریم استفاده می شوند. این نوع از ساخت و ساز به ویژه در کشورهای در حال توسعه رایج می باشد که مواد ساختمانی مانند اجرهای رسی، واحدهای ساختمانی بتنی، و کاشی های خاک رس توخالی به راحتی در دسترس هستند. در بسیاری از موارد، دیوارهای پر به عنوان عناصر معماری رفتار شده و تاثیر ان روی رفتار ساختار در نظر گرفته نشده است. این فلسفه طراحی می تواند به طراحی غیراقتصادی همچنین رفتار غیرقابل انتظار و حتی فروپاشی فاجعه بار منجر گردد. توسط محققان زیادی مستند شده که دیوارهای ساختمانی پر به طور چشمگیری رفتار صفحه ای و پاسخ فریم های ساختاری را تحت تاثیر قرار می دهند. دیوارهای پر ساختمانی سفتی فریم ساختار را افزایش می دهند و در کل در محدود کردن خمش ساختمان تحت بار جانبی کمک می کند. گرچه این افزایش در سفتی برای محدود کردن لغزش ساختمان در طی طوفان های بادی و زلزله های جزئی تا متوسط مفید می باشد، می تواند تاثیر منفی روی کارایی ساختار ها در رخدادهای زلزله ای داشته باشد. یک مقاله مروری جامع در مورد این مسئله توسط نشان داده شده است. خواص ساختاری دیوارهای ساختمانی پر اغلب توسط طراحان نادیده گرفته شده است که افزایش در سفتی و کاهش بالقوه در چکش خواری اعمال شده در فریم های ساختاری با افزودن مواد ساختمانی پر تقویت نشده را نادیده گرفته اند. نوعا، فری های ساختمانی بتنی و فولادی برای مقاومت در برابر جاذبه و بارهای جانبی طراحی شده اند. دیوارهای پر اغلب به صورت عناصر غیرساختاری در نظر گرفته شده اند گرچه آنها تاثیر چشمگیری روی رفتار صفحه ای و عملکرد لرزه ای ساختار دارند. ناددیه گرفتن سهم دیوارهای پر ساختمانی در استحکام و سفتی فریم های ساختمانی می تواند به آسیب دیوارهای ساختمانی و همچنین استفاده ناکارآمد از مواد و طراحی غیراقتصادی منجر گردد. طبق غفلت از اثر پنلهای پر، همانطور که با کدهای ساختمانی مختلف پیشنهاد شده است، به طراحی لرزه ای سالم منجر نمی شود. این فرض که دیوارهای بنایی پر در فریم های فولاد و بتن تنها ظرفیت بار جانبی این ساختارها را افزایش می دهد یک تصور غلط می باشد. این نظارت می تواند به تشدید آسیب ساختاری و فروپاشی ساختمان منجر گردد که توانایی فریم برای پراکنده ساختن انرژی لرزه ای ورودی به طور چشمگیری دست بالا در نظر گرفته شده است. فشار بالا بر دیوارهای پر و ایجاد مکانیسم فروپاشی در فریم های ساختاری می تواند اتفاق افتد اگر برهم کنش ترکیبی بین دیوارهای پر ساختمانی و فریم های اتصال در طی طراحی در نظر گرفته نشده باشد. دو فلسفه طراحی رایج توسعه یافته اند که تاثیر دیوارهای پر روی پاسخ فریم های ساختاری به بارهای جانبی را در نظر می گیرند. یک روش جداسازی دیوارهای پر از فریم های اتصال با شکاف فیزیکی می باشد. این به فریم اجازه می هد تا مستقل از دیوارهای ساختمانی عمل نماید و بدون در نظر گرفتن برهمکنش بین عناصر فریم و پنل های پر طراحی گردد. جداسازی پنل های پر از فریم می تواند از شکستگی شدید و آسیب به مواد ساختمانی پیشگیری نماید. این یک ملاحظه مهم می باشد از آنجایی که باقیمانده پر کردن از دیوارهای پر آسیب دیده و فروریخته یک مسئله ایمنی زندگی برای ساختمانها در نواحی لرزه ای می باشد . با جداسازی دیوارهای پر از فریم های بتنی یا فولادی ، ساختار می تواند انرژی لرزه ای ووردی را در یک حالت قابل پیش بینی و ایمن پراکنده سازد. روش دوم طراحی رایج برای فریم های ساختاری پر برای تشخیص سهم پنل ها در قدرت و سفتی فریم ساختاری و طراحی دیوارهای ساختمانی به عنوان عناصر ساختاری می باشد. در بسیاری از موارد اندازه اعضای ساختاری در فریم ساختمان با محدودیتهای رانش ساختمان یا معیار تعمیرپذیری دیگر به جای ملاحظات استحکام دیکته شده است. با در نظر گرفتن خواص ساختاری دیوارهای ساختمانی پر در محاسبات رانش ساختمانی، اندازه اعضای فریم می تواند کاهش یابد، که منجر به طراحی اقتصادی تر می گردد. این روش نیاز به ملاحظات دقیق برهم کنش ترکبیی بین فریم ساختاری و پنل های پر دارد طوریکه هر دو می توانند برای مقاوم سازی ایمن در برابر بارهای جانبی طراحی شوند. یک عیب این روش، این است که فریم ساختاری وقتی که در معرض نیروهای لرزه ای بزرگ قرار می گیرد نمی تواند مستقل از دیوارهای پر عمل نماید. سفتی مازاد پنل های پر دوره طبیعی ساختار را کاهش می دهد که منجر به بارهای لرزه ای بزرگتر می شود. اگر دیوارهای پر به طور مناسب و دقیق طراحی نشده باشند شکستگی شدید دیوارهای ساختمانی پر و ریختن آوار می تواند اتفاق افتد. یک مفهوم جدید در کارایی و طراحی ویدارهای ساختمانی پر ایده ی سیستم فیوز ساختمانی می باشد. مفهوم فیوز ساختاری دو روش طراحی رایج را با مجاز کردن دیوارهای ساختمانی پر برای درگیر شدن با فریم اتصال تا به یک سطح از پیش تعیین شده ای از بار جانبی ترکیب می کند. شکستگی ترد و شکننده دیوارهای پر یا عناصر فریم با اعمال یک مکانیسم فیوز پیشگیری شده است که مواد پر کردن را از فریم تحت بارهای بیشتر جدا می کند. برای بارهای کمتر، استحکام و سفتی مواد ساختمانی در ترکیب با فریم ساختاری عمل می کند تا خمش های جانبی را محدود نماید. تحت بارهای حانبی بیشتر، پنل های پر، با استفاده از مکانیسم فیوز از ساختار رها شده اند، که از آسیب به دیوارهای ساختمانی و تشکیل مکانیسم شکست فریم جلوگیری می کند. با این سیستم، فریم ساختاری می تواند برای مقاومت بیشتر در برابر نیروهای جانبی بیشتر بدون تاثیر مواد ساختمانی طراحی گردد. عنصر فیوز جزء کلیدی سیستم فیوز ساختاری می باشد. هدف فیوز استفاده به عنوان یک لینک بین فریم ساختاری و دیوارهای ساختمانی پر و جلوگیری از آسیب به مواد پر کردنی می باشد. تحت شرایط بار نوعی، مکانیسم فیوز نیروهای برش طبقه از فریم ساختاری را به پنل های پر ساختمانی منتقل می کند، که برای مقاوم بودن در برابر بارهای جانبی صفحه ای و محدود کردن خمش های فریم کمک می کند. اگر نیروهای برش طبقه به اندازه کافی زیاد باشندکه باعث رفتار غیرالاستیک در پنل های ساختمانی گردند، عنصر فیوز برای شکست طراحی شده و دیوار پر را از فریم رها می کند قبل از اینکه آسیب برای مواد ساختمانی اتفاق افتد. یک مطالعه تجربی اولیه نشان داد که مفهوم فیوز ساختاری به خوبی سیستم جداسازی لرزه ای عمل می کند. در این مطالعه ، بارهای جابجایی کنترل شده با افزایش یکنواخت، در بالای طبقه یک فریم آزمایشی فولادی سه طبقه ، دو دهانه با دیوارهای آجری پر و عناصر فیوز دیسک الوار اعمال شده بود. طبق نتایج تست، دیوارهای آجری پر سهم چشمگیری در سفتی صفحه ای فریم تست ایجاد کردند تا نقطه ای که عناصر فیوز شکسته شدند. مکانیسم فیوز به طور موفق پنل های پر را از فریم تست جدا کرد، که از آسیب به مواد ساختمانی اجری جلوگیری می کند. از آنجایی که مطالعه اولیه روی مفهوم توسعه و تصحیح مفهوم بر اساس تستهای یکنواخت متمرکز شده است، یک برنامه آزمایشگاهی پیگیری برای مطالعه پاسخ سیستم فیوز ساختاری تخت یک تاریخچه بار چرخه ای و برای ارزیابی کارایی سیستم با مواد ساختمانی پر مختلف توسعه یافته بود.
این مقاله عملکرد مفهوم فیوز ساختاری توسعه یافته برای استفاده به عنوان یک سیستم جداسازی لرزه ای در طراحی و مقاوم سازی دیوارهای ساختمانی پر را بررسی می کند. یک برنامه آزمایشگاهی توسعه یافته و برای مطالعه رفتار سیستم فیوز ساختاری تحت بارهای چرخه ای و ارزیابی عملکرد سیستم با مواد ساختمانی مختلف اجرا شده است. تست های چرخه ای با اعمال بارهای جابجایی کنترل شده در طبقات اول، دوم و سوم فریم تست فولادی سه طبقه ی دو دهانه با دیوارهای اجری پر با استفاده از پروتکل بارگیری شبه استاتیک انجام شد تا یک پاسخ حالت اولیه در سیستم ساختاری ایجاد نماید. مطالعه پارامتری نیز با جایگزینی پنل های اجری پر با دیوارهای پر ساخته شده از واحد های ساختمانی بتنی و بلوک های بتنی سبک اتوکلاو و اعمال لودهای افزایشی یکنواخت ، جایجایی کنترل شده در طبقه بالای فریم تست کامل شد. کلمات کلیدی: دیوارهای پر ساختمانی؛ جداسازی لرزه ای؛ تست بار جانبی چرخه ای؛ فیوز ساختاری ۱-مقدمه دیوارهای ساختمانی پر یکی از عناصر ساختمانی رایج در سراسر جهان می باشند. دیوارهای پر ساخته شده از مواد ساختمانی مختلف اغلب هم در ساختارهای بتنی و هم فولادی برای پر کردن دریچه های فریم استفاده می شوند. این نوع از ساخت و ساز به ویژه در کشورهای در حال توسعه رایج می باشد که مواد ساختمانی مانند اجرهای رسی، واحدهای ساختمانی بتنی، و کاشی های خاک رس توخالی به راحتی در دسترس هستند. در بسیاری از موارد، دیوارهای پر به عنوان عناصر معماری رفتار شده و تاثیر ان روی رفتار ساختار در نظر گرفته نشده است. این فلسفه طراحی می تواند به طراحی غیراقتصادی همچنین رفتار غیرقابل انتظار و حتی فروپاشی فاجعه بار منجر گردد. توسط محققان زیادی مستند شده که دیوارهای ساختمانی پر به طور چشمگیری رفتار صفحه ای و پاسخ فریم های ساختاری را تحت تاثیر قرار می دهند. دیوارهای پر ساختمانی سفتی فریم ساختار را افزایش می دهند و در کل در محدود کردن خمش ساختمان تحت بار جانبی کمک می کند. گرچه این افزایش در سفتی برای محدود کردن لغزش ساختمان در طی طوفان های بادی و زلزله های جزئی تا متوسط مفید می باشد، می تواند تاثیر منفی روی کارایی ساختار ها در رخدادهای زلزله ای داشته باشد. یک مقاله مروری جامع در مورد این مسئله توسط نشان داده شده است. خواص ساختاری دیوارهای ساختمانی پر اغلب توسط طراحان نادیده گرفته شده است که افزایش در سفتی و کاهش بالقوه در چکش خواری اعمال شده در فریم های ساختاری با افزودن مواد ساختمانی پر تقویت نشده را نادیده گرفته اند. نوعا، فری های ساختمانی بتنی و فولادی برای مقاومت در برابر جاذبه و بارهای جانبی طراحی شده اند. دیوارهای پر اغلب به صورت عناصر غیرساختاری در نظر گرفته شده اند گرچه آنها تاثیر چشمگیری روی رفتار صفحه ای و عملکرد لرزه ای ساختار دارند. ناددیه گرفتن سهم دیوارهای پر ساختمانی در استحکام و سفتی فریم های ساختمانی می تواند به آسیب دیوارهای ساختمانی و همچنین استفاده ناکارآمد از مواد و طراحی غیراقتصادی منجر گردد. طبق غفلت از اثر پنلهای پر، همانطور که با کدهای ساختمانی مختلف پیشنهاد شده است، به طراحی لرزه ای سالم منجر نمی شود. این فرض که دیوارهای بنایی پر در فریم های فولاد و بتن تنها ظرفیت بار جانبی این ساختارها را افزایش می دهد یک تصور غلط می باشد. این نظارت می تواند به تشدید آسیب ساختاری و فروپاشی ساختمان منجر گردد که توانایی فریم برای پراکنده ساختن انرژی لرزه ای ورودی به طور چشمگیری دست بالا در نظر گرفته شده است. فشار بالا بر دیوارهای پر و ایجاد مکانیسم فروپاشی در فریم های ساختاری می تواند اتفاق افتد اگر برهم کنش ترکیبی بین دیوارهای پر ساختمانی و فریم های اتصال در طی طراحی در نظر گرفته نشده باشد. دو فلسفه طراحی رایج توسعه یافته اند که تاثیر دیوارهای پر روی پاسخ فریم های ساختاری به بارهای جانبی را در نظر می گیرند. یک روش جداسازی دیوارهای پر از فریم های اتصال با شکاف فیزیکی می باشد. این به فریم اجازه می هد تا مستقل از دیوارهای ساختمانی عمل نماید و بدون در نظر گرفتن برهمکنش بین عناصر فریم و پنل های پر طراحی گردد. جداسازی پنل های پر از فریم می تواند از شکستگی شدید و آسیب به مواد ساختمانی پیشگیری نماید. این یک ملاحظه مهم می باشد از آنجایی که باقیمانده پر کردن از دیوارهای پر آسیب دیده و فروریخته یک مسئله ایمنی زندگی برای ساختمانها در نواحی لرزه ای می باشد . با جداسازی دیوارهای پر از فریم های بتنی یا فولادی ، ساختار می تواند انرژی لرزه ای ووردی را در یک حالت قابل پیش بینی و ایمن پراکنده سازد. روش دوم طراحی رایج برای فریم های ساختاری پر برای تشخیص سهم پنل ها در قدرت و سفتی فریم ساختاری و طراحی دیوارهای ساختمانی به عنوان عناصر ساختاری می باشد. در بسیاری از موارد اندازه اعضای ساختاری در فریم ساختمان با محدودیتهای رانش ساختمان یا معیار تعمیرپذیری دیگر به جای ملاحظات استحکام دیکته شده است. با در نظر گرفتن خواص ساختاری دیوارهای ساختمانی پر در محاسبات رانش ساختمانی، اندازه اعضای فریم می تواند کاهش یابد، که منجر به طراحی اقتصادی تر می گردد. این روش نیاز به ملاحظات دقیق برهم کنش ترکبیی بین فریم ساختاری و پنل های پر دارد طوریکه هر دو می توانند برای مقاوم سازی ایمن در برابر بارهای جانبی طراحی شوند. یک عیب این روش، این است که فریم ساختاری وقتی که در معرض نیروهای لرزه ای بزرگ قرار می گیرد نمی تواند مستقل از دیوارهای پر عمل نماید. سفتی مازاد پنل های پر دوره طبیعی ساختار را کاهش می دهد که منجر به بارهای لرزه ای بزرگتر می شود. اگر دیوارهای پر به طور مناسب و دقیق طراحی نشده باشند شکستگی شدید دیوارهای ساختمانی پر و ریختن آوار می تواند اتفاق افتد. یک مفهوم جدید در کارایی و طراحی ویدارهای ساختمانی پر ایده ی سیستم فیوز ساختمانی می باشد. مفهوم فیوز ساختاری دو روش طراحی رایج را با مجاز کردن دیوارهای ساختمانی پر برای درگیر شدن با فریم اتصال تا به یک سطح از پیش تعیین شده ای از بار جانبی ترکیب می کند. شکستگی ترد و شکننده دیوارهای پر یا عناصر فریم با اعمال یک مکانیسم فیوز پیشگیری شده است که مواد پر کردن را از فریم تحت بارهای بیشتر جدا می کند. برای بارهای کمتر، استحکام و سفتی مواد ساختمانی در ترکیب با فریم ساختاری عمل می کند تا خمش های جانبی را محدود نماید. تحت بارهای حانبی بیشتر، پنل های پر، با استفاده از مکانیسم فیوز از ساختار رها شده اند، که از آسیب به دیوارهای ساختمانی و تشکیل مکانیسم شکست فریم جلوگیری می کند. با این سیستم، فریم ساختاری می تواند برای مقاومت بیشتر در برابر نیروهای جانبی بیشتر بدون تاثیر مواد ساختمانی طراحی گردد. عنصر فیوز جزء کلیدی سیستم فیوز ساختاری می باشد. هدف فیوز استفاده به عنوان یک لینک بین فریم ساختاری و دیوارهای ساختمانی پر و جلوگیری از آسیب به مواد پر کردنی می باشد. تحت شرایط بار نوعی، مکانیسم فیوز نیروهای برش طبقه از فریم ساختاری را به پنل های پر ساختمانی منتقل می کند، که برای مقاوم بودن در برابر بارهای جانبی صفحه ای و محدود کردن خمش های فریم کمک می کند. اگر نیروهای برش طبقه به اندازه کافی زیاد باشندکه باعث رفتار غیرالاستیک در پنل های ساختمانی گردند، عنصر فیوز برای شکست طراحی شده و دیوار پر را از فریم رها می کند قبل از اینکه آسیب برای مواد ساختمانی اتفاق افتد. یک مطالعه تجربی اولیه نشان داد که مفهوم فیوز ساختاری به خوبی سیستم جداسازی لرزه ای عمل می کند. در این مطالعه ، بارهای جابجایی کنترل شده با افزایش یکنواخت، در بالای طبقه یک فریم آزمایشی فولادی سه طبقه ، دو دهانه با دیوارهای آجری پر و عناصر فیوز دیسک الوار اعمال شده بود. طبق نتایج تست، دیوارهای آجری پر سهم چشمگیری در سفتی صفحه ای فریم تست ایجاد کردند تا نقطه ای که عناصر فیوز شکسته شدند. مکانیسم فیوز به طور موفق پنل های پر را از فریم تست جدا کرد، که از آسیب به مواد ساختمانی اجری جلوگیری می کند. از آنجایی که مطالعه اولیه روی مفهوم توسعه و تصحیح مفهوم بر اساس تستهای یکنواخت متمرکز شده است، یک برنامه آزمایشگاهی پیگیری برای مطالعه پاسخ سیستم فیوز ساختاری تخت یک تاریخچه بار چرخه ای و برای ارزیابی کارایی سیستم با مواد ساختمانی پر مختلف توسعه یافته بود.
Description
This paper discusses the performance of a structural fuse concept developed for use as a seismic isolation system in the design and retrofit of masonry infill walls. An experimental program was developed and executed to study the behavior of the structural fuse system under cyclic loads, and to evaluate the performance of the system with various masonry materials. Cyclic tests were performed by applying displacement controlled loads at the first, second, and third stories of a two-bay, three-story steel test frame with brick infill walls; using a quasi-static loading protocol to create a first mode response in the structural system. A parametric study was also completed by replacing the brick infill panels with infill walls constructed of concrete masonry units and autoclaved aerated concrete blocks, and applying monotonically increasing, displacement controlled loads at the top story of the test frame.
