مطالعه آزمایشگاهی سیستم دیوار برشی فولادی با ورقهای پرکننده کامپوزیتی تحت بارگذاری چرخه ای

نوع مقاله : یادداشت پژوهشی

نویسندگان

• فریبرز ناطقی الهی ¹
• مسعود خزایی پول ²

¹ پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله

² ایران

10.22067/civil.v27i1.50064

چکیده

در این مقاله، رفتار غیر خطی دیوارهای برشی فولادی ، که در آن ورق پرکننده جان با الیاف پلیمری شیشه تقویت شده، به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته است. مدل آزمایشگاهی شامل یک پانل برشیفولادی یک طبقه، با اتصال مفصلی اعضای مرزی در چهار گوشه قاب و همچنین اتصال پیچی اعضای مرزی به ورق پرکننده است. در مجموع تعداد پنج آزمایش انجام شده است. در مدل اول آزمایشگاهی از ورق پرکننده فولادیتقویت نشده استفاده شده است، در حالی که در چهار مدلآزمایشگاهی بعدیاز ورق پرکننده فولادی تقویت شده با الیاف پلیمری شیشه با تعداد لایه های تقویتی متفاوت با چیدمانهای متفاوت استفاده شده است. نمونه های مورد بررسی تحت بارگذاری شبه استاتیکی سیکلی در امتداد قطری قرار گرفته و نتایج حاصل ارائه شده است . نتایج نشان می دهد که با استفاده از ورق پرکننده کامپوزیتی در سیستم دیوار برشی فولادی، میتوان به مقدار قابل توجه ای مقاومت تسلیم و نهایی، سختی اولیه و ثانویه و همچنین جذب انرژی سیستم را افزایش داد.

کلیدواژه‌ها

• مطالعه آزمایشگاهی
• دیوار برشی فولادی
• ورق پرکننده تقویت شده
• الیاف پلیمری شیشه
• مد شکست

---

عنوان مقاله [English]

Experimental study of steel plate shear walls with composite steel infill platesunder cyclic loading

نویسندگان [English]

• Fariborz Nateghi ¹
• Masoud Khazaei-Poul ²

¹ -

² -

چکیده [English]

In this paper, nonlinear behavior of composite steel plate shear wall systems, in which steel infill plate is strengthened by fiber reinforced polymer (FRP) layers, are experimentally investigated. Tests are designed to evaluate the effect of glass-FRP layers, layers number of GFRP and orientation of GFRP layers on the stiffness, shear strength, cumulative dissipated energy and other seismic parameters in the composite steel plate shear wall. Experimental models are scaled one-story steel shear panel model, with hinge type connections of boundary elements at four corners. In the first test, unstiffened steel infill plate is used for test. In the next four tests, strengthened steel infill plates are being used with different number and orientation of GFRP layers. Each test was performed under fully reversed cyclic quasi-static loading in the elastic and inelastic response zones of the specimens, in compliance with ATC-24 (1992) test protocol. The experimental results indicate that by strengthening infill steel plate yield strength, ultimate shear strength and cumulative dissipated energy can be significantly increased.

کلیدواژه‌ها [English]

• Composite
• Steel Plate Shear Wall
• GFRP
• Fiber orientation
• Stiffness
• Failure modes

مراجع

1. Astaneh – Asl A. Seismic behaviour and design of steel shear walls. Steel TIPS Report, Structural Steel Educational Council, Moraga, CA, 2001.

2. Sabelli R, Bruneau M. Design guide 20: steel plate shear walls, American Institute of Steel Construction. Chicago, IL, USA. 2007.

3. Zhao X-L, Zhang L. State-of-the-art review on FRP strengthened steel structures. Engineering Structures; 2007, 29(8):1808–23.

4. Khazaei-Poul M, Natghi-Alahi F. Behavior of strengthened steel plate shear wall by FRP laminate. M.Sc. Thesis. International Institute Of Earthquake Engineering and Seismology, Iran. December; 2011

5. Wagner H. Flat sheet metal girders with very thin webs. Part i. General theories and assumptions. Tech Memo. National Advisory Committee for Aeronautics, Washington D. C., 1931, No. 604.

6. Thorburn LJ, Kulak GL, Montgomery CJ. Analysis of steel plate shear walls. Structural engineering report 107. Edmonton (Alberta, Canada): Department

7. Timler PA, Kulak GL. Experimental study of steel plate shear walls. Structural Engineering Report, University of Alberta, Canada, 1983, No. 114.

8. Elgaaly M. Thin steel plate shear walls behavior and analysis. Thin walled. Structures, 32(1998)151-180

9. Berman JW, Bruneau M. Plastic analysis and design of steel plate shear walls.Journal of Structural Engineering. 129,11, 2003, 1148–1156.

10. CAN/CSA S16-2001. Limit state design of steel structures. Canadian Standards Association, Willowdale, ON., Canada. 2001.

11. AISC (2005b). Specifications for structural steel buildings, American Institute of Steel Construction, Chicago, IL., USA.

12. Sabouri-Ghomi S, Ventura C., Kharrazi HK, Shear analysis and design of ductile steel plate walls. Journal of Structural Engineering, 2005, Vol. 131, No. 6, June 1.

13. Kharrazi MHK. Rational method for analysis and design of steel plate walls. Ph.D. dissertation. Vancouver (Canada): University of British Columbia; 2005.

14. Astaneh-Asl A. Seismic studies of innovative and traditional composite shear walls. Research project in-progress, Dept of Civil and Env Engineering: Univ. of California, Berkeley, 1998-2000.

15. Astaneh-Asl A. Cyclic tests of steel shear walls. Research project. Berkeley: Dept of Civil and Env Engineering, Univ of California; 2001.

16. Rahai A, Hatami F. Evaluation of composite shear wall behavior under cyclic loadings. Journal of Constructional Steel 2009;65(7):1528–37.

17. Lubell AS, Prion HGL, Ventura CE, Rezai M. Un-stiffened steel plate shear wall performance under cyclic loading. Journal of Structural Engineering Vol. 126, No. 4, p. 453-460.

18. Caccese V, Elgaaly M, Chen R. Experimental study of thin steel-plate shear walls under cyclic load. ASCE Journal of Structural Engineering, 1993, Vol. 119, No. 2, p. 573-587.

19. Driver RG, Kulak GL, Kennedy DJL. Cyclic tests of four-story steel plate shear wall. ASCE Journal of Structural Engineering, 1998, Vol. 124, No. 2, p. 112-120.

20. علوی، عرفان و ناطقی الهی، فریبرز. مطالعه تحلیلی و آزمایشگاهی دیوارهای برشی فولادی تقویت شده قطری. رساله دکتری، پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله(1389)

21. Nateghi F, Alavi E. Theoretical seismic behaviour of steel plate shear walls, The 14th World Conference on Earthquake Engineering(2008), Beijing, China, NO.05.050120

22. Vian D, Bruneau M, Tsai KC, Lin YC. Special perforated steel plate shear walls with reduced beam section anchor beams. I: Experimental investigation. Journal of Structural Engineering, 2009, Vol. 135, No. 3, March 1.

23. Alinia MM. A study into optimization of stiffeners in plates subjected to in- plane shear loads. Thin-Walled Structures 2005;43(4):845_60.

24. Alinia MM, Dastfan M. Behaviour of thin steel plate shear walls regarding frame members. Journal of Constructional Steel Research 2006; 62:730-8.

25. ASTM, A-370- 03 Standard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products. ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, PO Box C700, West Conshohocken, PA 19428-2959, United States.

26. ATC. (1992). ‘‘Guidelines for cyclic seismic testing of components of steel structures for buildings.’’ Rep. No. ATC-24, Applied Technology Council, Redwood City, Calif.