Abstract
In recent years steel-concrete composite shear walls have been widely used in enormous high-rise buildings. Due to high strength and ductility, enhanced stiffness, stable cycle characteristics and large energy absorption, such walls can be adopted in the auxiliary building; surrounding the reactor containment structure of nuclear power plants to resist lateral forces induced by heavy winds and severe earthquakes. This paper demonstrates a set of nonlinear numerical studies on I-shaped composite steel-concrete shear walls of the nuclear power plants subjected to reverse cyclic loading. A three-dimensional finite element model is developed using ABAQUS by emphasizing on constitutive material modeling and element type to represent the real physical behavior of complex shear wall structures. The analysis escalates with parametric variation in steel thickness sandwiching the stipulated amount of concrete panels. Modeling details of structural components, contact conditions between steel and concrete, associated boundary conditions and constitutive relationships for the cyclic loading are explained. Later, the load versus displacement curves, peak load and ultimate strength values, hysteretic characteristics and deflection profiles are verified with experimental data. The convergence of the numerical outcomes has been discussed to conclude the remarks
چکیده
در سال‌های اخیر دیوارهای برشی کامپوزیتی فولادی-بتنی به طور گسترده در ساختمان‌های بلندمرتبه مورد استفاده قرار گرفته‌اند. این دیوارها به علت مقاومت و شکل‌پذیری بالا، سختی تقویت‌شده، مشخصه‌های چرخهای پایدار و جذب انرژی بالا می‌توانند در ساختمان‌های امدادی که سازه‌ی محافظ راکتور در نیروگاه‌های اتمی را برای مقابله در برابر بارهای جانبی ناشی از بادهای قوی و زلزله‌های شدید محصور می‌کند، به کار گرفته شوند. این پژوهش مجموعه‌ای از مطالعات عددی غیرخطیِ انجام شده بر دیوارهای برشی کامپوزیتی فولادی-بتنی با مقطع I-شکل موجود در نیروگاه‌های اتمی که تحت بارگذاری چرخهای شدید قرار گرفته‌اند را شرح می‌دهد. مدل سه‌بعدی اجزاءمحدود توسط آباکوس ساخته شده که با هدف ارائه‌ی رفتار واقعی فیزیکی دیوارهای برشی پیچیده، بر مدلسازی ساختاری مواد و نوع المان تمرکز کرده است. در تحلیل، با تغییر پارامترها در ضخامت فولاد محصورکننده‌ی پانل‌های بتنی متعدد موردنظر، شرایط بحرانی در نظر گرفته شده است. مدلسازی جزئیات اجزای سازه‌ای، شرایط تماس بین فولاد و بتن، شرایط مرزی وابسته و معادلات ساختاری بارگذاری چرخهای توضیح داده شده‌اند. سپس از طریق داده‌های آزمایشگاهی منحنی‌های تغییرات بار در برابر جابه‌جایی، بار حداکثر و مقادیر مقاومت نهایی، مشخصه‌های هیستزیس و پروفیل‌های خیز بررسی شده‌اند. برای رسیدن به نتیجه، همگرایی نتایج عددی مورد بحث واقع شده است.
-1مقدمه
عموماً دیوارهای بتنی مسلح‌شده (RC) از مدت‌ها پیش به عنوان سیستم‌های باربر جانبی برای بهبود پایداری و انسجام ساختمان‌ها در برابر تحریکات دینامیکی مثل باد، زلزله و غیره به کار گرفته می‌شدند. سپس دیوارهای با صفحات فولادی به عنوان جایگزین‌های مطلوب برای دیوارهای بتنی پیشنهاد شدند. دیوارهای نازک با صفحات فولادی در کاهش وزن سازه‌های با سختی بالا و شکل‌پذیری بالا مؤثر بوده و ساختوساز سریع را ممکن کردند. سپس برای سازه‌هایی که نیازمند سطوح بالاتری از امنیت و قابلیت اعتماد بودند ساختوساز کامپوزیتی مورد استفاده قرار گرفت. دیوارهای برشی (RC) با مقاطع عرضی فلنجی به صورت تئوری، عددی و آزمایشگاهی در نیروگاه‌های اتمی مورد مطالعه قرار گرفتند. آسفور و بروین ]1[ مطالعات تحلیلی را با نتایج آزمایش انجام شده توسط شرکت مهندسی انرژی هسته‌ای (NUPEC) ]2[ برای بررسی مشخصه‌های دینامیکی دیوارهای برشی RC مقایسه کردند. مو و چان ]3[ برای پیش‌بینی رفتار مقاومت کلی دیوارهای برشی کوتاه‌مرتبه با قاب‌های بتنی مسلح‌شده که هندسه‌ی فلنجی دارند و تحت بار استاتیکی هستند یک رابطه‌ی ساده‌سازی شده تنش-کرنش بتن ارائه دادند. پارامترهای ساده‌سازی شده به عنوان یکی از اصلی‌ترین دلایل در تخمین بیش از حد مقادیر مقاومت نهایی بتن با مقاومت بالا تشخیص داده شدند. یوشیئو و همکاران ]4[ با استفاده از روش اجزاءمحدود یک روش تحلیلی برای پیش‌بینی رفتار دیوارهای برشی RC تحت بار الاستیک تا فروریزش که بار لرزه‌ای چندمحوری بوده ارائه کرده‌اند. این روش برای ارزیابی حد مقاومت سازه‌های مهم در نیروگاه اتمی به طور قابل‌توجهی مورد قبول واقع شد. سینگ و کوش‌واش ]5[ با استفاده از اجزاءمحدود سه‌بعدی، ظرفیت نهایی بار دیوارهای برشی بتنی مسلح‌شده را تحت بارگذاری استاتیکی و دینامیکی مشخص کردند. این دیوارها به عنوان سازه‌های نمونه‌ی ایمن برای استفاده شدن در نیروگاه‌های اتمی لحاظ شدند. از این مدل برای تحلیل یک دیوار برشی آزمایش شده توسط NUPEC استفاده شد و نتایج به خوبی منطبق بودند ]2[…