ارتقای تاب‌آوری دیوار برشی بتن‌آرمه با استفاده از المان تعویض‌پذیر کمانش‌تاب

دیوار برشی دیواری است که برای مقاومت در برابر اثر توام تلاش محوری، تلاش خمشی و تلاش برشی ناشی از بارهای قائم و بار زلزله طراحی می‌شود. سیستم‌های باربر لرزه‌ای دیوار برشی بتن‌آرمه، با توجه به شکل‌پذیری زیاد و سختی بالا به‌طور گسترده‌ای در سازه‌های بلند اعم از فولادی و بتنی استفاده می‌شوند. این نوع سیستم‌های باربر لرزه‌ای، در زلزله‌ها عملکرد مناسبی از خودشان نشان داده‌اند. اما عمده مشکل این نوع دیوارها خرابی و خردشدگی بتن در پای دیوار و کمانش آرماتورهای این ناحیه است، که تعمیر و بهبودپذیری سازه‌ها را بعد از زلزله دچار مشکل می‌کند و حتی در مواردی سازه را به‌طور کلی از سرویس‌پذیری خارج می‌کند. اگر یک قطعۀ تعویض‌پذیر در پای دیوار که تمرکز خرابی در آن ناحیه است قرار داده شود، عملکرد سازه به مقدار قابل‌توجهی بهبود می‌پذیرد و باعث می‌شود با جایگزین‌کردن سریع قطعۀ تعویض‌پذیر جدید، هزینه‌ها و مدت زمان تعمیر سازه بعد از زلزله به مقدار قابل‌توجهی کاهش یابد و سازه به یک سازۀ تاب‌آور تبدیل شود. در این تحقیق عملکرد یک قطعۀ تعویض‌پذیر فولادی در پای دیوار برشی بتن‌آرمه در سازه‌های فولادی بررسی و با نمونۀ دیوار برشی بتن‌آرمۀ متداول مقایسه شده است. به همین منظور قاب‌های 6 و 12 طبقه با سیستم باربر جانبی دیوار برشی بتن‌آرمه با و بدون المان مرزی فولادی در نرم‌افزار seismostruct2020  مدل شده‌اند و تحلیل‌های غیرخطی همچون تاریخچه زمانی دینامیکی و دینامیکی افزایشی روی قاب‌ها انجام شده است. در این پژوهش پارامترهای طراحی همچون ضریب اضافه‌مقاومت، ضریب شکل‌پذیری و ضریب رفتار سازه با استفاده از تحلیل دینامیکی غیرخطی افزایشی محاسبه شده‌اند. همچنین منحنی‌های هیسترزیس قاب‌های 6 و 12 طبقه در هر دو حالت ترسیم و سطح زیر منحنی‌ها محاسبه شده است. نتایج نشان داد با اضافه‌شدن المان مرزی فولادی به دیوار برشی بتن‌آرمه رفتار سازه بهبود یافته و شکل‌پذیری افزایش می‌یابد به‌نحوی که ضریب رفتار قاب مجهز به مهاربند کمانش‌تاب در ساختمان 6 طبقه، 30 درصد و در ساختمان 12 طبقه 20 درصد افزایش یافت.

enhancing the resilience of reinforced concrete shear walls using replaceable buckling-restrained elements

reinforced-concrete shear wall (rcsw) is a common lateral resisting system especially in mid and high-rise structures. this popularity among engineers is due to high ductility and in-plane stiffness of the rcsws. rcsws have shown good performance as seismic load-bearing systems in past earthquakes. however, the main disadvantage of rcsws is the crushing of concrete at the foot of the wall and as a result the buckling of the reinforcement in this area, which makes it difficult and, in some cases, impossible to repair after the earthquake. as a solution, using buckling-restrained brace (brb) as boundary elements at the base of the rcsws is proposed and investigated in this research. for this purpose, two sets of 6 and 12-storey structures with conventional rcsw and brb-rcsw as lateral resisting system were designed, and their seismic response were assessed through static (monotonic and cyclic), dynamic nonlinear time history (nlth) and incremental nonlinear dynamic analyses (nida). the results indicate improved structural performance and an increase of response modification factor from 4.4 in conventional rcsw to 5.47 in rcsw-brb. furthermore, the proposed system prevents the induced damage at the foot of the rcsw while the replaceable brbs act as the fuses, increasing the resiliency of the structure. so that the behavior factor of the frame equipped with buckling-restrained braces increased by 30 percent in the 6-story building and 20 percent in the 12-story building.