التحقيق في تأثير تفاصيل البناء المعيارية على السلوك الجانبي لجدران القص ذات الإطارات الفولاذية المشكلة على البارد

مقدمة

في السنوات الأخيرة ، زادت الكفاءة الهيكلية والتكلفة والمتانة والاستدامة [1] من استخدام مقاطع الفولاذ المشكل على البارد (CFS) في العديد من البلدان كعناصر هيكلية وغير هيكلية [2]. تعد جدران القص المصنوعة من أعضاء CFS (المسامير ، والمسارات والحواجز) والمغلفة بالخشب أو ألواح جسيمات الأسمنت (CP) أحد أنظمة مقاومة الحمل الجانبي (LLRSs) المعتمدة في البناء الصلب خفيف الوزن [3]. الرموز الرئيسية التي تحدد حاليًا منهجيات تصميم هياكل CFS هي AISI S400 (2015) [4] و AS / NZS 4600 (2018) [5]. ومع ذلك ، في السوق الحالية ، يمكن أن تتضمن المباني المعيارية CFS تفاصيل البناء التي يمكن أن تؤثر على سلوكها الجانبي ، ولا تغطيها أحكام وإرشادات التصميم الجانبي الحالية لهياكل CFS [4]. علاوة على ذلك ، فإن التحليلات المعقدة وإجراءات التصميم المتعلقة بالعدد الكبير من المكونات الرقيقة ، والتي تكون غير مستقرة محليًا وتظهر العديد من آليات الفشل ، تتطلب تحقيقًا متقدمًا في السلوك الجانبي [6]. على مدى العقدين الماضيين ، تم اعتماد الاختبار الشامل إلى حد كبير للتحقيق في سلوك جدران القص المؤطرة CFS تحت الأحمال الجانبية [7] ، [8] ، [9] ، [10] ، [11] ، مما يشكل الأساس لـ تصميم وتطوير الكود.

كما تم اعتماد الاختبار الافتراضي (أي المحاكاة العددية) إلى حد كبير لتعزيز فهم القدرة الهيكلية للمساحات الصديقة لألطفال والتنبؤ بسلوكهم في ظروف التحميل المختلفة والمكونات الهيكلية ، لدرجة أنه يمكن اعتبارها اآلن ذات أهمية قصوى لغرض التحسين الأداء الإنشائي للمباني المؤطرة للمساحات الصديقة لألطفال ، على وجه الخصوص ، في المراحل األولى من عملية تطوير المنتج.

على مدى العقد الماضي ، تم تكريس العديد من المساعي للمحاكاة العددية لجدران القص المؤطرة CFS المعرضة للحمل الجانبي الرتيب والدوري (شبه الساكن والديناميكي). تم اعتبار نموذج ستيوارت (1987) [12] مناسبًا لمحاكاة الاختبارات التجريبية التي أجرتها نسرين بال (2010) [13] على جدران القص المؤطرة CFS ، ومع ذلك ، لم يؤخذ في الاعتبار تدهور القوة الذي لوحظ في نتائج الاختبار. اقترح Martínez and Xu (2010) [14] أسلوبًا مبسطًا ودقيقًا لنمذجة جدار القص بإطار CFS باستخدام عنصر غلاف عقدة 16- بخصائص هندسية ومادية مكافئة مستمدة من الخصائص الفعلية لقص مؤطر CFS حائط. اعتمد Liu P. وآخرون (2012) [15] نموذج Pinching4 [16] الذي طوره Lowes and Altoontash (2003) [17] من أجل توصيف السلوك الدوري لجدران القص المُغلفة بالخشب CFS ؛ تمت معايرة هذا النموذج بناءً على نتائج الاختبار التجريبي وإعادة إنتاج السلوك الهستيري بدقة مقبولة (فرق أقل من 10 بالمائة). استنادًا إلى نفس النموذج ، تم إنشاء نماذج الأبعاد 2- و 3- بواسطة Leng J. et al. (2017) [18] لتحليلات سجل الاستجابة الديناميكية غير الخطية لأنظمة CFS الكاملة (2- من المباني الطوابق). قام Shamim and Rogers (2013) [19] بمحاكاة تاريخ الاستجابة غير الخطية لجدران القص المؤطرة CFS المكونة من طابقين تحت الحمل الزلزالي باستخدام نموذج Pinching4 الذي تمت معايرته بناءً على نتائج الاختبارات الديناميكية التي أجراها نفس المؤلفين. Vigh وآخرون. قام (2014) [20] بتطوير ومعايرة نموذج دعامة مبسط مع اعتماد نموذج إيبارا-مدينا-كراونكلر التأسيسي [21] لتمثيل الحلقات الهستيرية المتدهورة لجدران القص المُغلفة بالفولاذ المموج CFS. بونوباني وآخرون. (2015) [22] طور بروتوكولًا فعالًا حسابيًا للنمذجة قائم على اللولب في برنامج OpenSees لجدران القص المُغلفة CFS OSB. تم تطوير وتنفيذ نموذجين هستيريين يأخذان في الاعتبار تدهور القوة والصلابة بالإضافة إلى القرص ، في إصدار OpenSees الرسمي (الإصدار 2.4.5 وما فوق) بواسطة Kechidi and Bourahla (2016) [23] لمحاكاة CFS wood- و تتصرف جدران القص المكسوة بالفولاذ تحت الحمل الجانبي الرتيب والدوري. وتجدر الإشارة إلى أن جميع عمليات المحاكاة العددية الموصوفة أعلاه اعتمدت عناصر عمود الحزمة لنمذجة أعضاء إطار CFS. وبالتالي ، لم يتم التقاط الالتواء المحلي والتشوه أو الجمع بينهما. اقترح David Padilla-Llano (2015) [24] إطارًا عدديًا لجدران القص المؤطرة CFS والتي تلتقط السلوك الدوري غير الخطي للمكونات الهامة بما في ذلك أعضاء الإطار (ترصيع الوتر) بالإضافة إلى البراغي. تم تنفيذ تقنيات النمذجة الأكثر تقدمًا بواسطة Hung Huy Ngo (2014) [25] من خلال اعتماد عنصر SpringA في ABAQUS لمحاكاة سلوك القص للبراغي التي تربط أغلفة OSB بأعضاء إطار CFS. Deverni et al. (2021) [26] ، [27] كرر نفس الجهود بنهج مبسط لنمذجة سلوك القص لمسامير الإغماد إلى CFS باستخدام عنصر CONN3D2 في ABAQUS بافتراض زاوية ثابتة بين تشوه المسمار والمحور الأفقي الشامل في جميع أنحاء جميع مستويات الطلب الجانبي على جدار القص. علاوة على ذلك ، مع عدم تحديد مسارات التفريغ وإعادة التحميل ، يمكن اعتماد عناصر SpringA و CONN3D2 فقط في محاكاة السلوك الجانبي لجدران القص CFS تحت الحمل الرتيب. تم استخدام نموذج Bouc-Wen-Baber-Noori (BWBN) (1993) [28] بواسطة Nithyadharan and Kalyanaraman (2013) [29] لالتقاط السلوك المتدهور ، من حيث تدهور القوة والصلابة مع القرص الشديد ، الذي كان لوحظ في السحابات اللولبية بين الإغماد وأعضاء إطار CFS تحت الحمل الدوري. بعد ذلك ، تم تنفيذ نموذج BWBN التأسيسي جنبًا إلى جنب مع عنصر زوج زنبركي موجه بشكل متغير في ABAQUS كعنصر مستخدم (UEL) لتكرار السلوك الدوري للمسامير تحت طلب القص [30]. في جميع جهود النمذجة الموضحة أعلاه ، كان الهدف هو تكرار نتائج الاختبارات على جدران القص التقليدية المؤطرة CFS بدلاً من تحسين الأداء الهيكلي لجدران القص المؤطرة CFS مع التفاصيل الإنشائية التي لا تغطيها أحكام وإرشادات التصميم الجانبي الحالية .

يتمثل الابتكار في الدراسة المقدمة في هذه الورقة في الكشف عن تأثير تفاصيل البناء المعيارية على سلوك جدران القص المؤطرة CFS المحملة جانبياً وتحسين نمط البراغي وفعالية تخطيط الأغلفة في LLRS. لذلك في هذه الورقة ، تم تقديم الاختبارات التجريبية الأولى على براغي التغليف إلى CFS (القسم 2) واختبارات الشد على أعضاء إطار CFS (القسم 3) لتوصيف المكونات الأساسية لجدران القص قيد الدراسة. تم اقتراح بروتوكول نمذجة متقدم في القسم 4 ، والذي يستخدم الينابيع الشعاعية مع منحنيات العمود الفقري المشتقة تجريبياً والمنفذة في UELs ، لنمذجة سلوك القص للبراغي المغلفة إلى CFS ، مع مراعاة تشوه أعضاء إطار جدار القص. تم التحقق من صحة بروتوكول النمذجة المقترح باستخدام النتائج الواردة من الاختبارات التجريبية التي أجراها المؤلفون [31] ، حيث تم التوصل إلى اتفاق جيد. بعد ذلك ، يتم تقييم تأثير التفاصيل الإضافية التي يتم تبنيها بشكل شائع في البناء المعياري CFS والتي تتجاوز نطاق أحكام التصميم الجانبي الحالية (5 دراسة معلمية ، 6 تقييم طلب قص اللولب ، 7 مقارنة مع أكواد التصميم). تشمل التفاصيل الرئيسية ما يلي: (1) وجود عوارض دفتر الأستاذ للأرضية والسقف على الوجه الداخلي لجدار القص ، (2) ألواح تغليف لها أحجام مختلفة من جدار القص الكلي وبالتالي وجود طبقات رأسية وأفقية ، (iii) ) استخدام ألواح جسيمات الأسمنت (CP) في الشريط السفلي لجدار القص و (4) تباعد لولبي مختلف في الشرائط العلوية والسفلية من الجزء الأوسط لجدار القص. أخيرًا ، تم وضع قواعد لتحسين نمط البراغي وفعالية تخطيط الأغلفة في LLRS الموصوفة أعلاه.