بررسی رفتار استاتیکی غیرخطی و ارائه مدل ماکرو برای تحلیل غیرخطی دیوارهای برشی بتن مسلح سه بعدی

دیوارهای برشی از سیستم های مهم و موثری هستند که برای مقاومت در برابر بارهای قائم و زلزله در ساختمان ها استفاده می شوند. بررسی ساختمان ها در طی زلزله های اخیر، عملکرد موفق این دیوارها را در به حداقل رساندن خسارات وارده نشان می دهد. دیوارهای برشی بسته به نسبت ابعادی، رفتارهای متفاوتی از خود نشان می دهند. دیوارهایی با نسبت ارتفاع به طول بالا (بیش تر از دو)، دیوارهای خمشی یا لاغر نامیده می شوند. دیوارهایی با نسبت ارتفاع به طول پایین (کم تر از یک)، دیوارهای کوتاه یا چاق نامیده می شوند و در صورتی که نسبت ابعادی دیوار مابین یک و دو باشد، دیوار خمشی-برشی و هر دو رفتار خمشی و برشی در این دیوار ها قابل رخ دادن است. نسبت ارتفاع به طول دیوارهای برشی در ساختمان های بلند، در نسبت ارتفاع به طول دیوارهای برشی در ساختمان های بلند حدود 10 الی 12 می باشد. از این رو، این دیوارها در زمره ی دیوارهای لاغر یا خمشی قرار می گیرند و تغییر شکل های برشی در این دیوارها ناچیز است. جهت پیش بینی رفتار لرزه ای، آنالیز و طراحیِ این عناصر سازه ای نیاز به یک مدل تحلیلی مبسوط و کارا می باشد که بتواند تا حد ممکن بازتاب دهنده ی رفتار واقعی سازه باشد. این مدل های تحلیلی بایستی قابلیت دخیل کردن عوامل موثر و مشخصه های اصلی پاسخ دیوار های برشی را دارا باشند. هم چنین مدل های مذکور، بایستی توانایی شبیه سازی رفتارهای مهم غیر خطی دیوار را نیز داشته باشند. سه روش کلی در مدل سازی این دیوارها شامل روش مدل سازی میکرو یا مقیاس کوچک، مزو یا مقیاس متوسط و ماکرو یا مقیاس بزرگ مرسوم می باشد. بسیاری از تحقیقات انجام گرفته تا به امروز، بر دیوار هایی با مقطع مستطیلی تمرکز کرده و مقاطع غیر مستطیلی و بال دار کم تر مد نظر قرار گرفته اند؛ هم چنین در آیین نامه ها و دستورالعمل های موجود نیز بند مشخصی درباره ی دیوارهایی با مقطع غیر مستطیلی آورده نشده است. این در حالی است که عملکرد دیوارهای بالدار به دلیل مشارکت بال، بهتر از عملکرد دیوارهای مستطیل شکل است. از این رو در تحقیق حاضر، تمرکز بر تحلیل و مدل سازی رفتار دیوارهای برشی بلند با مقطع غیر مستطیلی شامل مقاطع l شکل، t شکل و h شکل است. هم چنین سعی شد مدلی ماکرو بر مبنای پلاستیسیته متمرکز، جهت تحلیل و پیش بینی رفتار دیوارهای برشی سه بعدی ارائه گردد به گونه ای که رفتار خطی دیوار پیش از ترک خوردگی نیز مد نظر قرار گرفته شود. بدین منظور در بدو امر، از روش اجزاء محدود (میکرو) در نرم افزار abaqus 6.12و از روش فایبر (مزو) در نرم افزار opensees 2.4.0 جهت تحلیل استاتیکی غیر خطی دیوارهای برشی استفاده شد. به منظور بررسی و ارزیابی صحت نتایج این دو روش مدل سازی، سه نمونه دیوار برشی بتن مسلح آزمایشگاهی انتخاب و نتایج حاصل مقایسه شدند. نتایج بیان گر آن است که آنالیز به روش مدل سازی فایبر به مراتب سریع تر از آنالیز به روش اجزاء محدود دیوارهای برشی بلند است. هم چنین مدل سازی به روش فایبر دقت قابل قبولی در تحلیل دیوار های برشی بتن مسلح بلند از خود نشان می دهد. با علم به اینکه، مدل های ساخته شده به روش اجزاء محدود و فایبر با اطلاعات دقیق و صحیحی از رفتار محلی همراه هستند، امّا پیچیدگی و زمان بر بودن این روش ها و هم چنین در پاره ای از موارد، عدم نیاز به اطلاعات دقیق محلی و لزوم پیش بینی رفتار دیوارها در حالت کلی محققین را بر آن داشت که روش های مدل سازی ماکرو را مورد توجه قرار دهند. به همین دلیل سعی بر آن شد که رفتار غیرخطی دیوار به روش مدل سازی ماکرو شبیه سازی و پیش بینی گردد. در این مدل سازی، دیوار برشی با دو عضو، فنر دورانی در پای دیوار و عضو الاستیک مدل می شود. قسمت الاستیک برابر با طول دیوار می باشد و فنر چرخشی در پای دیوار جهت مدل سازی رفتار غیرخطی دیوار استفاده می شود. در این حالت، رفتار غیر خطی دیوار، به صورت متمرکز در فنر پای دیوار مدل می شود. پارامترهای مدل ماکروی پیشنهاد شده به مشخصات هندسی دیوار و مشخصات مکانیکی مصالح مورد استفاده در آن وابسته می باشد. پس از تعیین پارامترهای مدل مذکور، سعی شد عوامل موثر بر آنها شناسایی و رابطه ای صریح جهت تعیین پارامترها ارائه شود. بار محوری فشاری وارد بر دیوار، شکل سطح مقطع عرضی دیوار، درصد آرماتور طولی و نسبت لاغری دیوار از عوامل موثر شناخته شدند. با تغییر این عوامل در بیش از 460 نمونه دیوار، تأثیر هر یک مورد بررسی قرارگرفت و رابطه ای جهت تعیین این پارامترها ارائه شد. از نقاط قوت این مدل، کارایی و قابلیت کاربرد آن در دیوارهای مستطیل شکل و دیوارهایی با مقاطع بال دار می باشد. در نهایت، صحت و دقت مدل عرضه شده با استفاده از نتایج آزمایشگاهی تأیید شد. هم چنین جهت اثبات کارایی و دقت مدل ارائه شده، نتایج حاصل با نتایج حاصل از دستور العمل بهسازی 360 نیز مقایسه شد.