Истраживање утицаја детаља модуларне конструкције на бочно понашање хладно обликованих челичних смицајућих зидова

Увод

Последњих година, структурална и трошковна ефикасност, издржљивост као и одрживост [1] су повећали употребу хладно обликованих челичних профила (ЦФС) у многим земљама и као структурних и као неструктурних елемената [2]. Смични зидови направљени од ЦФС елемената (стубови, шине и блокаде) и обложени плочама од дрвета или цементних честица (ЦП) су један од система отпорних на бочно оптерећење (ЛЛРС) који су усвојени у лакој челичној конструкцији [3]. Главни кодови који тренутно дефинишу методологије за пројектовање ЦФС структура су АИСИ С400 (2015) [4] и АС/НЗС 4600 (2018) [5]. Међутим, на садашњем тржишту, ЦФС модуларне зграде могу укључивати грађевинске детаље који би могли утицати на њихово бочно понашање и нису обухваћени тренутним одредбама бочног дизајна и смерницама за ЦФС структуре [4]. Осим тога, сложене анализе и процедуре пројектовања у вези са значајним бројем танких компоненти, које су локално нестабилне и показују неколико механизама отказа, захтевају напредно испитивање бочног понашања [6]. Током протекле две деценије, испитивање у пуној скали је у великој мери прихваћено да би се истражило понашање посмичних зидова уоквирених ЦФС под бочним оптерећењима [7], [8], [9], [10], [11], што представља основу за дизајн и развој кода.

Виртуелно тестирање (тј. нумеричка симулација) је такође у великој мери усвојено за унапређење потцењивања конструктивних капацитета ЦФС и предвиђање њиховог понашања при различитим условима оптерећења и структурних компоненти, до те мере да се сада може сматрати од примарног значаја за потребе оптимизације. структуралне перформансе зграда са ЦФС оквирима, посебно у раним фазама процеса развоја производа.

Током последње деценије, неколико настојања је било посвећено нумеричкој симулацији посмичних зидова уоквирених ЦФС подвргнутих монотоном и цикличном (квазистатичком и динамичком) бочном оптерећењу. Стјуартов модел (1987) [12] је сматран погодним за симулацију експерименталних испитивања које је спровео Нисреен Балх (2010) [13] на зидовима уоквиреним ЦФС, међутим, погоршање чврстоће уочено у резултатима испитивања није узето у обзир. Мартинез и Ксу (2010) [14] предложили су поједностављен, али тачан приступ за моделирање посмичног зида уоквиреног ЦФС користећи 16- елемент шкољке чвора са еквивалентним геометријским и материјалним својствима изведеним из стварних својстава ЦФС уоквиреног смицања зид. Лиу П. и сарадници (2012) [15] усвојили су модел Пинцхинг4 [16] који су развили Ловес и Алтоонтасх (2003) [17] како би окарактерисали циклично понашање посмичних зидова обложених ЦФС дрветом; овај модел је калибрисан на основу резултата експерименталних тестова и репродуковао је хистерезно понашање са прихватљивом тачношћу (испод 10 процената разлике). На основу истог модела, 2- и 3-димензионалне моделе су успоставили Ленг Ј. ет ал. (2017) [18] за анализу историје нелинеарног динамичког одзива потпуних ЦФС система (2-спратне зграде). Шамим и Роџерс (2013) [19] симулирали су историју нелинеарног одзива двоспратних ЦФС уоквирених посмичних зидова под сеизмичким оптерећењем користећи Пинцхинг4 модел који је калибрисан на основу резултата динамичких испитивања које су спровели исти аутори. Вигх ет ал. (2014) [20] је развио и калибрисао поједностављени модел подупирача уз усвајање конститутивног модела Ибарра-Медина-Кравинклер [21] који представља погоршање хистерезних петљи ЦФС валовитих челичних обложених посмичних зидова. Буонопане ет ал. (2015) [22] развио је рачунарски ефикасан протокол за моделирање заснован на вијцима у софтверу ОпенСеес за посмичне зидове обложене ЦФС ОСБ-ом. Два хистеретичка модела која узимају у обзир погоршање чврстоће и крутости, као и штипање, развили су и имплементирали у званичном издању ОпенСеес-а (верзија 2.4.5 и новије) од стране Кецхиди и Боурахла (2016) [23] да би симулирали ЦФС дрво и понашање посмичних зидова обложених челика при монотоном и цикличном бочном оптерећењу. Вреди напоменути да су све горе описане нумеричке симулације усвојиле елементе греда-стуб за моделирање чланова ЦФС оквира. Сходно томе, локално и изобличење извијања или њихова комбинација нису ухваћени. Давид Падилла-Ллано (2015) [24] је предложио нумерички оквир за посмичне зидове уоквирене ЦФС-ом ​​који обухвата нелинеарно циклично понашање критичних компоненти, укључујући чланове оквира (сворњаке) као и завртње. Напредније технике моделирања предузели су Хунг Хуи Нго (2014) [25] кроз усвајање СпрингА елемента у АБАКУС-у како би се симулирало понашање на смицање вијака који повезују ОСБ облогу са ЦФС елементима оквира. Деверни и др. (2021) [26], [27] поновили су исте напоре са поједностављеним приступом моделирања понашања на смицање омотача према ЦФС завртњима користећи ЦОНН3Д2 елемент у АБАКУС-у уз претпоставку константног угла између деформације завртња и глобалне хоризонталне осе у целом сви нивои бочне потражње на зиду смицања. Штавише, без дефинисаних путања неоптерећења и поновног оптерећења, елементи СпрингА и ЦОНН3Д2 могу се само усвојити у симулацији бочног понашања ЦФС посмичних зидова под монотоним оптерећењем. Боуц–Вен–Бабер–Ноори (БВБН) (1993) [28] модел су користили Нитхиадхаран и Калианараман (2013) [29] да би ухватили погоршање понашања, у смислу погоршања снаге и крутости са јаким штипањем, које је било примећено у вијцима за причвршћивање између омотача и ЦФС елемената оквира под цикличним оптерећењем. Након тога, БВБН конститутивни модел заједно са променљиво оријентисаним елементом пара опруга имплементиран је у АБАКУС као кориснички елемент (УЕЛ) да би се реплицирало циклично понашање вијака под захтевом смицања [30]. У свим горе описаним напорима моделирања, циљ је био да се реплицирају резултати тестова на конвенционалним ЦФС уоквиреним посмичним зидовима, а не да се оптимизују структурне перформансе ЦФС уоквирених посмичних зидова са конструкционим детаљима који нису покривени тренутним одредбама и смерницама за бочни дизајн. .

Иновација у студији представљеној у овом раду је откривање ефекта детаља модуларне конструкције на понашање бочно оптерећених ЦФС уоквирених посмичућих зидова и оптимизација шаблона вијака и ефикасности распореда омотача у овом ЛЛРС. Због тога су у овом раду приказана прва експериментална испитивања на вијцима плашт-ЦФС (одељак 2) и затезна испитивања на елементима ЦФС оквира (одељак 3) како би се окарактерисале основне компоненте посмичних зидова који се испитују. У одељку 4 је предложен напредни протокол за моделирање, који користи радијалне опруге са експериментално изведеним кривинама кичме имплементираним у УЕЛ, за моделирање понашања на смицање омотача према ЦФС завртњима, уз узимање у обзир деформације чланова оквира зида смицања. Предложени протокол моделирања је валидиран коришћењем резултата добијених из експерименталних тестова које су спровели аутори [31], где је постигнута добра сагласност. Након тога, процењује се ефекат додатних детаља који су уобичајено усвојени у ЦФС модуларној конструкцији и који превазилазе обим тренутних одредби бочног дизајна (5 Параметријска студија, 6 Процена потражње за смицањем завртња, 7 Поређење са кодовима дизајна). Главни детаљи укључују: (и) присуство подних и плафонских греда на унутрашњој страни зида за смицање, (ии) даске за облагање које имају различите величине од укупног посмичног зида, а тиме и присуство вертикалних и хоризонталних шавова, (иии ) употреба плоча од цементних честица (ЦП) на доњој траци посмичног зида и (ив) различит размак шрафова у горњој и доњој прузи од средњег дела зида смицања. На крају, успостављена су правила за оптимизацију ефикасности шаблона вијака и распореда омотача у горе описаном ЛЛРС.