Modüler Yapı Detaylarının Soğuk Şekillendirilmiş Çelik Çerçeveli Perde Duvarların Yanal Davranışına Etkisinin İncelenmesi

giriiş

Son yıllarda, yapısal ve maliyet verimliliği, dayanıklılık ve sürdürülebilirlik [1], birçok ülkede hem yapısal hem de yapısal olmayan elemanlar olarak soğuk şekillendirilmiş çelik (CFS) profillerin kullanımını hızlandırmıştır [2]. CFS üyelerinden (saplamalar, raylar ve bloklar) yapılmış ve ahşap veya çimento parçacıklı (CP) panellerle kaplanmış perde duvarlar, hafif çelik konstrüksiyonda benimsenen yanal yüke dayanıklı sistemlerden (LLRS'ler) biridir [3]. Şu anda CFS yapılarının tasarımı için metodolojileri tanımlayan ana kodlar AISI S400 (2015) [4] ve AS/NZS 4600 (2018) [5]'tir. Bununla birlikte, mevcut piyasada, CFS modüler binalar, yanal davranışlarını etkileyebilecek inşaat detaylarını içerebilir ve CFS yapıları için mevcut yanal tasarım hükümleri ve yönergeleri kapsamında değildir [4]. Ayrıca, yerel olarak kararsız olan ve birkaç kırılma mekanizması gösteren önemli sayıda ince bileşenle ilgili karmaşık analizler ve tasarım prosedürleri, gelişmiş bir yanal davranış incelemesi gerektirir [6]. Son yirmi yıldır, CFS çerçeveli perde duvarların yanal yükler altındaki davranışını araştırmak için büyük ölçüde tam ölçekli testler benimsenmiştir [7], [8], [9], [10], [11], tasarım ve kod geliştirme.

Sanal test (yani sayısal simülasyon), aynı zamanda, CFS yapısal kapasitesinin daha az anlaşılmasını ilerletmek ve değişen yükleme koşullarında ve yapısal bileşenlerdeki davranışlarını tahmin etmek için büyük ölçüde benimsenmiştir, öyle ki, artık optimizasyon amacıyla birincil öneme sahip olduğu kabul edilebilir. özellikle ürün geliştirme sürecinin ilk aşamalarında CFS çerçeveli binaların yapısal performansı.

Son on yılda, monotonik ve döngüsel (yarı statik ve dinamik) yanal yüke maruz kalan CFS çerçeveli perde duvarların sayısal simülasyonu için çeşitli çalışmalar yapılmıştır. Stewart modeli (1987) [12], Nisreen Balh (2010) [13] tarafından CFS çerçeveli perde duvarlar üzerinde gerçekleştirilen deneysel testlerin simülasyonu için uygun görülmüş, ancak test sonuçlarında gözlenen dayanım bozulması dikkate alınmamıştır. Martínez ve Xu (2010) [14], bir CFS çerçeveli kesmenin gerçek özelliklerinden türetilen eşdeğer geometrik ve malzeme özelliklerine sahip bir 16-düğüm kabuk elemanı kullanarak bir CFS çerçeveli perde duvarı modellemek için basitleştirilmiş, ancak doğru bir yaklaşım önerdi. duvar. Liu P. ve diğerleri (2012) [15], CFS ahşap kılıflı perde duvarların döngüsel davranışını karakterize etmek için Lowes ve Altoontash (2003) [17] tarafından geliştirilen Pinching4 modelini [16] benimsemiştir; bu model deneysel test sonuçlarına göre kalibre edildi ve histeretik davranışı kabul edilebilir bir doğrulukla (yüzde 10'un altında fark) yeniden üretti. Aynı modele dayalı olarak, 2- ve 3-boyutlu modeller Leng J. et al. (2017) [18] tam CFS sistemlerinin (2-katlı binalar) doğrusal olmayan dinamik tepki geçmişi analizleri için. Shamim ve Rogers (2013) [19], aynı yazarlar tarafından yürütülen dinamik testlerin sonuçlarına dayalı olarak kalibre edilen Pinching4 modelini kullanarak iki katlı CFS çerçeveli perde duvarların sismik yük altında doğrusal olmayan tepki geçmişini simüle etmişlerdir. Vigh et al. (2014) [20], CFS oluklu çelik kılıflı perde duvarların bozulan histeretik döngülerini temsil etmek için Ibarra-Medina-Krawinkler kurucu modelinin [21] benimsenmesiyle basitleştirilmiş bir payanda modeli geliştirdi ve kalibre etti. Buonopane ve ark. (2015) [22], CFS OSB kılıflı perde duvarlar için OpenSees yazılımında hesaplama açısından verimli vida tabanlı bir modelleme protokolü geliştirdi. Mukavemet ve sertlik bozulmasının yanı sıra sıkışmayı da hesaba katan iki histeretik model, Kechidi ve Bourahla (2016) [23] tarafından CFS ahşap ve monotonik ve çevrimsel yanal yük altında çelik kılıflı perde duvar davranışı. Yukarıda açıklanan tüm sayısal simülasyonların, CFS çerçeve elemanlarını modellemek için kiriş-kolon elemanlarını benimsediğini belirtmekte fayda var. Sonuç olarak, yerel ve distorsiyonel burkulma veya bunların kombinasyonu yakalanmadı. David Padilla-Llano (2015) [24], CFS çerçeveli perde duvarlar için, çerçeve elemanları (koro dikmeleri) ve vidalar dahil olmak üzere kritik bileşenlerin doğrusal olmayan döngüsel davranışını yakalayan sayısal bir çerçeve önerdi. Hung Huy Ngo (2014) [25] tarafından OSB kaplamasını CFS çerçeve elemanlarına bağlayan vidaların kesme davranışını simüle etmek için ABAQUS'ta SpringA elemanının benimsenmesiyle daha gelişmiş modelleme teknikleri üstlenilmiştir. Deverni et al. (2021) [26], [27], ABAQUS'ta CONN3D2 elemanını kullanarak vida deformasyonu ve küresel yatay eksen arasında sabit bir açı olduğunu varsayarak CFS'ye kılıflama vidalarının kesme davranışını modellemek için basit bir yaklaşımla aynı çabaları tekrarladı. perde duvardaki tüm yanal talep seviyeleri. Ayrıca, hiçbir boşaltma ve yeniden yükleme yolu tanımlanmadan, SpringA ve CONN3D2 elemanları sadece monotonik yük altında CFS perde duvarlarının yanal davranışının simülasyonunda kullanılabilir. Bouc–Wen–Baber–Noori (BWBN) (1993) [28] modeli, Nithyadharan ve Kalyanaraman (2013) [29] tarafından, şiddetli sıkıştırma ile mukavemet ve sertlik bozulması açısından kötüleşen davranışı yakalamak için kullanıldı. çevrimsel yük altında kaplama ve CFS çerçeve elemanları arasındaki vida bağlantılarında gözlenir. Daha sonra, BWBN kurucu modeli ve değişken olarak yönlendirilmiş bir yay çifti elemanı, ABAQUS'ta vidaların kesme talebi altındaki döngüsel davranışını kopyalamak için bir kullanıcı elemanı (UEL) olarak uygulanmıştır [30]. Yukarıda açıklanan tüm modelleme çabalarında amaç, mevcut yanal tasarım hükümleri ve kılavuzları tarafından kapsanmayan yapısal detaylarla CFS çerçeveli perde duvarların yapısal performansını optimize etmek yerine, geleneksel CFS çerçeveli perde duvarlar üzerindeki testlerin sonuçlarını tekrarlamaktı. .

Bu yazıda sunulan çalışmadaki yenilik, modüler yapı detaylarının yanal olarak yüklenen CFS çerçeveli perde duvarların davranışı üzerindeki etkisini ortaya çıkarmak ve bu LLRS'de vida düzenini ve kılıf yerleşimi etkinliğini optimize etmektir. Bu nedenle, bu yazıda, incelenen perde duvarların temel bileşenlerini karakterize etmek için ilk olarak CFS'ye kılıflama vidaları üzerinde deneysel testler (Bölüm 2) ve CFS çerçeve elemanları üzerinde çekme testleri (Bölüm 3) sunulmaktadır. Bölüm 4'te, perde duvar çerçeve elemanlarının deformasyonunu hesaba katarken, CFS'ye kılıflama vidalarının kesme davranışını modellemek için UEL'lerde uygulanan deneysel olarak türetilmiş omurga eğrileri ile radyal yayları kullanan gelişmiş bir modelleme protokolü önerilmiştir. Önerilen modelleme protokolü, iyi bir anlaşmanın sağlandığı yazarlar [31] tarafından yürütülen deneysel testlerden gelen sonuçlar kullanılarak doğrulanmıştır. Ardından, CFS modüler yapısında yaygın olarak kullanılan ve mevcut yanal tasarım hükümlerinin kapsamını aşan ek detayların etkisi değerlendirilir (5 Parametrik çalışma, 6 Vidalı kesme talebi değerlendirmesi, 7 Tasarım kodları ile karşılaştırma). Ana detaylar şunlardır: (i) perde duvarın iç yüzünde döşeme ve tavan kirişlerinin varlığı, (ii) perde duvarın tamamından farklı boyutlarda mantolama levhaları ve dolayısıyla hem dikey hem de yatay dikişlerin varlığı, (iii) ) perde duvarın alt şeridinde çimento parçacıklı (CP) levhaların kullanılması ve (iv) perde duvarın orta kısmından üst ve alt şeritlerde farklı vida aralıkları. Son olarak, yukarıda açıklanan LLRS'de vida düzenini ve kılıf düzeni etkinliğini optimize etmek için kurallar oluşturulmuştur.