Modulinės konstrukcijos detalių poveikio šaltai formuotų plieninių karkasinių sienų šoniniam elgesiui tyrimas

Įvadas

Pastaraisiais metais struktūrinis ir ekonomiškas efektyvumas, ilgaamžiškumas ir tvarumas [1] daugelyje šalių paskatino šalto formavimo plieno (CFS) profilių naudojimą kaip konstrukcinius ir nestruktūrinius elementus [2]. Šlyties sienos, pagamintos iš CFS elementų (smeigių, vikšrų ir blokų) ir aptrauktos medienos arba cemento dalelių (CP) plokštėmis, yra viena iš šoninei apkrovai atsparių sistemų (LLRS), taikomų lengvose plieno konstrukcijose [3]. Pagrindiniai kodai, kurie šiuo metu apibrėžia CFS konstrukcijų projektavimo metodikas, yra AISI S400 (2015) [4] ir AS/NZS 4600 (2018) [5]. Tačiau dabartinėje rinkoje CFS moduliniai pastatai gali turėti konstrukcijos detalių, kurios gali turėti įtakos jų šoniniam elgesiui, ir jiems netaikomos dabartinės CFS konstrukcijų šoninio projektavimo nuostatos ir gairės [4]. Be to, sudėtingoms analizėms ir projektavimo procedūroms, susijusioms su dideliu skaičiumi plonų komponentų, kurie yra lokaliai nestabilūs ir turi keletą gedimo mechanizmų, reikia atlikti pažangų šoninio elgesio tyrimą [6]. Per pastaruosius du dešimtmečius buvo atlikti plataus masto bandymai, siekiant ištirti CFS karkasinių šlyties sienų elgseną veikiant šoninėms apkrovoms [7], [8], [9], [10], [11], o tai yra pagrindas dizaino ir kodo kūrimas.

Virtualus testavimas (ty skaitinis modeliavimas) taip pat buvo plačiai pritaikytas siekiant sumažinti CFS struktūrinių pajėgumų įvertinimą ir numatyti jų elgseną kintant apkrovos sąlygoms ir konstrukciniams komponentams tiek, kad dabar jis gali būti laikomas itin svarbiu optimizavimo tikslu. CFS karkasinių pastatų konstrukcines charakteristikas, ypač pradiniame produkto kūrimo proceso etape.

Per pastarąjį dešimtmetį buvo skirta keletas pastangų CFS rėminių šlyties sienų, veikiančių monotoninę ir ciklinę (kvazistatinę ir dinaminę) šoninę apkrovą, skaitmeniniam modeliavimui. Stewart modelis (1987) [12] buvo laikomas tinkamu modeliuoti eksperimentinius bandymus, kuriuos Nisreen Balh (2010) [13] atliko su CFS karkasinėmis sienomis, tačiau į bandymo rezultatuose pastebėtą stiprumo pablogėjimą nebuvo atsižvelgta. Martínez ir Xu (2010) [14] pasiūlė supaprastintą, tačiau tikslų CFS įrėmintos šlyties sienos modeliavimo metodą, naudojant 16-mazgo apvalkalo elementą su lygiavertėmis geometrinėmis ir medžiagos savybėmis, gautomis iš tikrųjų CFS įrėminto šlyties savybių. siena. Liu P. ir kt. (2012) [15] patvirtino Pinching4 modelį [16], sukurtą Lowes ir Altoontash (2003) [17], siekdami apibūdinti CFS medžio apvalkalų šlyties sienų ciklinį elgesį; šis modelis buvo sukalibruotas remiantis eksperimentiniais bandymų rezultatais ir priimtinu tikslumu atkūrė histerinį elgesį (skirtumas mažesnis nei 10 procentų). Remdamiesi tuo pačiu modeliu, 2- ir 3-matmenų modelius sukūrė Leng J. ir kt. (2017) [18], skirta netiesinei dinaminio atsako istorijos analizei visose CFS sistemose (2-aukštų pastatų). Shamim ir Rogers (2013) [19] imitavo dviejų aukštų CFS įrėmintų šlyties sienų netiesinio atsako istoriją veikiant seisminei apkrovai, naudodami Pinching4 modelį, kuris buvo kalibruotas remiantis tų pačių autorių atliktų dinaminių bandymų rezultatais. Vigh ir kt. (2014) [20] sukūrė ir sukalibravo supaprastintą statramsčio modelį, taikydamas Ibarra-Medina-Krawinkler konstitucinį modelį [21], kuris atspindi prastėjančias CFS gofruoto plieno apvalkalų šlyties sienų histeretines kilpas. Buonopane ir kt. (2015) [22] sukūrė skaičiavimo požiūriu efektyvų sraigtinio modeliavimo protokolą „OpenSees“ programinėje įrangoje, skirtą CFS OSB apvalkalu kirptoms sienoms. Du isteretiniai modeliai, kuriuose atsižvelgiama į stiprumo ir standumo pablogėjimą bei suspaudimą, buvo sukurti ir įdiegti oficialiame OpenSees leidime (2.4.5 ir naujesnė versija), kuriuos sukūrė Kechidi ir Bourahla (2016) [23], kad imituotų CFS medienos ir plieninių apvalkalų šlyties sienų elgesys esant monotoninei ir ciklinei šoninei apkrovai. Verta paminėti, kad visi aukščiau aprašyti skaitmeniniai modeliavimai priėmė pluošto stulpelio elementus, kad modeliuotų CFS rėmo elementus. Todėl vietinis ir iškraipomas lenkimas ar jų derinys nebuvo užfiksuoti. David Padilla-Llano (2015) [24] pasiūlė skaitmeninę CFS įrėmintų šlyties sienų sistemą, kurioje užfiksuotas netiesinis ciklinis kritinių komponentų elgesys, įskaitant rėmo elementus (smeigtukus) ir varžtus. Hung Huy Ngo (2014) [25] ėmėsi pažangesnių modeliavimo metodų, ABAQUS įdiegdamas SpringA elementą, kad imituotų varžtų, jungiančių OSB apvalkalą su CFS rėmo elementais, šlyties elgesį. Deverni ir kt. (2021) [26], [27] atkartojo tas pačias pastangas supaprastintu būdu modeliuojant apvalkalo ir CFS varžtų šlyties elgseną naudojant CONN3D2 elementą ABAQUS, darant prielaidą, kad tarp varžto deformacijos ir pasaulinės horizontalios ašies yra pastovus kampas. visų lygių šoninio poreikio šlyties sienelei. Be to, nenustačius iškrovimo ir pakrovimo kelių, SpringA ir CONN3D2 elementai gali būti naudojami tik modeliuojant CFS šlyties sienelių šoninį elgesį veikiant monotoninei apkrovai. Bouc–Wen–Baber–Noori (BWBN) (1993) [28] modelį naudojo Nithyadharan ir Kalyanaraman (2013) [29], kad užfiksuotų prastėjančią elgseną – stiprumo ir standumo pablogėjimą stipriai suspaudus. pastebėta sraigtinėse tvirtinimo detalėse tarp apvalkalo ir CFS rėmo elementų veikiant ciklinei apkrovai. Vėliau BWBN konstitucinis modelis kartu su kintamos orientacijos spyruoklių poros elementu buvo įdiegtas ABAQUS kaip vartotojo elementas (UEL), kad atkartotų ciklinį varžtų elgesį esant šlyties poreikiui [30]. Atliekant visas aukščiau aprašytas modeliavimo pastangas, tikslas buvo pakartoti bandymų su įprastomis CFS karkasinėmis šlyties sienomis rezultatus, o ne optimizuoti CFS karkasinių šlyties sienų konstrukcines charakteristikas su konstrukcinėmis detalėmis, kurioms netaikomos dabartinės šoninio projektavimo nuostatos ir gairės. .

Šiame darbe pateikto tyrimo naujovė yra atskleisti modulinės konstrukcijos detalių poveikį iš šono apkrautų CFS karkasinių sienų elgsenai ir optimizuoti varžtų modelį ir apvalkalų išdėstymo efektyvumą šiame LLRS. Todėl šiame darbe pateikiami pirmieji eksperimentiniai apvalkalo ir CFS varžtų bandymai (2 skyrius) ir CFS rėmo elementų tempimo bandymai (3 skyrius), siekiant apibūdinti pagrindinius tiriamų šlyties sienų komponentus. 4 skyriuje siūlomas pažangus modeliavimo protokolas, kuriame naudojamos radialinės spyruoklės su eksperimentiškai gautomis stuburo kreivėmis, įdiegtomis UEL, kad būtų galima modeliuoti apvalkalo ir CFS varžtų šlyties elgseną, kartu atsižvelgiant į šlyties sienelės rėmo elementų deformaciją. Siūlomas modeliavimo protokolas patvirtinamas naudojant rezultatus, gautus iš autorių atliktų eksperimentinių bandymų [31], kai buvo pasiektas geras susitarimas. Vėliau įvertinamas papildomų detalių, kurios paprastai naudojamos CFS modulinėje konstrukcijoje ir kurios nepatenka į dabartinių šoninio projektavimo nuostatų taikymo sritį, poveikis (5 Parametrinis tyrimas, 6 Varžtų šlyties poreikio įvertinimas, 7 Palyginimas su projektavimo kodais). Pagrindinės detalės apima: i) grindų ir lubų sijų buvimą vidiniame šlifuojamos sienos paviršiuje, ii) apkalimo lentas, kurių dydžiai skiriasi nuo bendros kirpimo sienos, taigi ir vertikalių, ir horizontalių siūlių buvimas, (iii) ) cemento drožlių (CP) plokščių naudojimas apatinėje kirpimo sienelės juostoje ir (iv) skirtingas varžtų atstumas viršutinėse ir apatinėse juostose nuo kirpimo sienos vidurinės dalies. Galiausiai buvo nustatytos taisyklės, kaip optimizuoti varžtų modelį ir apvalkalų išdėstymo efektyvumą aukščiau aprašytame LLRS.