النموذج التحليلي المطور لجدران القص المعدنية الصفائحية المختلطة

Abstract

Composite shear walls are important construction elements in terms of their use in high-rise buildings and nuclear installations. It consists generally of a steel plate and concrete wall, which are connected by bolts or shear connectors as well as boundary elements.

Several researchers have used the Finite Element Method to investigate the behavior of composite shear wall using structural analysis programs as ANSYS or ABAQUS.Many of these studies were based on either modeling each element alone or three-dimensional modeling one or two stories of a single wall. This modeling is very effective in predicting the performance of the wall under lateral loads. This three-dimensional modeling requires a lot of time, effort and good experience and cannot be easily used for design purposes. In this research, a simplified mathematical model is developed using ABAQUS finite element software to predict the nonlinear response of composite steel plate shear walls. The developed model is validated using results from tests reported in the literature of composite walls. The accuracy and simplicity of the proposed model make it suitable for further numerical studies and designing of composite steel shear wall using available engineering programs such as SAP and ETABS programs.

تعتبر جدران القص المعدنية المختلطة من العناصر الانشائية الهامة من حيث استخدامها في الأبنية العالية والمنشآت النووية. تتألف بشكل عام من صفيحة معدنية تمثل جدار القص الفولاذي وجدار بيتوني يتم الوصل بينهما من خلال براغي تثبيت أو روابط قص بالإضافة الى العناصر المحيطية من الاعمدة والجوائز. تطرق عدد من الباحثين لدراسة سلوكها باستخدام طريقة العناصر المنتهية وبمساعدة برامج هندسية متقدمة مثل ANSYS وABAQUS، ومعظم هذه الدراسات كانت إما بنمذجة كل عنصر لوحده أو بنمذجة ثلاثية الأبعاد لطابق أو طابقين من الجدار لوحده، وهذه النمذجة فعالة جدا في التنبؤ بالأداء المتوقع للجدار تحت تأثير الحمولات الجانبية الخارجية، إنما تستلزم الكثير من الوقت والجهد والخبرة الجيدة في مبادئ النمذجة الصحيحة والتمثيل الحقيقي للعنصر، وهذا ما يجعل التصميم باستخدام هذه الطرق غير مُجدي. قمنا من خلال هذا البحث بصياغة نموذج رياضي مبسط باستخدام طريقة العناصر المنتهية وبمساعدة برنامج التحليل الانشائي ABAQUS يمكنه التنبؤ بالسلوك اللاخطي لجدار القص المختلط. وتم التحقق من هذا النموذج المطور بالمقارنة مع نتائج لجدران مختلطة وموثقة من خلال تجربة مخبرية. يعتبر هذا النموذج المطور والمبسط مناسب جداً لدراسة وتصميم جدران القص المعدنية المختلطة باستخدام البرامج الهندسية المتاحة مثل برامج SAP وETABS.