Ymchwiliad i Effaith Manylion Adeiladu Modiwlaidd Ar Ymddygiad Ochrol Waliau Cneifio Fframio Dur Wedi'u Ffurfio'n Oer

Rhagymadrodd

Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae effeithlonrwydd strwythurol a chost-effeithiol, gwydnwch yn ogystal â chynaliadwyedd [1] wedi cynyddu'r defnydd o broffiliau dur ffurfiwyd oer (CFS) mewn llawer o wledydd fel elfennau strwythurol ac anstrwythurol [2]. Mae waliau cneifio wedi'u gwneud o aelodau CFS (stydiau, traciau a blociau) ac wedi'u gorchuddio â phaneli gronynnau pren neu sment (CP) yn un o'r systemau gwrthsefyll llwyth ochrol (LLRSs) a fabwysiadwyd mewn adeiladu dur ysgafn [3]. Y prif godau sy'n diffinio methodolegau ar gyfer dylunio strwythurau CFS ar hyn o bryd yw AISI S400 (2015) [4] ac AS/NZS 4600 (2018) [5]. Fodd bynnag, yn y farchnad bresennol, gall adeiladau modiwlaidd CFS gynnwys manylion adeiladu a allai ddylanwadu ar eu hymddygiad ochrol, ac nid ydynt wedi'u cynnwys yn y darpariaethau a'r canllawiau dylunio ochrol presennol ar gyfer strwythurau CFS [4]. At hynny, mae'r dadansoddiadau cymhleth a'r gweithdrefnau dylunio sy'n gysylltiedig â'r nifer sylweddol o gydrannau tenau, sy'n ansefydlog yn lleol ac yn dangos nifer o fecanweithiau methiant, yn gofyn am ymchwiliad ymddygiad ochrol uwch [6]. Am y ddau ddegawd diwethaf, mae profion ar raddfa lawn wedi'u mabwysiadu i raddau helaeth i ymchwilio i ymddygiad waliau cneifio ffrâm CFS o dan lwythi ochrol [7], [8], [9], [10], [11], gan osod y sail ar gyfer dylunio a datblygu cod.

Mabwysiadwyd profion rhithwir (hy, efelychiad rhifiadol) i raddau helaeth hefyd ar gyfer datblygu dealltwriaeth o gapasiti strwythurol CFS a rhagfynegi eu hymddygiad ar amodau llwytho amrywiol a chydrannau strwythurol, i'r pwynt y gellir ei ystyried yn hollbwysig yn awr at y diben o optimeiddio. perfformiad strwythurol yr adeiladau ffrâm CFS, yn arbennig, yn ystod camau cynnar y broses datblygu cynnyrch.

Dros y degawd diwethaf, gwnaed sawl ymdrech i efelychu waliau cneifio ffrâm CFS sy'n destun llwyth ochrol monotonig a chylchol (lled-statig a deinamig). Barnwyd bod model Stewart (1987) [12] yn addas ar gyfer efelychu'r profion arbrofol a gynhaliwyd gan Nisreen Balh (2010) [13] ar waliau cneifio ffrâm CFS, fodd bynnag, ni ystyriwyd y dirywiad cryfder a welwyd yn y canlyniadau prawf. Cynigiodd Martínez a Xu (2010) [14] ddull symlach, ond cywir, ar gyfer modelu wal gneifio â ffrâm CFS gan ddefnyddio elfen cragen nod 16- gyda phriodweddau geometrig a materol cyfatebol yn deillio o briodweddau gwirioneddol cneifiwch ffrâm CFS wal. Mabwysiadodd Liu P. et al (2012) [15] fodel Pinching4 [16] a ddatblygwyd gan Lowes ac Altoontash (2003) [17] er mwyn nodweddu ymddygiad cylchol waliau cneifio coed CFS; cafodd y model hwn ei raddnodi yn seiliedig ar ganlyniadau profion arbrofol ac atgynhyrchu'r ymddygiad hysteretig gyda chywirdeb derbyniol (gwahaniaeth o dan 10 y cant). Yn seiliedig ar yr un model, sefydlwyd modelau dimensiwn 2- a 3-gan Leng J. et al. (2017) [18] ar gyfer dadansoddiadau hanes ymateb deinamig aflinol o systemau CFS llawn (2-adeiladau llawr). Fe wnaeth Shamim a Rogers (2013) [19] efelychu hanes ymateb aflinol waliau cneifio ffrâm CFS deulawr o dan lwyth seismig gan ddefnyddio model Pinching4 a gafodd ei raddnodi yn seiliedig ar ganlyniadau profion deinamig a gynhaliwyd gan yr un awduron. Roedd Vigh et al. (2014) [20] datblygu a graddnodi model strut symlach gyda mabwysiadu model cyfansoddol Ibarra-Medina-Krawinkler [21] i gynrychioli dolennau hysteretig dirywiol waliau cneifio dur rhychiog CFS. Buonopane et al. (2015) [22] datblygu protocol modelu sgriw-effeithlon cyfrifiannol yn seiliedig ar feddalwedd OpenSees ar gyfer waliau cneifio CFS OSB-gwain. Mae dau fodel hysteretig sy'n ystyried cryfder a dirywiad anystwythder yn ogystal â phinsio, wedi'u datblygu a'u gweithredu yn y datganiad swyddogol OpenSees (fersiwn 2.4.5 ac uwch) gan Kechidi and Bourahla (2016) [23] i efelychu coed CFS-a ymddygiad waliau cneifio dur-gwain o dan lwyth ochrol monotonig a chylchol. Mae'n werth nodi bod yr holl efelychiadau rhifiadol a ddisgrifir uchod wedi mabwysiadu elfennau trawst-colofn i fodelu aelodau ffrâm y CFS. O ganlyniad, ni chafodd byclo lleol ac ystumiol neu eu cyfuniad eu dal. Cynigiodd David Padilla-Llano (2015) [24] fframwaith rhifiadol ar gyfer waliau cneifio ffrâm CFS sy'n dal ymddygiad cylchol aflinol cydrannau hanfodol gan gynnwys aelodau ffrâm (stydiau cordiau) yn ogystal â sgriwiau. Ymgymerwyd â thechnegau modelu mwy datblygedig gan Hung Huy Ngo (2014) [25] trwy fabwysiadu elfen SpringA yn ABAQUS i efelychu ymddygiad cneifio'r sgriwiau sy'n cysylltu gorchuddio OSB ag aelodau ffrâm CFS. Mae Deverni et al. (2021) [26], [27] yn ailadrodd yr un ymdrechion gyda dull gor-syml o fodelu ymddygiad cneifio'r sgriwiau gorchuddio-i-CFS gan ddefnyddio elfen CONN3D2 yn ABAQUS gan dybio bod ongl gyson rhwng dadffurfiad y sgriw a'r echel lorweddol fyd-eang drwyddi draw. pob lefel o alw ochrol ar y wal cneifio. At hynny, heb unrhyw lwybrau dadlwytho ac ail-lwytho wedi'u diffinio, dim ond wrth efelychu ymddygiad ochrol waliau cneifio CFS o dan lwyth monotonig y gellir mabwysiadu elfennau SpringA a CONN3D2. Defnyddiwyd y model Bouc-Wen-Baber-Noori (BWBN) (1993) [28] gan Nithyadharan a Kalyanaraman (2013) [29] i ddal yr ymddygiad sy'n dirywio, o ran dirywiad cryfder ac anystwythder gyda phinsio difrifol, sydd wedi bod yn a arsylwyd yn y caewyr sgriw rhwng y sheathing ac aelodau ffrâm CFS o dan lwyth cylchol. Yn dilyn hynny, mae model cyfansoddiadol BWBN ynghyd ag elfen pâr gwanwyn amrywiol wedi'u rhoi ar waith yn ABAQUS fel elfen defnyddiwr (UEL) i ailadrodd ymddygiad cylchol y sgriwiau o dan y galw am gneifio [30]. Yn yr holl ymdrechion modelu a ddisgrifir uchod, y nod oedd atgynhyrchu canlyniadau profion ar waliau cneifio ffrâm CFS confensiynol yn hytrach nag optimeiddio perfformiad strwythurol waliau cneifio ffrâm CFS gyda manylion adeiladu nad ydynt wedi'u cynnwys yn y darpariaethau a'r canllawiau dylunio ochrol presennol. .

Yr arloesi yn yr astudiaeth a gyflwynir yn y papur hwn yw datgelu effaith manylion adeiladu modiwlaidd ar ymddygiad waliau cneifio ffrâm CFS wedi'u llwytho'n ochrol ac i wneud y gorau o effeithiolrwydd patrwm sgriwiau a gosodiad gorchuddion yn y LLRS hwn. Felly yn y papur hwn, cyflwynir profion arbrofol cyntaf ar sgriwiau gorchuddio-i-CFS (Adran 2) a phrofion tynnol ar aelodau ffrâm CFS (Adran 3) i nodweddu cydrannau sylfaenol y waliau cneifio sy'n cael eu harchwilio. Cynigir protocol modelu uwch yn Adran 4, sy'n defnyddio ffynhonnau rheiddiol gyda chromliniau asgwrn cefn sy'n deillio o arbrawf a weithredir mewn UELs, i fodelu ymddygiad cneifio sgriwiau gorchuddio-i-CFS, tra'n cyfrif am anffurfiad aelodau ffrâm wal cneifio. Mae'r protocol modelu arfaethedig yn cael ei ddilysu gan ddefnyddio canlyniadau sy'n dod o brofion arbrofol a gynhaliwyd gan yr awduron [31], lle mae cytundeb da wedi'i gyflawni. Yn dilyn hynny, asesir effaith manylion ychwanegol sy'n cael eu mabwysiadu'n gyffredin mewn adeiladu modiwlaidd CFS ac sy'n mynd y tu hwnt i gwmpas y darpariaethau dylunio ochrol presennol (5 Astudiaeth Parametrig, 6 Gwerthusiad galw cneifio sgriw, 7 Cymharu â chodau dylunio). Mae’r prif fanylion yn cynnwys: (i) presenoldeb trawstiau cyfrif llawr a nenfwd ar wyneb mewnol y wal gneifio, (ii) byrddau gorchuddio sydd â meintiau gwahanol i’r wal gneifio gyffredinol ac felly presenoldeb gwythiennau fertigol a llorweddol, (iii) ) defnyddio byrddau gronynnau sment (CP) ar streipen waelod y wal gneifio a (iv) bylchiad sgriwiau gwahanol yn y streipiau uchaf a gwaelod o ran ganol y wal gneifio. Yn olaf, mae rheolau wedi'u sefydlu ar gyfer optimeiddio patrwm y sgriwiau ac effeithiolrwydd gosodiad gorchuddion yn y LLRS a ddisgrifir uchod.