Penyiasatan Kesan Butiran Pembinaan Modular Terhadap Gelagat Sisi Dinding Ricih Berbingkai Keluli Terbentuk Sejuk

pengenalan

Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, kecekapan struktur dan kos, ketahanan serta kemampanan [1] telah meningkatkan penggunaan profil keluli bentuk sejuk (CFS) di banyak negara sebagai elemen struktur dan bukan struktur [2]. Dinding ricih yang diperbuat daripada anggota CFS (stud, trek dan penyekat) dan disarung dengan panel kayu atau zarah simen (CP) adalah salah satu sistem penentang beban sisi (LLRS) yang diguna pakai dalam pembinaan keluli ringan [3]. Kod utama yang kini mentakrifkan metodologi untuk reka bentuk struktur CFS ialah AISI S400 (2015) [4] dan AS/NZS 4600 (2018) [5]. Walau bagaimanapun, dalam pasaran semasa, bangunan modular CFS boleh memasukkan butiran pembinaan yang boleh mempengaruhi tingkah laku sisi mereka, dan tidak dilindungi oleh peruntukan reka bentuk sisi semasa dan garis panduan untuk struktur CFS [4]. Tambahan pula, analisis kompleks dan prosedur reka bentuk yang berkaitan dengan bilangan ketara komponen nipis, yang tidak stabil secara tempatan dan menunjukkan beberapa mekanisme kegagalan, memerlukan penyiasatan tingkah laku sisi lanjutan [6]. Selama dua dekad yang lalu, ujian berskala penuh telah banyak digunakan untuk menyiasat kelakuan dinding ricih berbingkai CFS di bawah beban sisi [7], [8], [9], [10], [11], yang memberikan asas untuk reka bentuk dan pembangunan kod.

Ujian maya (iaitu, simulasi berangka) juga sebahagian besarnya telah diterima pakai untuk memajukan pengecilan kapasiti struktur CFS dan meramalkan tingkah laku mereka pada pelbagai keadaan pemuatan dan komponen struktur, sehingga kini ia boleh dianggap sebagai kepentingan utama untuk tujuan pengoptimuman. prestasi struktur bangunan berbingkai CFS, khususnya, pada peringkat awal proses pembangunan produk.

Sepanjang dekad yang lalu, beberapa usaha telah ditumpukan kepada simulasi berangka dinding ricih berbingkai CFS tertakluk kepada beban sisi monoton dan kitaran (kuasi statik dan dinamik). Model Stewart (1987) [12] dianggap sesuai untuk simulasi ujian eksperimen yang dijalankan oleh Nisreen Balh (2010) [13] pada dinding ricih berbingkai CFS, walau bagaimanapun, kemerosotan kekuatan yang diperhatikan dalam keputusan ujian tidak dipertimbangkan. Martínez dan Xu (2010) [14] mencadangkan pendekatan yang mudah, namun tepat, untuk memodelkan dinding ricih berbingkai CFS menggunakan 16-elemen cangkerang nod dengan sifat geometri dan bahan yang setara yang diperoleh daripada sifat sebenar ricih berbingkai CFS dinding. Liu P. et al (2012) [15] menggunakan model Pinching4 [16] yang dibangunkan oleh Lowes dan Altoontash (2003) [17] untuk mencirikan kelakuan kitaran dinding ricih bersarung kayu CFS; model ini telah ditentukur berdasarkan keputusan ujian eksperimen dan menghasilkan semula tingkah laku histeritik dengan ketepatan yang boleh diterima (perbezaan di bawah 10 peratus). Berdasarkan model yang sama, model dimensi 2- dan 3-diwujudkan oleh Leng J. et al. (2017) [18] untuk analisis sejarah tindak balas dinamik tak linear bagi sistem CFS penuh (2-bangunan tingkat). Shamim dan Rogers (2013) [19] mensimulasikan sejarah tindak balas tak linear bagi dinding ricih berbingkai CFS dua tingkat di bawah beban seismik menggunakan model Pinching4 yang ditentukur berdasarkan keputusan ujian dinamik yang dijalankan oleh pengarang yang sama. Vigh et al. (2014) [20] membangun dan menentukur model tupang yang dipermudahkan dengan penggunaan model konstitutif Ibarra-Medina-Krawinkler [21] untuk mewakili gelung histeretik yang semakin merosot pada dinding ricih bersarung keluli beralun CFS. Buonopane et al. (2015) [22] membangunkan protokol pemodelan berasaskan skru yang cekap dari segi pengiraan dalam perisian OpenSees untuk dinding ricih bersarung CFS OSB. Dua model histeritik yang mengambil kira kemerosotan kekuatan dan kekakuan serta mencubit, telah dibangunkan dan dilaksanakan dalam keluaran OpenSees rasmi (versi 2.4.5 dan ke atas) oleh Kechidi dan Borahla (2016) [23] untuk mensimulasikan kayu dan kayu CFS. gelagat dinding ricih bersarung keluli di bawah beban sisi monoton dan kitaran. Perlu diingat bahawa semua simulasi berangka yang diterangkan di atas menggunakan elemen rasuk-lajur untuk memodelkan ahli bingkai CFS. Akibatnya, lengkokan tempatan dan herotan atau gabungannya tidak ditangkap. David Padilla-Llano (2015) [24] mencadangkan rangka kerja berangka untuk dinding ricih berbingkai CFS yang menangkap gelagat kitaran tak linear bagi komponen kritikal termasuk anggota bingkai (kancing kord) serta skru. Teknik pemodelan yang lebih maju telah dilakukan oleh Hung Huy Ngo (2014) [25] melalui penggunaan elemen SpringA dalam ABAQUS untuk mensimulasikan kelakuan ricih skru yang menyambungkan sarung OSB kepada anggota rangka CFS. Deverni et al. (2021) [26], [27] mereplikasi usaha yang sama dengan pendekatan mudah untuk memodelkan kelakuan ricih skru pelapis-ke-CFS menggunakan elemen CONN3D2 dalam ABAQUS dengan mengandaikan sudut malar antara ubah bentuk skru dan paksi mendatar global sepanjang semua peringkat permintaan sisi pada dinding ricih. Selain itu, tanpa laluan un- dan muat semula ditentukan, elemen SpringA dan CONN3D2 hanya boleh diguna pakai dalam simulasi kelakuan sisi dinding ricih CFS di bawah beban monoton. Model Bouc–Wen–Baber–Noori (BWBN) (1993) [28] digunakan oleh Nithyadharan dan Kalyanaraman (2013) [29] untuk menangkap tingkah laku yang semakin merosot, dari segi kekuatan dan kemerosotan kekakuan dengan cubitan yang teruk, yang telah diperhatikan dalam pengikat skru antara sarung dan anggota rangka CFS di bawah beban kitaran. Selepas itu, model konstitutif BWBN bersama-sama elemen pasangan spring berorientasikan berubah-ubah telah dilaksanakan di ABAQUS sebagai elemen pengguna (UEL) untuk meniru kelakuan kitaran skru di bawah permintaan ricih [30]. Dalam semua usaha pemodelan yang diterangkan di atas, matlamatnya adalah untuk meniru keputusan ujian pada dinding ricih berbingkai CFS konvensional dan bukannya mengoptimumkan prestasi struktur dinding ricih berbingkai CFS dengan butiran binaan yang tidak diliputi oleh peruntukan dan garis panduan reka bentuk sisi semasa. .

Inovasi dalam kajian yang dibentangkan dalam kertas ini adalah untuk mendedahkan kesan butiran pembinaan modular pada kelakuan dinding ricih berbingkai CFS beban sisi dan untuk mengoptimumkan corak skru dan keberkesanan susun atur sarung dalam LLRS ini. Oleh itu dalam kertas kerja ini, ujian percubaan pertama pada skru pelapis-ke-CFS (Bahagian 2) dan ujian tegangan pada anggota rangka CFS (Bahagian 3) dibentangkan untuk mencirikan komponen asas dinding ricih yang sedang disiasat. Protokol pemodelan lanjutan dicadangkan dalam Bahagian 4, yang menggunakan spring jejari dengan lengkung tulang belakang yang diperoleh secara eksperimen yang dilaksanakan dalam UEL, untuk memodelkan kelakuan ricih skru pelapis-ke-CFS, sambil mengambil kira ubah bentuk anggota bingkai dinding ricih. Protokol pemodelan yang dicadangkan disahkan menggunakan keputusan yang datang daripada ujian eksperimen yang dijalankan oleh pengarang [31], di mana persetujuan yang baik telah dicapai. Selepas itu, kesan butiran tambahan yang lazimnya diterima pakai dalam pembinaan modular CFS dan melangkaui skop peruntukan reka bentuk sisi semasa dinilai (5 Kajian parametrik, 6 Penilaian permintaan ricih skru, 7 Perbandingan dengan kod reka bentuk). Butiran utama termasuk: (i) kehadiran rasuk lejar lantai dan siling pada muka dalaman dinding ricih, (ii) papan sarung yang mempunyai saiz yang berbeza daripada dinding ricih keseluruhan dan dengan itu kehadiran kedua-dua jahitan menegak dan melintang, (iii ) penggunaan papan partikel simen (CP) pada jalur bawah dinding ricih dan (iv) jarak skru yang berbeza pada jalur atas dan bawah dari bahagian tengah dinding ricih. Akhir sekali, peraturan telah ditetapkan untuk mengoptimumkan corak skru dan keberkesanan susun atur sarung dalam LLRS yang diterangkan di atas.