การตรวจสอบผลกระทบของรายละเอียดการก่อสร้างแบบแยกส่วนต่อพฤติกรรมด้านข้างของผนังรับแรงเฉือนโครงเหล็กขึ้นรูปเย็น

บทนำ

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา โครงสร้างและประสิทธิภาพด้านต้นทุน ความทนทาน และความยั่งยืน [1] ได้เพิ่มการใช้โปรไฟล์เหล็กขึ้นรูปเย็น (CFS) ในหลายประเทศทั้งเป็นองค์ประกอบโครงสร้างและไม่ใช่โครงสร้าง [2] ผนังรับแรงเฉือนที่ทำจากไม้ CFS (สตั๊ด รางและตัวกั้น) และหุ้มด้วยแผ่นไม้หรือแผ่นอนุภาคซีเมนต์ (CP) เป็นหนึ่งในระบบต้านทานการรับน้ำหนักด้านข้าง (LLRS) ที่ใช้ในโครงสร้างเหล็กน้ำหนักเบา [3] รหัสหลักที่กำหนดวิธีการออกแบบโครงสร้าง CFS ในปัจจุบันคือ AISI S400 (2015) [4] และ AS/NZS 4600 (2018) [5] อย่างไรก็ตาม ในตลาดปัจจุบัน อาคารโมดูลาร์ของ CFS สามารถรวมรายละเอียดการก่อสร้างที่อาจส่งผลต่อพฤติกรรมด้านข้าง และไม่ได้ครอบคลุมอยู่ในข้อกำหนดและแนวทางการออกแบบด้านข้างในปัจจุบันสำหรับโครงสร้าง CFS [4] นอกจากนี้ การวิเคราะห์ที่ซับซ้อนและขั้นตอนการออกแบบที่เกี่ยวข้องกับส่วนประกอบบางจำนวนที่มีนัยสำคัญ ซึ่งไม่เสถียรในพื้นที่และแสดงกลไกความล้มเหลวหลายประการ จำเป็นต้องมีการตรวจสอบพฤติกรรมด้านข้างขั้นสูง [6] ในช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมา การทดสอบเต็มรูปแบบได้ถูกนำมาใช้เพื่อตรวจสอบพฤติกรรมของผนังแรงเฉือนที่มีกรอบ CFS ภายใต้แรงด้านข้าง [7], [8], [9], [10], [11] ซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับ การออกแบบและพัฒนาโค้ด

การทดสอบเสมือนจริง (เช่น การจำลองเชิงตัวเลข) ยังถูกนำมาใช้เป็นส่วนใหญ่เพื่อพัฒนาขีดความสามารถของโครงสร้าง CFS ที่ไม่เพียงพอ และคาดการณ์พฤติกรรมของพวกมันในสภาพการโหลดที่แตกต่างกันและส่วนประกอบโครงสร้าง จนถึงจุดที่ตอนนี้ถือได้ว่ามีความสำคัญเบื้องต้นสำหรับวัตถุประสงค์ในการปรับให้เหมาะสม ประสิทธิภาพเชิงโครงสร้างของอาคารที่มีกรอบ CFS โดยเฉพาะในช่วงเริ่มต้นของกระบวนการพัฒนาผลิตภัณฑ์

ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา มีความพยายามหลายอย่างที่ทุ่มเทให้กับการจำลองเชิงตัวเลขของผนังรับแรงเฉือนแบบเฟรม CFS ที่รับภาระด้านข้างแบบโมโนโทนิกและแบบไซคลิก (กึ่งสถิตและไดนามิก) แบบจำลองสจ๊วต (1987) [12] ถือว่าเหมาะสมสำหรับการจำลองการทดสอบทดลองที่ดำเนินการโดย Nisreen Balh (2010) [13] บนผนังรับแรงเฉือนที่มีกรอบ CFS อย่างไรก็ตาม การเสื่อมสภาพของความแข็งแรงที่สังเกตพบในผลการทดสอบไม่ได้รับการพิจารณา Martínez และ Xu (2010) [14] เสนอแนวทางที่เรียบง่ายแต่แม่นยำสำหรับการสร้างแบบจำลองผนังเฉือนแบบเฟรม CFS โดยใช้องค์ประกอบเชลล์ของโหนด 16- ที่มีคุณสมบัติทางเรขาคณิตและวัสดุที่เทียบเท่ากันซึ่งได้มาจากคุณสมบัติจริงของแรงเฉือนแบบเฟรม CFS กำแพง. Liu P. et al (2012) [15] นำโมเดล Pinching4 มาใช้ [16] ที่พัฒนาโดย Lowes และ Altoontash (2003) [17] เพื่อระบุลักษณะการทำงานแบบวนรอบของผนังเฉือนที่หุ้มด้วยไม้ CFS; โมเดลนี้ได้รับการปรับเทียบตามผลการทดสอบทดลองและทำซ้ำพฤติกรรมฮิสทีเรียด้วยความแม่นยำที่ยอมรับได้ (ความแตกต่างต่ำกว่า 10 เปอร์เซ็นต์) จากโมเดลเดียวกันนั้น โมเดลมิติ 2- และ 3- ถูกสร้างขึ้นโดย Leng J. et al. (2017) [18] สำหรับการวิเคราะห์ประวัติการตอบสนองแบบไดนามิกที่ไม่เป็นเชิงเส้นของระบบ CFS ทั้งหมด (2-อาคารชั้น) Shamim and Rogers (2013) [19] จำลองประวัติการตอบสนองแบบไม่เชิงเส้นของผนังเฉือนแบบ CFS สองชั้นภายใต้ภาระแผ่นดินไหวโดยใช้แบบจำลอง Pinching4 ที่ปรับเทียบตามผลการทดสอบแบบไดนามิกที่ดำเนินการโดยผู้เขียนคนเดียวกัน Vigh และคณะ (2014) [20] พัฒนาและสอบเทียบแบบจำลองสตรัทแบบง่ายด้วยการนำแบบจำลองอิบาร์รา-เมดินา-ครอวิงเกลอร์มาใช้ [21] เพื่อแสดงถึงลูปฮิสเทรีติกที่เสื่อมสภาพของผนังรับแรงเฉือนที่หุ้มด้วยเหล็กลูกฟูก CFS Buonopane และคณะ (2015) [22] พัฒนาโปรโตคอลการสร้างแบบจำลองตามสกรูที่มีประสิทธิภาพในการคำนวณในซอฟต์แวร์ OpenSees สำหรับผนังเฉือน CFS OSB แบบจำลองที่ตีโพยตีพายสองแบบที่คำนึงถึงความแข็งแรงและความฝืดที่ลดลงตลอดจนการบีบนิ้ว ได้รับการพัฒนาและนำไปใช้ในการเปิดตัว OpenSees อย่างเป็นทางการ (เวอร์ชัน 2.4.5 ขึ้นไป) โดย Kechidi และ Bourahla (2016) [23] เพื่อจำลอง CFS wood- และ ลักษณะการทำงานของผนังเฉือนที่มีเปลือกหุ้มด้วยเหล็กภายใต้โหลดด้านข้างแบบโมโนโทนิกและแบบไซคลิก เป็นที่น่าสังเกตว่าการจำลองเชิงตัวเลขทั้งหมดที่อธิบายข้างต้นได้นำองค์ประกอบลำแสง-คอลัมน์มาสร้างแบบจำลองสมาชิกเฟรม CFS จึงไม่เกิดการโก่งงอเฉพาะที่และการบิดเบี้ยวหรือการรวมกัน David Padilla-Llano (2015) [24] เสนอกรอบงานเชิงตัวเลขสำหรับผนังเฉือนแบบเฟรม CFS ที่รวบรวมพฤติกรรมวัฏจักรที่ไม่เป็นเชิงเส้นของส่วนประกอบที่สำคัญ รวมถึงสมาชิกเฟรม (ปุ่มคอร์ด) และสกรู เทคนิคการสร้างแบบจำลองขั้นสูงได้ดำเนินการโดย Hung Huy Ngo (2014) [25] ผ่านการนำองค์ประกอบ SpringA มาใช้ใน ABAQUS เพื่อจำลองพฤติกรรมการเฉือนของสกรูที่เชื่อมต่อปลอก OSB กับสมาชิกเฟรม CFS เดเวอร์นีและคณะ (2021) [26], [27] จำลองความพยายามแบบเดียวกันด้วยวิธีการง่ายๆ ในการสร้างแบบจำลองพฤติกรรมการเฉือนของสกรูที่หุ้มเข้ากับ CFS โดยใช้องค์ประกอบ CNN3D2 ใน ABAQUS โดยให้มุมคงที่ระหว่างการเสียรูปของสกรูกับแกนนอนโดยรวมตลอด ความต้องการด้านข้างทุกระดับบนกำแพงเฉือน ยิ่งไปกว่านั้น เมื่อไม่มีการกำหนดเส้นทางการยกเลิกการโหลดและการโหลดซ้ำ องค์ประกอบ SpringA และ CNN3D2 สามารถนำมาใช้ในการจำลองพฤติกรรมด้านข้างของผนังรับแรงเฉือน CFS ภายใต้โหลดแบบโมโนโทนิกเท่านั้น แบบจำลอง Bouc–Wen–Baber–Noori (BWBN) (1993) [28] ถูกใช้โดย Nithyadharan และ Kalyanaraman (2013) [29] เพื่อจับพฤติกรรมที่เสื่อมลงในแง่ของความแข็งแกร่งและความแข็งที่เสื่อมสภาพด้วยการหนีบอย่างรุนแรงที่ได้รับ สังเกตได้จากสกรูยึดระหว่างปลอกหุ้มและโครง CFS ภายใต้โหลดแบบไซคลิก ต่อจากนั้น แบบจำลองที่เป็นส่วนประกอบ BWBN พร้อมกับองค์ประกอบคู่สปริงแบบปรับทิศทางได้ถูกนำมาใช้ใน ABAQUS เป็นองค์ประกอบผู้ใช้ (UEL) เพื่อจำลองพฤติกรรมวัฏจักรของสกรูภายใต้ความต้องการแรงเฉือน [30] ในความพยายามในการสร้างแบบจำลองทั้งหมดที่อธิบายข้างต้น จุดมุ่งหมายคือการจำลองผลการทดสอบกับผนังแรงเฉือนที่มีกรอบ CFS แบบเดิม แทนที่จะเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของโครงสร้างของผนังแรงเฉือนที่มีกรอบ CFS ที่มีรายละเอียดเชิงโครงสร้างที่ไม่ครอบคลุมอยู่ในข้อกำหนดและแนวทางการออกแบบด้านข้างในปัจจุบัน .

นวัตกรรมในการศึกษาที่นำเสนอในบทความนี้คือการค้นพบผลกระทบของรายละเอียดการก่อสร้างแบบแยกส่วนต่อพฤติกรรมของผนังรับแรงเฉือนที่มีกรอบ CFS ด้านข้าง และเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพรูปแบบสกรูและประสิทธิภาพของโครงร่างปลอกใน LLRS นี้ ดังนั้นในบทความนี้ จึงได้นำเสนอการทดสอบทดลองครั้งแรกเกี่ยวกับสกรูแบบปลอกต่อ CFS (ส่วนที่ 2) และการทดสอบแรงดึงของส่วนประกอบเฟรม CFS (ส่วนที่ 3) เพื่อกำหนดลักษณะส่วนประกอบพื้นฐานของผนังเฉือนภายใต้การตรวจสอบ โปรโตคอลการสร้างแบบจำลองขั้นสูงได้รับการเสนอในหัวข้อที่ 4 ซึ่งใช้สปริงแนวรัศมีที่มีเส้นโค้งแกนหลักที่ได้จากการทดลองซึ่งนำไปใช้ใน UEL เพื่อจำลองพฤติกรรมการเฉือนของสกรูที่ปลอกหุ้มเข้ากับ CFS โดยคำนึงถึงการเสียรูปของส่วนประกอบโครงผนังรับแรงเฉือน โปรโตคอลการสร้างแบบจำลองที่เสนอได้รับการตรวจสอบโดยใช้ผลลัพธ์ที่มาจากการทดสอบทดลองที่ดำเนินการโดยผู้เขียน [31] ซึ่งได้บรรลุข้อตกลงที่ดี ต่อจากนั้น มีการประเมินผลกระทบของรายละเอียดเพิ่มเติมที่ใช้กันทั่วไปในโครงสร้างโมดูลาร์ CFS และอยู่นอกเหนือขอบเขตของข้อกำหนดการออกแบบด้านข้างในปัจจุบัน (5 การศึกษาพารามิเตอร์, การประเมินความต้องการแรงเฉือนของสกรู 6 ตัว, 7 การเปรียบเทียบกับรหัสการออกแบบ) รายละเอียดหลัก ได้แก่: (i) การปรากฏตัวของคานแยกประเภทพื้นและเพดานที่พื้นผิวด้านในของผนังแรงเฉือน (ii) แผ่นเปลือกหุ้มที่มีขนาดแตกต่างจากผนังรับแรงเฉือนโดยรวม ดังนั้นจึงมีตะเข็บทั้งแนวตั้งและแนวนอน (iii) ) การใช้แผ่นไม้อัดซีเมนต์ (CP) ที่แถบด้านล่างของผนังรับแรงเฉือน และ (iv) ระยะห่างของสกรูที่แตกต่างกันในแถบด้านบนและด้านล่างจากส่วนตรงกลางของผนังรับแรงเฉือน สุดท้ายนี้ ได้มีการกำหนดกฎเกณฑ์สำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพรูปแบบสกรูและประสิทธิภาพของโครงปลอกใน LLRS ที่อธิบายข้างต้น