مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

ارزیابی ظرفیت دیوارهای برشی فولادی سردنورد شده با استفاده از مدل‌سازی عددی و مدل جانشین رگرسیونی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی عمران، مجتمع آموزش عالی اسفراین، اسفراین، ایران
2 استادیار پژوهشکده سازه، پژوهشگاه بین‌المللی زلزله‌شناسی و مهندسی زلزله، تهران، ایران
10.48311/mme.2026.118783.82940
چکیده
سازه‌های فولادی سرد نورد شده که به دلیل کارایی، مقرون‌به‌صرفه بودن و مزایای زیست‌محیطی شناخته‌شده‌اند، نقش مهمی در تأمین نیازهای جوامع برای سازه‌های مقاوم ایفا می‌کند. با این حال، آنچه پایداری و ایمنی آن را در برابر نیروهای جانبی همچون زلزله و باد تضمین می‌نماید، دیوارهای برشی فولادی است. در این مقاله یک مدل اجزای محدود بر اساس داده‌های آزمایشگاهی توسعه یافت، که شامل المان‌های پوسته تغییرشکل‌پذیر سه‌بعدی برای ستونک‌ها، تیرک‌ها و روکش فولادی است. در مطالعات قبلی به موضوع بررسی پیچ‌ها و فواصل آنها و همچنین تاثیر ضخامت ورقهای فولادی پرداخته نشده است. هدف این مقاله، بررسی عوامل تاثیرگذار بر روی دیوارهای برشی فولادی از طریق تجزیه و تحلیل داده‌های ناشی از تحلیل اجزای محدود دیوارهای برشی CFSاست. در ادامه با استفاده از مدل جانشینی رگرسیونی اثرات پارامترهای ضخامت ورق (t) و فاصله پیچ لبه (s) بر ظرفیت برشی ماکزیمم، جابجایی، سختی اولیه و اتلاف انرژی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد ظرفیت برشی ماکزیمم به طور غیرخطی با t افزایش و با s کاهش می‌یابد. جهت ارزیابی مدل ارائه شده از پارامترهای R2=0.9816،MAE =12.42 ،RMSE =17.28 استفاده گردید که این اعداد نشان دهنده کیفیت خوب برازش مدل با نتایج حاصل از مدلسازی عددی و آزمایشگاهی می باشد. یافته‌ها ابزارهای عملی برای بهینه‌سازی دیوارهای برشی CFS ارائه می‌دهند، عملکرد لرزه‌ای را بهبود می‌بخشند و شکاف‌های موجود را در پارامترهای کلیدی پر می‌کنند. در نهایت خروجی مدل به یک نقشه طراحی تبدیل شد که امکان برآورد مستقیم ظرفیت دیوارهای برشی در هر ترکیب (t,s) را فراهم می نماید.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Capacity Assessment of Cold Formed Steel Shear Walls Using Numerical Modeling and Regression Surrogate Model

نویسندگان English

Shahin Lale Arefi 1
Mahdi Bitarafan 2
1 Department of Civil Engineering, Esfarayen University of Technology, Esfarayen, Iran
2 International Institute of Earthquake Engineering and Seismology (IIEES), Tehran, Iran
چکیده English

Cold formed steel structures, known for their efficiency, cost-effectiveness and environmental benefits, play a pivotal role in meeting the needs of societies for durable, cost-effective and environmentally friendly structures. However, what ensures its stability and safety against lateral forces are steel shear walls. In this paper, a finite element model was developed based on laboratory data, which includes 3D deformable shell elements for columns, beams and steel cladding. In previous studies, the issue of bolts and their spacing, as well as the effect of steel sheet thickness, has not been addressed. The aim of this paper is to investigate the factors affecting steel shear walls through the analysis of data from the finite element analysis of CFS shear walls. Then, using a regression substitution model, the effects of the parameters of plate thickness (t) and edge screw spacing (s) on the maximum shear capacity, displacement, initial stiffness and energy dissipation of the investigated escapement were investigated. The results showed that the maximum shear capacity increases nonlinearly with t and decreases with s. To evaluate the proposed model, the performance metrics R²=0.9816, MAE=12.42, and RMSE=17.28 were used. These values indicate a very good fit between the model predictions and the results obtained from numerical simulations and experimental data. The findings provide practical tools for optimizing CFS shear walls, improving seismic performance and filling gaps in key parameters. Finally, the model output was converted into a design plan that allows for direct estimation of the shear wall capacity in each combination.

کلیدواژه‌ها English

Cold formed steel structures
shear wall
connections
numerical analysis
regression model

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 02 اسفند 1404