بررسی عددی رفتار اتصال نبشی بالا و پایین پیچی و جوشی در خرابی پیشرونده ی سازه های فولادی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، دانشگاه صنعتی شیراز

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی شیراز

چکیده

پس از خرابی یک ستون در سازه بدلیل بارهای غیر عادی، عملکرد نامطلوب و خرابی در اتصالات تیرهای متصل به بالای این ستون، می‌تواند باعث خرابی موضعی سقف و متعاقبا بروز خرابی پیشرونده در سازه گردد. بهترین ایده برای مقاوم‌سازی سازه در برابر این پدیده مقاوم کردن اتصالات می‌باشد. مقاومت و انعطاف‌پذیری اتصالات در دوران‌های زیاد موجب گسترش نیروهای محوری در تیر و تشکیل عملکرد زنجیری می‌شود. این عملکرد می تواند تا حدود زیادی مانع خرابی سازه در اثر حذف ستون گردد. در این مقاله عملکرد اتصال متداول نبشی بالا و پایین پیچی و جوشی فولادی به صورت عددی بررسی شده‌است. کلیه اجزای اتصالات در نرم افزار اجزای محدود مدل شده است. سازه مدل شده تحت جابجائی قائم در محل ستون حذف شده، مورد تحلیل غیرخطی قرار گرفته است و نتایج آن با نتایج آزمایشگاهی صحت سنجی شده است. همچنین، رفتار، مودهای شکست، نحوه توسعه عملکرد زنجیری و اثر پارامترهای مختلف بر رفتار اتصال‌ مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج حاکی از آن است که اتصال‌های پیچی از عملکرد بهتری نسبت به اتصال‌های جوشی برخوردار می باشند. همچنین در اتصالات جوشی با افزایش ضخامت نبشی ها و افزایش طول بال نبشی در محل اتصال به ستون، عملکرد زنجیری و مقاومت اتصال در مقابل خرابی پیشرونده بهبود می‌یابد، اما اضافه کردن ورق سخت کننده در وسط نبشی نشیمن در تمام حالات باعث افزایش ظرفیت اتصال نمی گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical investigation of the behaviour of bolted and welded top and seat angle connection in progressive collapse of steel structures

نویسندگان [English]

  • Mohammad Ali Hadianfard 1
  • Mahboobe Namjoo 2
1 Department of civil and environmental engineering, Shiraz University of Technology
2 Student, Shiraz University of Technology
چکیده [English]

After failure of a column in structure by an abnormal loading, undesirable performance and damage of connections of the beams connected to the top of this column, can lead to the local failure of floor and in turn result in progressive collapse in the structure. Accordingly, the best method for rehabilitation of the structure against this incident is the strengthening of the connections. The strength and flexibility of the connections during the large rotations result in spreading the axial forces in beams and forming the catenary action. This action can greatly prevent structural failure due to the column removal. In this paper, the performance of prevalent bolted and welded top and seat angle steel connections is evaluated numerically. All parts of the connections are modeled in finite element software. The modeled structure is analyzed nonlinearly under the vertical displacement in the location of removed column, and its results have been verified with experimental results. In addition, the behavior, failure modes, how the catenary action develops and the effects of different parameters on connection behavior are investigated. The results indicated that bolted connections have better performance than welded connections.
Also, in welded connections, increasing the thickness of the angles and increasing the length of the connected angle leg to column, improve the catenary action and the resistance of the connections against progressive collapse. But adding the stiffener plate in the middle of the seat angle does not increase the connection capacity in all cases.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Progressive collapse
  • Top and Seat Angle
  • Bolted connection
  • Welded connection
  • Catenary action
  • Column removal
[1] Hadianfard, M.A., Baqherpoor, M.H. and Sharbati, R. (1392). Numerical Evaluation of the behaviour of the web angle connections in progressive collapse. 10th International Conference on Civil Engineering. Zahedan, Iran.
[2] Dusenberry, D., Cagley, J. and Aquino, w. (2004)., National workshop on best practices guidelines for the mitigation of progressive collapse of buildings, Case studies. Multihazard Mitigation Council, National Institute of Building Sciences (NIBS). Washington.
[3] Popov, E.P. and Takhirov, S. (2002). Bolted large seismic steel beam-to-column connections Part 1: experimental study. Engineering Structures, 24, 1523–1534.
[4] Hyun, C. and Krauthammer, T. (2009). Load–impulse characterization for steel connection. International Journal of Impact Engineering, 36, 737-745. [5] Lee, C.-H., Kim, S., Han, K.H., and Lee, K. (2009). Simplified nonlinear progressive collapse analysis of welded steel moment frames. Journal of Constructional Steel Research, 65(5), 1130-1137.
[6] Hadianfard, M.A. and Wassegh, M. (2012). Linear and nonlinear analysis of progressive collapse for seismic designed steel moment frames. 14th International Conference on Computing in Civil and Building Engineering, Jun 27-29, MOSCOW.
[7] Wassegh, M., Hadianfard, M.A. and Soltani Mohammadi, M. (2012). Evaluation of progressive collapse potential of steel moment frames in different seismic zones of Iran. 9th International Conference on Civil Engineering, Isfahan University of Technology (IUT), Isfahan, Iran.
[8] Yang, B. and Tan, K.H. (2011). Numerical analyses of steel beam-column subjected to catenary action. constructional steel reserch, 70, 1-11.
[9] Liu, C., Tan, K.H., and Fung, T. C. (2013). Dynamic behaviour of web cleat connections subjected to sudden column removal scenario. Journal of Constructional Steel Research, 86, 92-106.
[10] Li, L., Wang, W., Chen, Y., and Lu, Y. (2015). Effect of beam web bolt arrangement on catenary behaviour of moment connections, Journal of Constructional Steel Research, 104, 22-36.
[11] Yang, B. and Tan, K.H. (2013). Experimental tests of different types of bolted steel beam–column joints under a central-column-removal scenario. Engineering Structures, 54, 112-130.
[12] Havaei, G.R. and Bayat, E. (2017). The structural response and manner of progressive collapse in RC buildings under the blast and Provide approaches to retrofitting columns against blast. Journal of Structural and Construction Engineering, 4(1), ISN 10, Spring, 81-100.
[13] ABAQUS (2014). Analysis user’s guide. Dassault Systemes, Simulia Inc.
[14] Namjoo, M. (2017). Experimental and numerical study of steel welded connections against progressive collapse. M.Sc. Dissertation, Shiraz University of Technology, Shiraz, Iran.
[15] BCSA/SCI, (2002). Joint in steel constuction-simple connection. Steel Construction Institute, Ascot.
[16] BCSA/SCI, (1995). Joint in steel constuction-moment connection. Steel Construction Institute, Ascot.
[17] ASCE, (2002). Minimum design loads for buildings and other structures, American Society of Civil Engineers, Alexander Bell Drive, Reston, VA 20191 USA.