تحلیل عددی برش بلوکی در ورق گاست اتصالات کششی تک و دوبل فولادی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسنده

گروه عمران دانشگاه خوارزمی

چکیده

دقت در طراحی و اجرای اتصالات به عنوان عناصر واسط همانند عناصر اصلی ساختمان از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است و هرگونه ضعف در آنها می‎تواند عواقب جبران ناپذیری را به دنبال داشته باشد. از این میان، اتصالات با استفاده از ورق گاست، یکی از انواع رایج اتصالات است که بخصوص درقاب‎های مهاربندی شده از اهمیت بالایی برخوردار است. برش بلوکی یک نوع مکانیسم شکست در اینگونه اتصالات است که در اثر آن بخشی از قطعه یا بلوکی از مصالح اتصال در اثر ترکیب نیروهای کششی و برشی دچار شکست می‎شوند. در تحقیق حاضر، مکانیسم برش بلوکی ورق گاست در اتصالات جوشی با نرم افزار اجزای محدود ABAQUSو در نظر گرفتن اثرات غیرخطی بررسی گردیده است. همچنین، تاثیر پارامترهای اتصال نظیر آرایش جوش‎ها، ضخامت ورق، طول ناحیه جوشکاری، وجود یا عدم وجود جوش عرضی و تک یا دوبل بودن قطعه کششی در رفتار اتصال مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می‎دهد در هر دو دسته اتصالات تک و دوبل میزان جوش طولی در رفتار اتصال بسیار حائز اهمیت است به نحوی که می‎تواند مقاومت اتصال را قبل از تشکیل نواحی پلاستیک بهبود ببخشد. رفتار کلی اتصال در دو حالت وجود و عدم وجود جوش عرضی در ناحیه کششی بسیار نزدیک به هم بوده و سطح نیروی متناظر با شروع جاری شدن در ورق اتصال نیز در دو اتصال تقریبا یکسان است. افزایش ضخامت ورق در اتصالات دوبل تأثیر بیشتری در نیروی متناظر با جاری شدن ورق دارد در حالی که تاثیر ضخامت در حداکثر نیروی تحمل اتصال در دو حالت تقریبا مشابه بوده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical Analysis of shear block in tension gusset plate connections

نویسنده [English]

  • seyed shahab Emamzadeh
چکیده [English]

Accuracy in the design and implementation of the connections as joint elements, similar to main building elements, is of importance and each type of defects in these elements could leads to irrecoverable consequences. In this regard, gusset plate connections are a common type of connections which are of significant importance especially in structures with bracing system. Block shear is failure mechanism in these connections by which a piece of part or a block of materials in the connection fails due to the combination of tensile and shear forces. In the current study, block shear mechanism of gusset plate in welded connections is investigated using finite element simulation by ABAQUS software considering the effects of both material and geometrical nonlinearity. Also, the Effects of connection’s parameters such as welds arrangement, plate thickness, weld region length, existence and absence of transverse weld and single or double type of tension part in the behaviour of connection are studied. Results are indicating that in both single and double connections, magnitude of longitudinal weld is mainly important in the way that it could improve the connection’s strength before the formation of plastic areas. The general behavior of the joint in the two states of presence and absence of transverse weld in the tensile region is very close to each other and the level of force corresponding to the start of yield in the joint plate is almost the same in both joints. Increasing the thickness of the sheet in double joints has a greater effect on the force corresponding to the yield of the sheet, while the effect of thickness on the maximum bearing force of the joint has been almost the same in both cases.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Welded connection
  • gusset plate
  • Block Shear
  • Finite element simulation
  • ABAQUS
  • AISC (2017)., Steel Construction Manual, 13th Edition, American Institute of Steel Construction, Chicago, IL.
  • Whitmore, R.E. )1952(. Experimental Investigation of Stresses in Gusset Plates. Bulletin No.16, Engineering Experiment Station, University of Tennessee.
  • Irvan, W.G. (1957). Experimental Study of Primary Stresses in Gusset Plates of a Double Plane Pratt Truss, University of Kentucky, Engineering Research Station, Bulletin No. 46,
  • Davis, C. (1967). Computer Analysis of the Stresses in a Gusset Plate. Seattle, WA: Thesis, University of Washington.
  • Vasarhelyi, D. D. (1971). Tests of Gusset Plate Models. Journal of the Structural Division, Proceedings of the American Society of Civil Engineers, Vol. 97, No. ST2, February, pp. 665-679.
  • Rabinovitch J. S., Roger Cheng J.J., )1993(. Cyclic Behavior of Steel Gusset Plate Connections, Structural Engineering Report No. 191, University of Alberta.
  • Thornton, W.A., (1984). Bracing Connections for Heavy Construction, Engineering Journal, AISC, Vol. 21, No. 3, pp. 139-148.
  • Hardash, S.G. and Bjorhovde, R., (1984). Gusset Plate Design Utilizing Block-Shear Concepts, Research Report, Department of Civil Engineering, University of Arizona-Tuscan, Arizona.
  • Gross, J.L., (1990). Experimental Study of Gusseted Connections. Engineering Journal, AISC, Vol. 27, No. 3, Third Quarter, pp. 89-97.
  • Hu, S. Z., and Cheng, J.J.R, (1987). Compressive Behavior of Gusset Plate Connections. Structural Engineering Report No. 153, Department of Civil Engineering, University of Alberta, Edmonton, Alberta.
  • Kulak, G.L., and Grondin, G.Y. (2001). AISC LRFD rules for block shear—a review. AISC Engineering Journal, 38(4): 199–203.
  • Topkaya, C. (2004). A finite element parametric study on block shear failure of steel tension members. Journal of Constructional Steel Research, 60 (11), 1615-1635.
  • Driver, R.G., Grondin, G.Y., Kulak G.L. (2006), Unified block shear equation for achieving consistent reliability, Journal of Constructional Steel Research, 62, 210–222.
  • Clements, D.D.A., Teh L.H. (2011). Active Shear Planes of Bolted Connections Failing in Block Shear, Journal of Structural Engineering.
  • Kim T., Jeong H., Cho T., "The finite element analysis of the ultimate behavior of thin-walled carbon steel bolted connections", Journal of Constructional Steel Research 67 (2011) 1086–1095.
  • Oosterhof, S.A., Driver R.G. (2011). Effects of connection geometry on block shear failure of welded lap plate connections, Journal of Constructional Steel Research, Vol. 67, pp 525–532.
  • Abaqus (2020). Abaqus Users’ Manual, Dassault Systems Simulia Corp., Providence, RI, USA
  • Topkaya C. (2007). Block shear failure of gusset plates with welded connections, Engineering Structures, Vol. 29, pp 11.