‏ بررسی رفتار چرخه‌ای انواع اتصالات خمشی تیر با مقطع کاهش یافته در بال

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشگاه غیرانتفاعی ایوانکی، سمنان، ایران

2 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی عمران، دانشگاه غیرانتفاعی ایوانکی، سمنان، ایران

3 گروه مهندسی عمران، واحد مشهد، دانشگاه آزاد اسلامی، مشهد، ایران

چکیده

امروزه در طراحی اتصالات‌ خمشی سازه‌های فولادی استفاده از روش‌های نوآورانه‌ای همچون روش کاهش مقطع در میان طراحان رواج فراوانی یافته است. روش کاهش مقطع با تضعیف تعمدی تیر در قسمتی نزدیک به محل اتصال تیر و ستون باعث کاهش کرنش‌های پلاستیک اتصال و تشکیل مفصل پلاستیک در تیر می‌شود. در این تحقیق، تأثیر کاهش مقطع بال تیر (RBS) در مقاومت اتصال از طریق دور کردن مفصل پلاستیک از بر ستون و همچنین عملکرد بهینه‌ی اشکال مختلف کاهش مقطع در بال تیر از طریق شاخص‌های مختلف نظیر منحنی هیسترزیس، نمودار بارافزون، استهلاک انرژی توسط اتصال و ... مورد بررسی قرار گرفته است. در این تحقیق، مدل-سازی و تحلیل غیرخطی 10 نمونه‌ی کاهش مقطع بال تیر بعلاوه یک نمونه بدون کاهش مقطع تیر با استفاده از نرم افزاراجزا محدودی آباکوس تحت بارگذاری چرخه‌ای صورت گرفته است. نتایج نشان داد، تمام مدل‌های دارای کاهش مقاطع، توانایی انتقال محل تشکیل کرنش‌های پلاستیک یا همان مفصل پلاستیک را به داخل تیر و دورتر از بر ستون دارند. در میان همه‌ی روش‌های کاهش مقاطع، روش کاهش مقطع بال تیر با سوراخ‌های نابرابر و بزرگ شونده رو به داخل تیر عملکرد بهتری را نسبت به سایر نمونه‌ها از خود نشان داده است. میزان استهلاک انرژی در نمونه‌ی حاوی این روش کاهش مقطع نسبت به نمونه‌ی مرجع بدون کاهش 68 درصد افزایش داشته است که اختلاف قابل توجهی نسبت به سایر نمونه‌ها داشته است. ظرفیت خمشی نمونه‌ی دارای کاهش مقطع بال تیر با سوراخ‌های نابرابر و بزرگ شونده رو به داخل تیر، عملکرد چرخه‌ای مناسب‌تری را نشان داده است، مقادیر ظرفیت خمشی در نمونه‌‌ی مذکور نسبت به نمونه‌ی مرجع بدون کاهش 33 درصد کاهش یافته است. این موضوع باعث پلاستیک شدگی زودتر و اتلاف انرژی بیشتر نسبت به سایر نمونه‌ها می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of Cyclic Behavior on Types of Reduced Beam Section Moment Connections in Flange

نویسندگان [English]

  • Hamid Saberi 1
  • Vahid Saberi 1
  • Mohammadreza Yazdaninejad 2
  • Abbasali Sadeghi 3
1 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, University of Eyvanekey, Semnan, Iran
2 M.Sc, Department of Civil Engineering, Eyvanekey University,Semnan, Iran
3 Department of Civil Engineering, Mashhad Branch, Islamic Azad University, Mashhad, Iran
چکیده [English]

Nowadays, the use of innovative methods such as cross-sectional reduction method in designing moment connections of steel structures has become widespread among designers. The method of reducing the cross section by deliberately weakening the beam in a part close to the connection of the beam and column reduces the plastic strains of the joint and the formation of a plastic hinge in the beam. In this paper, the effect of reduced beam section (RBS) on joint strength by removing the plastic hinge from the column and also the optimal performance of various reduced beam section shapes through different indicators such as hysteresis curve, pushover diagram, energy dissipation of connection and … are checked. In this research, modelling and nonlinear analysis of 10 examples of reduced beam section with and without beam section reduction using ABAQUS software has been investigated under cyclic loading. The results showed that all models with reduced beam section have the ability to transfer the place of formation of plastic strains or the same plastic hinge into the beam and away from the column. Among all the methods of reducing the cross-section, the method of reducing flange beam section with uneven holes and enlarging inward to the beam has shown a better performance than other samples. The energy dissipation of this method is increased 68% versus the reference sample without reduced section. The flexural capacities of sample with reducing flange beam section with uneven holes and enlarging inward to the beam has shown better cyclic performance. The values of flexural capacity in the mentioned sample is decreased 33% versus the reference sample without reduced section. This subject causes plasticization faster and as a result, more energy dissipation is obtained versus other samples.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Moment Connection
  • Reduced Beam Section
  • Cyclic Loading
  • Plastic Hinge
  • Energy Dissipation
  • ABAQUS Software
[1] Federal Emergency Management Agency. (2007). Interim Testing Protocols for Determining the Seismic Performance Characteristics of Structural and Nonstructural Components, FEMA Report 461, Washington.
[2] Richards P., Uang CM. (2006). Testing protocol for short links in eccentrically braced frames, Journal of Structural Engineering, American Society of Civil Engineer, 132(8):1183-1191.
[3] Krawinkler H., Parisi F., Ibarra L., Ayoub A. Medina, R. (2001). Development of a testing protocol for wood frame structures, CUREE-Caltech Wood frame Project Report, Final Report, Stanford University, CA.
[4] Engelhardt MD., Husain AS. (1993). Cyclic-loading performance of welded flange-bolted web connection. J Struct Eng 119.
[5] Plumier A. (1994). Behaviour of connections. J Constr Steel Res 29: 95-119.
[6]Tsai KC., Shun W., Popov E. (1995). Experimental performance of seismic steelbeam_column moment joints. J Struct Eng 121(6): 925-31.
[7] Gerami M., Saberi H., Saberi V., Saedi Daryan A. (2011). Cyclic behavior of bolted connections with different arrangement of bolts, Journal of Constructional Steel Research 67(4): 690-705.
[8] Popov EP., Yang T., Chang S. (1998). Design of steel MRF connections before and after 1994 Northridge earthquake. Eng Struct 20(12):1030–8.
[9] Wilkinson S., Hurdman G., Crowther A. (2006). A moment resisting connection for earthquake resistant structures,
Journal of Constructional Steel Research, 62(3): 295-302.
[10] Mirghaderi SR., Torabian S., Imanpour A. (2010). Seismic performance of the accordionwebRBS connection, J. Constr. Steel Res 66: 277–288.
[11] Jalali SA., Banazadeh M., Abolmaali, A., Tafakori E. (2012). Probabilistic seismic demand assessment of steel moment frames with side-plate connections, Scientia Iranica, 19: 27–40.
[12] Saneei Nia Z., Ghassemieh M., Mazroi A. (2014). Panel zone evaluation of direct connection to box column subjected to bidirectional loading, Structural design of tall and special buildings, 23(11): 833-853.
[13] Anuj Kasar A., Goswami R., Bharti SD. Shrimali MK. (2015). Influence of joint panel zone on seismic behaviour of beam-to-column connections, Advances in Structural Engineering 73, 933-943.
[14] Zhang L., Marzano G., Sasaki Y., Kurata M. Skalomenos K. (2018). Force redistribution of steel moment-resisting frame retrofitted with a minimal disturbance arm damper, Soil Dynamics and Earthquake Engineering 114, 159-173.
[15] Kim T., Yu E. (2019). Seismic analysis of steel moment frames with column-tree connections, Journal of Constructional Steel Research.
[16]  Han Q., Li X., Liu M. Spencer Jr., BF. (2019). Performance analysis and macromodel simulation of steel frame structures with beam-column joints using cast steel stiffeners for progressive collapse prevention, Thin-Walled Structures 140, 404-415.
[17] Bayo E., Gracia J., Jönsson J. (2020). Axial-moment interaction for 2D welded steel joints using FEA: An initial investigation, Journal of Constructional Steel Research 168.
[18] Yan JB., Chen Y., Lin X. (2020). Finite element analysis and parametric studies on hysteretic behaviours of high strength steel T-joints with damage-control fuses, ThinWalled Structures 148.
[19] Saberi V., Saberi H., Mazaheri O., Sadeghi A. (2020). Numerical Investigation of Shape Memory Alloys and Side Plates Perforation Effect on Hysteresis Performance of Connections. Amirkabir Journal of Civil Engineering.
[20] Sadeghi A., Hashemi S., Mehdizadeh K. (2020). Probabilistic Assessment of Seismic Collapse Capacity of 3D Steel Moment-Resisting Frame Structures. Journal of Structural and Construction Engineering.
[21] ABAQUS/standard, Version 6.11. (2012). ABAQUS, Inc., Pawtucket, R.I.
[22] Chou CC., Lai YJ. (2010).  Seismic rehabilitation of welded steel beam-to-box column connections utilizing internal flange stiffeners. Earthquake spectra, 26(4): 927–50.
[23] Rahnavard R.,  Hassanipour, A., Siahpolo N. (2014). Analytical study on new types of reduced beam section moment connections affecting cyclic behavior. Case Stud. Struct. Eng., 3: 33-51.
[24] Clark P., Frank K., Krawinkler H., Shaw R. (1997). Protocol for Fabrication, Inspection,Testing, and Documentation of Beam-Column Connection Tests and Other ExperimentalSpecimens, SAC Steel Project Background Document. October,Report No. SAC/BD97/02.
[25] AISC, (2010). Specification for Structural Steel Buildings. American Institute of Steel Construction, Chicago, IL.