تقویت برشی تیرورق های دارای خوردگی

فاطمی نسب, سید وحید; شهابیان مقدم, فرزاد

doi:10.22065/jsce.2024.425080.3272

تقویت برشی تیرورق های دارای خوردگی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

سید وحید فاطمی نسب ¹

فرزاد شهابیان مقدم ²

¹ دانشجوی دکتری گرایش سازه، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد ، ایران

² استاد، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

10.22065/jsce.2024.425080.3272

چکیده

پدیده خوردگی از موارد مهم و چالش برانگیز در عملکرد و سلامت سازه‌ها است. سازه‌ها در محیط‌های دریایی، صنعتی و شهری با عامل-های مختلف خوردگی از جمله رطوبت و آلودگی مواجه می‌باشند که باعث کاهش مقاومت و کارآیی سازه می‌شود. در این پژوهش سعی بر تقویت برشی تیرورق‌های دارای خوردگی با استفاده از الگوهای مختلف سخت‌کننده بوده است. تحلیل غیرخطی سازه با و بدون خوردگی توسط نرم‌افزار آباکوس صورت گرفته است. الگوی خوردگی به صورت یکنواخت، موضعی و شیاری به شدت 25 تا 75 درصد ضخامت جان تیرورق در نظر گرفته شده است. در این پژوهش، به منظور تقویت تیرورق‌های دارای خوردگی از سخت‌کننده استفاده شده است. برای این کار، مشخصات مختلف سخت‌کننده در افزایش مقاومت مانند شکل، ابعاد و فاصله سخت‌کننده‌ها مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از تحلیل نشان می‌دهد که از بین رفتن نصف ضخامت جان در اثر خوردگی یکنواخت، می‌تواند 47 درصد مقاومت برشی تیرورق را کاهش دهد. برای خوردگی موضعی در نواحی بالا و پایین جان، کاهش مقاومت 36 درصدی مشاهد می‌گردد و خوردگی در قسمت بالای جان تیرورق بحرانی‌تر از خوردگی در پایین آن است. از بین رفتن اتصال بال و جان به دلیل خوردگی شیاری، سبب کاهش 55 درصدی مقاومت برشی می‌شود و در حالتی که تیرورق با سخت‌کننده‌های عمودی تقویت شود، افزایش 54 درصدی مقاومت نسبت به حالت بدون سخت‌کننده را به همراه دارد. نتایج حاکی از آن است که سخت‌کننده‌های با سطح مقطع T و L شکل در شرایط یکسان، عملکرد بهتری نسبت به سخت‌کننده مستطیلی از خود بروز می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

تیرورق

خوردگی یکنواخت

خوردگی موضعی

خوردگی شیاری

تقویت برشی

سخت‌کننده

موضوعات

سازه های جدار نازک

عنوان مقاله English

Shear strengthening of corroded Plate Girders

نویسندگان English

Vahid Fatemi nasab ¹

Farzad Shahabian ²

¹ Ph. D candidate in structural Engineering, Ferdowsi university, Mashhad, Iran

² Professor, Department of Civil Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran

چکیده English

Corrosion is a major challenge for the performance and health of structures. Structures in offshore, industrial, and urban settings corrode due to humidity, pollutants and various chemical agents, leading to performance reduction. plate girders have been increasingly used, and the web corrosion of such girders reduces their shear strength. This study evaluated the shear strengthening of corroded plate girders using different stiffener patterns. Corroded and non-corroded plate girders were nonlinearly analysed in ABAQUS. corrosion was modeled through thickness reduction in the numerical models. Uniform, pitting, and groove corrosion patterns as large as 25-75% of the web thickness were considered. Stiffeners were employed to strengthen the corroded plate girders. The effects of different stiffener parameters, including shape, size, and spacing, were investigated. It was found that a 50% web thickness reduction due to corrosion could decrease the shear strength of the plate girder by 47%. Pitting corrosion in the top and bottom of the web led to a 36% shear strength decline, and the top corrosion was more critical than the bottom corrosion. Flange-web disjoining due to groove corrosion diminished shear strength by 55%. Vertical stiffeners enhanced the strength of the plate girder by 54%. The results showed that T- and L-shaped stiffeners outperformed rectangular stiffeners under the same conditions.

کلیدواژه‌ها English

Plate girders

Shear strengthening

Uniform corrosion

Localized corrosion

Grove corrosion

Stiffeners

[1] Fontana, M. G. (2005). Corrosion Engineering. New Delhi: Tata MacGraw-Hill Book Company.

[2] Melchers, R. E. (2005). The effect of corrosion on the structural reliability of steel offshore structures. Corrosion Science, Volume 47: 2391-2410.

[3] Tahooni, S. (1996). Design of Steel Structures. 4^th edition. Tehran: Dehkhoda Publishing Company.

[4] Basler, K. (1961). "Strength of Plate Girders in Shear." Journal of the Structural Division, Volume 87 (7), 151-180.

[5] Rockey, K. C. and Skaloud. M. (1972). "The ultimate load behaviour of plated girders loaded in shear." The Structural Engineer, Volume 50 (1), 1721-1743.

[6] Maquoi, R. and M. Skaloud. (2000). "Stability of plates and plated structures: General Report." Journal of Constructional Steel Research, Volume 55, 45-68.

[7] Real, E. (2007). "Shear response of stainless steel plate girders." Engineering Structures, Volume 29 (7), 1626-1640.

[8] Johnson, R. P., Cafolla, J. and Bernard, C. (1997). "Corrugated Webs in Plate Girders for Bridges." Structures and Buildings, Volume 122 (2), 157-164.

[9] Lee, S. G. and S. G. Kang. (1997). "The effects of sulphur dioxide on atmospheric corrosion of galvanized steel." Journal of Materials Science Letters, Volume 16 (11), 902-905.

[10] Komp, M. (1987). "Atmospheric corrosion rating of weathering steel calculations and significance." Material Performance, Volume 26, 42-44.

[11] Albrecht, P. and Naeemi, A. H. (1984). Performance of weathering steel in bridges. [online] USA: Transportation Research Board, 164. Available at: https://trid.trb.org/view/211731.

[12] Spence, J. W., Haynie, F. H., Lipfert, F. W. and Cramer, S. D. (1992). "Atmospheric Corrosion Model for Galvanized Steel Structures." Corrosion Science, Volume 48 (12), 1009-1019.

[13] Katayama, H., Noda, K., Masuda, H., Nagasawa, M., Itagaki, M. and Watanabe, K. (2005). "Corrosion simulation of carbon steels in atmospheric environment." Corrosion Science, Volume 47 (10), 2599-2606.

[14] Truong, V., Papazafeiropoulos, G., Pham, V., Vu, Q. (2019). "Effect of multiple longitudinal stiffeners on ultimate strength of steel plate girders." Structures, Volume 22, 366-382.

[15] Khurram, N., Sasaki, E., Katsuchi, H. (2013). "Finite element investigation of shear capacity of locally corroded end panel of steel plate girder." Int J Steel Struct, Volume 13, 623–633.

[16] Nakai, T., Matsushita, H. and Yamamoto, N. (2004). "Effect of pitting corrosion on local strength of hold frames of bulk carriers (2nd Report) _ lateral - distortional buckling and local face buckling." Marine Structures, Volume 17, 612-641.

[17] Ahn, J. H., Kainuma, S. and Kim, I. T. (2013). "Shear failure behaviors of a web panel with local corrosion depending on web boundary conditions." Thin-Walled Structures, Volume 73, 302-317.

[18] de Sousa Cardoso, H., Martins, J. P. and Silva, L. (2021). "Shear Strengthening of Slender Steel Beams Using Cold-formed Stiffeners and Adhesives." Ce/Papers, Volume 4, 2225-2231.

[19] Alinia, M. M. and Sarraf Shirazi, R. (2009). "On the design of stiffeners in steel plate shear walls." Journal of Constructional Steel Research, Volume 65, 2069-2077.

[20] Hibbitt, D., Karlsson, B. and Sorensen, P. (2002). Abaqus/CAE user's manual. USA: Hibbitt, Karlsson & Sorensen Inc.

[21] Ahn, J. H. Cheung, J. H., Lee, W. H., Oh, H. and Kim, I. T. (2015). "Shear buckling experiments of web panel with pitting and through - thickness corrosion damage. " Journal of Constructional Steel Research, Volume 115, 290-302.

[22] Lee, R. (2019). Abaqus for Engineers: A Practical Tutorial Book. USA: Independent, 112-113.