مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

ارائه یک روش ساده و مؤثر برای تحلیل کف‌ستون‌ها در برابر نیروی محوری و لنگر‌ خمشی دومحوره با رویکرد طراحی به روش ضرایب بار و مقاومت (LRFD)

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تهران، تهران، ایران
2 کارشناس ارشد سازه، دانشگاه صنعتی ارومیه، ارومیه، ایران
چکیده
نظر به اینکه از یک‌سو در کاربردهای عملی بسیاری از کف‌ستون‌ها به جهت اثرات دوطرفه زمین‌لرزه و نیروی باد ممکن است در معرض لنگر خمشی دومحوره قرار گیرند، از سوی‌دیگر در راهنمای طراحی کف‌ستون آیین‌‌نامة AISC امکان تحلیل دستی کف‌ستون‌ها تحت اثر نیروی محوری و لنگر خمشی دومحوره وجود ندارد، ازاین‌رو در این مقاله برای تحلیل کف‌ستون‌ها در برابر لنگر خمشی دومحوره از یک روش ساده و مؤثر و مبتنی بر اصول و مبانی به‌کاررفته در تحلیل کف‌ستون‌ها در برابر لنگر خمشی تک‌محوره استفاده شده است. براساس این روش ساده، برای تحلیل کف‌ستون‌ها در برابر لنگر خمشی دومحوره می‌توان براساس روابط ارائه‌شده در این مقاله آن را به کف‌ستون با لنگر خمشی تک‌محوره تبدیل کرد و سپس براساس اصول و مبانی به‌کاررفته برای تحلیل کف‌ستون‌ها در برابر لنگر خمشی تک‌محوره آن را تحلیل نمود. برای تعیین میزان خطای روش ارائه‌شده، از مدل‌سازی در نرم‌افزار آباکوس استفاده شده است. مدل‌سازی نمونه‌‌های موردبررسی در نرم‌افزار آباکوس به‌گونه‌ای انجام شده است که نتایج حاصل از روش اجزاءمحدود با نتایج به‌دست‌آمده از روابط راهنمای طراحی کف‌ستون آیین‌‌نامة AISC یکسان شود؛ تا از این طریق بتوان روش تقریبی ارائه‌شده در این تحقیق را برای حالت لنگر خمشی دومحوره نیز مورداستفاده قرار داد. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می‌دهد درصورتی‌که نسبت لنگر کوچک‌تر به لنگر بزرگ‌تر بین ۵ الی ۳۰ درصد باشد، نتایج روش ارائه‌شده نسبت به نتایج به‌دست‌آمده در نرم‌افزار آباکوس از انطباق بسیار خوبی برخوردار بوده و میزان اختلاف کمتر از 5 درصد است. درصورتی‌که نسبت لنگر کوچک‌تر به لنگر بزرگ‌تر بیش از ۳۰ درصد باشد، میزان اختلاف روش ارائه‌شده نسبت به نتایج به‌دست‌آمده در نرم‌افزار آباکوس بیش از 5 درصد خواهد بود؛ بااین‌وجود همچنان محافظه‌کارانه است.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

The Introduction of a Simple and Effective Method for Analysis of Column Bases under the Effect of Axial Force and Biaxial Bending Moment with the LRFD Design Approach

نویسندگان English

Abazar Asghari 1
Ali Zainali 2
1 Aَssociate Professor, School of Civil Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran
2 Master of Science, Faculty of Civil Engineering, Urmia University of Technology, Urmia, Iran
چکیده English

Considering that in the practical applications many column bases may be subjected to biaxial bending moment due to seismic effects and wind force, and there is no possibility of manual analysis of column bases under the influence of axial force and biaxial bending moment in the AISC design guide 1, therefore, in this article, for the analysis of column bases against axial force and biaxial bending moment, a simple and effective method based on the principles and fundamentals used in the analysis of column bases against uniaxial bending moment has been used. According to this simple method, for the analysis of column bases against biaxial bending moment, it is possible to convert it to a column base with uniaxial bending moment based on the equations presented in this article, and then it can be analyzed based on the relationships used for the analysis of column bases against uniaxial bending moment. To determine the accuracy of the proposed method, modelling in ABAQUS software has been used. The modelling of the specimens under investigation in ABAQUS has been performed in such a way that the results obtained from the finite element method are consistent with the results obtained from the design guide equations of the AISC; so the approximate method presented in this research can also be used for the biaxial bending moment. The results of this research indicate that if the ratio of the smaller bending moment to the larger bending moment is between 5 to 30%, the results of the proposed method are very well aligned with the results obtained from the ABAQUS software and the difference is less than 5%. If the ratio of the smaller bending moment to the larger bending moment is more than 30%, the difference will be more than 5%; However, it is still conservative.

کلیدواژه‌ها English

Column Base
Anchor Bolt
Biaxial Bending Moment
Tension Force of Anchor
Numerical Modelling
Critical Eccentricity
 [1] Fasaee, M.A.K.Banan, M.R. and Ghazizadeh, S. (2018). Capacity of exposed column base connections subjected to uniaxial and biaxial bending momentsJournal of Constructional Steel Research148361370.
[2] Krishnamurthy, N., Thambiratnam, P. (1990). Finite Element Analysis of Column Base Plates. Computers & Structures, 34, 215-223.
[3] Melchers, R.E. (1992). Column-Base Response under Applied Moment. Journal of Constructional Steel Research, 23, 127-143.
[4] Jaspar, J.P., Vandegans, D. (1998). Application of the Component Method to Column Bases. Journal of Constructional Steel Research, 48, 89-106.
[5] Adany, S., Calado, L. and Dunai, L. (2000). Experimental Studies on Cyclic Behavior Modes of Base-Plate Connections. Proceedings of the Third International Conference on the Behavior of Steel Structures in Seismic Areas (STEESA 2000), Montreal, Canada, p.p. 97-104.
[6] Hitaka, T., Suitaa, K. and Kato, M. (2003). CFT Column Base Design and Practice in Japan, Proceeding of the International Workshop on Steel and Concrete Composite Construction. Report No. NCREE-03-026, National Center for Research in Earthquake Engineering, Taipei, Taiwan, Octobr 8-9, 2003, National Center for Research in Earthquake Engineering, Taipei, Taiwan, p.p.35-45.
[7] Gomez, I.R., Kanvinde, A. and Deierlein, G.G. (2010). Exposed column base connections subjected to axial compression and flexure, Final Rep AISC, Chicago, IL.
[8] Chi, H., et al. (2012). Seismic behavior of post-tensioned column base for steel self-centering moment resisting frame. Journal of Constructional Steel Research, 78, 117-130.
[9] Kamperidis, V.C., et al. (2018). Self-centering steel column base with metallic energy dissipation devices. Journal of Constructional Steel Research, 149, 14-30.
[11] Zareian, F., Kanvinde, A. (2013). Effect of column base flexibility on the seismic response and safety of steel moment resisting frames. Earthquake Spectra, 29 (4), 1537-1559.
 [12] Yang, H., et al. (2011). An evaluation of the effectiveness of the Chinese strong column weak beam measure under bi-directional horizontal seismic excitations. China Civ. Eng. J., 44(1), 58-64.
[13] Ye, L.P., et al. (2008). Study on ensuring the strong column-weak beam mechanism for RC frames based on the damage analysis in the Wenchuan earthquake. Build. Struct., 38(11), 52-59.
[14] Nastri, E., et al. (2019). Seismic response of steel Moment Resisting Frames equipped with friction beam-to-column joints. Soil Dynam. Earthq. Eng., 119, 144-157.
[15] Bertero, V.V., Anderson, J.C. and Krawinkler, H. (1994). Performance of Steel Building Structures during the Northridge Earthquake, Report No. UCB/EERC-94/09, Earthquake Engineering Research Center, University of California at Berkeley.
[16] Youssef, N.F.G., Bonowitz, D. and Gross, J.L. (1995). A Survey of Steel Moment-Resisting Frame Buildings Affected by the 1994 Northridge Earthquake, NISTIR 5625. National Institute of Standard and Technology, Gaithersburg, Maryland.
[17] ANSI/AISC 360-23 (2023). Specification for Structural Steel Buildings. American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois.
[18] ANSI/AISC 341-22 (2022). Seismic Provisions for Structural Steel Buildings. American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois.
[19] ACI Committee 318 (2019). Building code requirements for structural concrete (ACI 318) and commentary (318R). Farmington Hills (MI): American Concrete Institute.
[20] Hibbitt, D., Karlsson, B. and Sorensen, P. (2014). ABAQUS/Standard Analysis User’s Manual, Version 6.14. Dassault Systèmes, Waltham, MA.
[21] AISC design guide 1, (2006). Base Plate and Anchor Rod Design, Fisher and Kloiber.
[22] Kanvinde, A.M., Higgins, P., Cooke, R.J., Perez, J. and Higgins, J. (2015). Column Base Connections for Hollow Steel Sections: Seismic Performance and Strength Models.

  • تاریخ دریافت 06 اردیبهشت 1403
  • تاریخ بازنگری 14 خرداد 1403
  • تاریخ پذیرش 14 تیر 1403