مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

تعیین ظرفیت ورق پیوستگی در ستون های با مقاطع جعبه ای

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد سازه، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران
2 استاد، دانشکده عمران، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران
چکیده
در طراحی اتصالات گیردار قاب‌های فولادی، برای تامین پایداری چشمه اتصال در برابر بارهای متمرکز وارد بر بال ستون، از ورق پیوستگی استفاده می‌شود. ضوابط تعیین ظرفیت ورق‌های پیوستگی، براساس نتایج تحقیق بر روی رفتار مقاطع بال پهن توسعه یافته-اند و اطلاعات محدودی در مورد رفتار مقاطع جعبه‌ای تحت اثر بارهای موضعی وجود دارد. در این مقاله، ظرفیت ورق پیوستگی مقاطع جعبه‌ای تحت اثر بارهای متمرکز تعیین می‌شود. در ابتدا مدل اجزای محدود برای بررسی پدیده ناپایداری موضعی تحت اثر بار متمرکز ایجاد و دقت آن با استفاده از داده‌های آزمایش موجود ارزیابی شد. در ادامه، رفتار 56 نمونه ستون جعبه‌ای تحت اثر سه نوع بارگذاری متمرکز فشار یک‌طرفه، فشار دوطرفه و کشش یک‌طرفه بررسی شد. حالات حدی حاکم در خرابی ستون‌ها به صورت کمانش ورق پیوستگی تحت اثر فشار، تسلیم ورق پیوستگی و خرابی جوش صفحه بارگذاری تحت اثر کشش، تشخیص داده شد. ظرفیت ورق پیوستگی در مقاطع جعبه‌ای با استفاده از روابط آئین‌نامه تعیین و با نتایج تحلیل اجزای محدود مقایسه شد. بررسی نشان داد که لاغری ورق‌ پیوستگی عامل تاثیرگذار بر ظرفیت ورق پیوستگی است. همچنین ضوابط طراحی رایج برای تعیین ظرفیت ورق‌های پیوستگی تحت اثر فشار، دربیشتر ستون‌های جعبه‌ای غیرمحافظه کارانه بوده و ظرفیت مؤثر ورق‌های پیوستگی بین 28- تا 140 درصد ظرفیت نظری می‌باشد. با این وجود، ضوابط ارائه شده برای تعیین ظرفیت ورق‌های پیوستگی تحت اثر کشش سازگاری بیشتری با نتایج تحلیل‌های عددی داشته و ظرفیت مؤثر ورق‌های پیوستگی تحت اثر کشش بین 34 تا 137درصد ظرفیت نظری است. در ادامه پژوهش، ضرایب اصلاحی برای تعیین ظرفیت ورق‌های پیوستگی تحت اثر فشار در ستون‌های جعبه‌ای پیشنهاد شد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Determination of the continuity plate capacity in box section columns

نویسندگان English

Nima Fakhar Hasani, 1
Yousef Hosseinzadeh 2
1 Student in Structural Engineering. Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran
2 Professor, Structural Eng. Dept., Faculty of Civil Engineering, , University of Tabriz, Tabriz, Iran.
چکیده English

In the design of moment connections in steel frames, continuity plates are used to ensure the stability of the panel zone against concentrated loads on the column flange. The criteria for determining the capacity of continuity plates have been developed based on research on the behavior of wide flange sections, and there is limited information on the behavior of box sections under local loads. In this paper, the capacity of continuity plates in box sections under concentrated loads is determined. Initially, a finite element model is created to investigate local instability under concentrated loads and its accuracy is evaluated using available experimental data. Subsequently, the behavior of 56 box column specimens subjected to three types of concentrated loads, including single compression, double compression and single tension was investigated. The governing limit states in column failure were identified as buckling of the continuity plate under compression, yielding of the continuity plate and failure of the loading plate weld under tension. The capacity of the continuity plate in box sections was determined using code provisions and compared with the results of finite element analysis. The investigation revealed that the slenderness of the continuity plate is a significant factor affecting its capacity. Furthermore, the commonly used design criteria for determining the capacity of continuity plates under compressive loads in most columns are non-conservative, resulting in an effective capacity of continuity plates ranging from -28% to 140% of the nominal capacity. However, the provisions presented for determining the capacity of continuity plates under tensile loads show better agreement with numerical analysis results, with the effective capacity of continuity plates under tensile loads ranging from 34% to 137% of the nominal capacity. Modification factors are proposed for determining the capacity of continuity plates under compressive loads in box columns.

کلیدواژه‌ها English

Box Column
Moment Connection
Concentrated Load
Local Instability
Continuity Plate
Finite Element Model
[1]          AISC (2022). Specification for Structural Steel Buildings, ANSI/AISC 360-22. American Institute of Steel Construction, Inc. Chicago, IL.
[2]           Sherbourne, A. and Murthy, D. (1978). Computer simulation of column webs in structural steel connections. Computers & Structures. 8(3-4), p. 479-490.
[3]           Elgaaly, M. and Salkar, R. (1991). Web crippling under edge loading. Proceedings of AISC National Steel Construction Conference.
[4]           Chen, S.J. and Chen, G.K. (1993). Fracture of steel beam to box column connections. Journal of the Chinese Institute of Engineers. 16(3), p. 381-394.
[5]           Hajjar, J.F. Dexter, R.J. Ojard, S.D. Ye, Y. and Cotton, S.C. (2003). Continuity plate detailing for steel moment-resisting connections. Engineering Journal. 40(4), p. 189-211.
[6]           Chou, C.-C. and Uang, C.-M. (2007). Effects of continuity plate and transverse reinforcement on cyclic behavior of SRC moment connections. Journal of Structural Engineering. 133(1), p. 96-104.
[7]           Tran, A.T. Hassett, P.M. and Uang, C.-M. (2013). A flexibility-based formulation for the design of continuity plates in steel special moment frames. Engineering Journal. 50(3), p. 181-200.
[8]           Salkar, R. Salkar, A. and Davids, W. (2015). Crippling of Webs with Partial Depth Stiffeners under Patch Loading. Engineering Journal-American Institute of Steel Construction. 52(4), p. 221-232.
[9]           Mashayekh, A. and Uang, C.-M. (2018). Experimental evaluation of a procedure for SMF continuity plate and weld design. Engineering Journal. 55(2), p. 109-122.
[10]         Jazany, R.A. and Ghobadi, M. (2017). Design methodology for inclined continuity plate of panel zone. Thin-Walled Structures. 113, p. 69-82.
[11]         Norwood, J. and Prinzb, G.S. (2019). Effect of Continuity Plate Eccentricity on the Performance of Welded Beam-to-Column Connections. Engineering Structures. 198.
[12]         Rodilla, J.A. and Kowalkowski, K. (2021). Determination of Capacities of Eccentric Stiffeners Part 1: Experimental Studies. Engineering Journal-American Institute of Steel Construction. 58(2), p. 79-98.
[13]         Rodilla, J.A. and Kowalkowski, K. (2021). Determination of Capacities of Eccentric Stiffeners Part 2: Analytical Studies. Engineering Journal-American Institute of Steel Construction. 58(2), p. 99-122.
[14]         AISC (2022). Seismic Provisions for Structural Steel Buildings, ANSI/AISC 341-22. American Institute of Steel Construction, Inc. Chicago, IL.
[15]         ABAQUS (2020). "ABAQUS/Standard User’s Manuals, Version 6.14." Available at: http://62.108.178.35:2080/v6.14/books/hhp/default.htm?startat=pt02ch02s01.html.
[16]         Bowman, M.D. and Quinn, B.P. (1994). Examination of Fillet Weld Strength. Engineering Journal-American Institute of Steel Construction. 31, p. 98-108.
[17]         Kartal, M. Molak, R.M. Turski, M. Gungor, S. Fitzpatrick, M.E. and Edwards, L. (2007). Determination of weld metal mechanical properties utilising novel tensile testing methods. Applied Mechanics and Materials. 7, p. 127-132.
[18]         Rodilla, J.A. and Kowalkowski, K. (2019). Analysis and Design of Eccentric Stiffeners Part of Moment Connections to Column Flanges. Final Report for AISC, Chicago, Ill.

  • تاریخ دریافت 02 دی 1403
  • تاریخ بازنگری 06 اسفند 1403
  • تاریخ پذیرش 12 اسفند 1403