مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

اعمال اثر نیروی اهرمی در طراحی اتصالات تیر به ستون گیردار فلنجی چهار پیچی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 استادیار، گروه مهندسی عمران، واحد صوفیان، دانشگاه آزاد اسلامی، صوفیان، ایران
2 استاد، گروه مهندسی سازه، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران
3 استاد، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
4 دانشجوی دکتری سازه، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
چکیده
خرابی اتصالات گیردار جوشی و رفتار برتر اتصالات گیردار پیچی در زلزله‌های اخیر، موجب گسترش کاربرد اتصالات پیچی گردیده است. عملکرد اهرمی در اتصال پیچی تیر به ستون، با افزایش نیروی پیچ به مقداری بیشتر از مقاومت طرح آن، می‌تواند باعث خرابی ترد آن شود. در روشهای مرسوم طراحی، با استفاده از سخت کننده و یا صفحات با ضخامت زیاد، مقدار نیروی اهرمی کاهش داده شده و از اثر آن صرف نظر می‌شود. در این تحقیق روشی برای تعیین ضخامت ورق و قطر پیچ، در یک جزء T شکل اتصال پیچی با لحاظ کردن اثر نیروی اهرمی ارائه می‌شود. در ادامه با تعمیم شیوه طراحی اتصالات گیردار آئین‌نامه AISC، روشی جدید برای طراحی اتصال فلنجی چهار پیچی با لحاظ کردن نیروی اهرمی توسعه داده می‌شود. یک اتصال پیچی گیردار تیر به ستون، با استفاده از روش طراحی اتصالات از پیش‌تائید‌شده آئین‌نامه AISC و روش پیشنهادی طراحی گردیده و با استفاده از نرم افزار آیدیا استاتیکا طرح دو اتصال کنترل و با هم مقایسه می‌شود. کرنش پلاستیک معادل اتصالات طراحی شده با و بدون اعمال نیروی اهرمی، در حد مجاز می‌باشد. اعمال اثر اهرمی شدن، باعث افزایش قطر پیچ و کاهش ضخامت ورق اتصال تیر به ستون می‌شود. اعمال اثر اهرمی، باعث کاهش تنش تماسی در محل برخورد ورق انتهایی به ستون به اندازه 23/57 درصد می‌شود؛ همچنین در اتصالات مورد بررسی، باعث افزایش 25 و 45 درصد به ترتیب در نیروی کششی و برشی پیچ‌ها می‌شود.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Incorporating the Prying Force Effect in the Design of Four-Bolt End Plate Beam-to-Column Moment Connections

نویسندگان English

Mahdi Gholipour Feizi 1
Yousef Hosseinzadeh 2
Mohammad Reza Sheidaii 3
Soheil Alipoursajedi 4
1 Assistant Professor، Department of Civil Engineering، Sou.C.، Islamic Azad University، Soufian، Iran
2 Professor، Structural Eng. Dept.، Faculty of Civil Engineering، University of Tabriz، Tabriz، Iran
3 Professor، Civil Eng. Dept.، Faculty of Engineering، University of Urmia، Urmia، Iran
4 Ph.D. Candidate، Civil Eng. Dept.، Faculty of Engineering، University of Urmia، Urmia، Iran
چکیده English

The failure of welded moment connections and the superior seismic performance of bolted moment connections in recent earthquakes have led to the increasing adoption of bolted connections in steel structures. The prying action in beam-to-column bolted moment connections can lead to brittle failure of connections. Conventional design methods mitigate this prying effect by using stiffeners or thicker endplates to reduce its influence. This study presents a method for determining the appropriate plate thickness and bolt diameter in a T-shaped bolted connection component by accounting for the prying effect. Furthermore, the moment connection design method outlined in the AISC code is extended to develop a new approach for designing four-bolt end plate connections that explicitly considers the prying action. A bolted moment beam-to-column connection has been designed using both the AISC prequalified moment connection design methodology and the proposed design approach. The performance of both connections is evaluated and compared using IDeaStatiCa software. The equivalent plastic strain of the designed connections, both with and without the application of prying force, is within the allowable limit. Incorporating the prying effect results in increased bolt diameter and decreased thickness of the beam-to-column endplate. This effect reduces contact pressure at the interface between the endplate and the column by approximately 23.57%. Additionally, in the analyzed connections, bolt tension and shear forces increase by approximately 25% and 45%, respectively.

کلیدواژه‌ها English

Four-Bolt End Plate Moment Connections
Prying Force
Analytical Model
Plastic Strain
Design of End Plate Moment Connection
[1] Bai, R., Chan, S.-L., & Hao, J.-P. (2015). Improved design of extended end-plate connection allowing for prying effects. Journal of Constructional Steel Research, 113, 13-27.
[2] Gödrich, L., Wald, F., Kabeláč, J., & Kuříková, M. (2019). Design finite element model of a bolted T-stub connection component. Journal of constructional steel research, 157, 198-206.
[3] Segui, W. T. (2012). Steel design. Fifth ed. United States of America: Cengage Learning. 752.
[4] ANSI/AISC-360-22. (2022). Specification for Structural Steel Buildings. Chicago: American Institute of Steel Construction.
[5] AISC. (15th Ed. 2017). Steel Construction Manual. Chicago: American Institute of Steel Construction.
[6] Huang, F., Zhang, D., Hong, W., & Li, B. (2017). Mechanism and calculation theory of prying force for flexible flange connection. Journal of Constructional Steel Research, 132, 97-107.
[7] Carlo Lini, P. (2016). A Slightly Longer Look at Prying. Retrieved from: https://www.aisc.org/globalassets/modern-steel/archives/2016/07/a-slightly-longer-look-at-prying_july-2016.pdf
[8] Hantouche, E. G., Kukreti, A. R., Rassati, G. A., & Swanson, J. A. (2015). Prying models for strength in thick-flange built-up T-stubs with complete joint penetration and fillet welds. Journal of Structural Engineering, 141(2), 04014102.
[9] Yang, J.-G., Kim, H.-K., Park, J.-H., & Back, M.-C. (2013). Analytical models for the initial axial tensile stiffness and ultimate tensile load of a T-stub, including the effects of prying action. International Journal of Steel Structures, 13(2), 341-352.
[10] Khani, R., Hosseinzadeh, Y., & Asl, M. H. (2023b). Investigating the prying force magnitude and location in the T-stub connection based on the energy method. Engineering structures, 280, 115655.
[11] Khani, R., Hosseinzadeh, Y., & Asl, M. H. (2023a). Improving the T-stub component behavior tied to a rigid base. Journal of Constructional Steel Research, 211, 108199.
[12] Khani, R., Hosseinzadeh, Y., D’Aniello, M., & Asl, M. H. (2024). Nonlinear response of coupled and tied-to-rigid base T-stub connections. Journal of Constructional Steel Research, 215, 108550.
[13] Alipour Sajedi, S., Sheidaii, M. R., & Hosseinzadeh, Y. (2022). Analytical Model for Applying the Effect of Prying Force in the Design of Bolted Connections. Journal of Structural and Construction Engineering, 9(5), 39-57.
[14] ANSI/AISC-358-22. (2022). Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications, including Supplement No. 1. Chicago: American Institute of Steel Construction.
[15] Hantouche, E. G., Rassati, G. A., Kukreti, A. R., & Swanson, J. A. (2012). Built-up T-stub connections for moment resisting frames: Experimental and finite element investigation for prequalification. Engineering structures, 43, 139-148.
[16] IDeaStatiCa. (2025). Connection design. IDEA StatiCa.

  • تاریخ دریافت 01 شهریور 1404
  • تاریخ بازنگری 09 مهر 1404
  • تاریخ پذیرش 05 آبان 1404