مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

مطالعه آزمایشگاهی و عددی رفتار چرخه‌ای اتصال تیر به ستون فولادی تقویت‌شده با ورق های خمیده

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تبریز، تبریز، ایران
2 گروه عمران، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تبریز، تبریز، ایران مرکز تحقیقات رباتیک و فناوری های نرم، دانشگاه آزاد
3 استاد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران
4 استادیار، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تبریز، تبریز، ایران
10.22065/jsce.2026.593299.4090
چکیده
اتصالات گیردار تیر به ستون یکی از مؤلفه‌های تعیین‌کننده در تأمین رفتار لرزه‌ای قاب‌های فولادی محسوب می‌شوند. تجربه زلزله‌های گذشته نشان داده است که این نوع اتصالات، در پی تسلیم و کمانش موضعی اجزای تشکیل‌دهنده، مستعد آسیب‌دیدگی هستند؛ موضوعی که ضرورت بازنگری و ارتقای عملکرد آن‌ها را برجسته می‌سازد. از طرفی، تجدید نظر های متعدد در ضوابط آئین نامه ای، موجب شده است ارائه راهکارهایی برای افزایش ظرفیت باربری این اتصالات اهمیتی دوچندان بیابد. در پژوهش حاضر، کارایی یک شیوه تقویتی جدید بررسی شده که در آن با افزودن ورق‌های خم‌شده به ناحیه اتصال تیر به ستون، رفتار لرزه‌ای مجموعه بهبود داده می‌شود. برای این منظور، رفتار چرخه‌ای دو نمونه اتصال فلنجی چهار ‌پیچی فاقد ورق سخت کننده مورد آزمون قرار گرفت: نمونه شاهد با ظرفیتی کمتر از لنگر مورد انتظار در چشمه اتصال ساخته شد، در حالی‌که در نمونه دوم، این کمبود ظرفیت با استفاده از ورق های تقویتی خم‌شده جبران گردید. در ادامه، مدل های عددی اجزای محدود معادل نمونه های تجربی در نرم افزار ABAQUS توسعه یافت که قادر به لحاظ‌کردن رفتار غیرخطی مصالح و هندسه، اثر تماس بین اجزا و نیروی پیش‌تنیدگی پیچ‌ها بود. مقایسه نتایج عددی و آزمایشگاهی، تطابق مناسبی را نشان داد و از این رو مدل توسعه‌یافته برای انجام مطالعات پارامتریک تکمیلی مورد استفاده قرار گرفت. یافته‌های به‌دست‌آمده گویای آن است که استفاده از ورق های خم‌شده تأثیر قابل‌توجهی بر بهبود رفتار چرخه‌ای اتصال دارد؛ به‌گونه‌ای که مقاومت نهایی اتصال حدود 4۰ درصد و ظرفیت جذب انرژی حدود 39 درصد افزایش می‌یابد و محل تشکیل مفصل پلاستیک از بر ستون به داخل دهانه تیر منتقل می‌شود. با توجه به این نتایج، روش پیشنهادی، ضمن برخورداری از سادگی در اجرا، به‌عنوان راهکاری قابل اطمینان برای تقویت اتصالات تیر به ستون و مقاوم‌سازی لرزه‌ای ساختمان‌های موجود توصیه می گردد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Experimental and Numerical Study on the Cyclic Behavior of Steel Beam-to-Column Connections Reinforced with Curved Plates

نویسندگان English

Sina Jadidi Avval 1
Adel Ferdousi 2
Yousef Hosseinzadeh 3
Jamshid Saburi 4
1 Ph.D. Candidate, Department of Civil Engineering, Ta. C., Islamic Azad University, Tabriz, Iran
2 Department of Civil Engineering, Ta. C., Islamic Azad University, Tabriz, Iran Robotics & Soft Technologies Research Center, Tabriz Branch, Islamic Azad University, Tabriz, Iran.
3 Professor, Structural Engineering Department, Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran
4 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Ta. C., Islamic Azad University, Tabriz, Iran
چکیده English

Moment-resisting beam-to-column connections are pivotal in ensuring the seismic performance of steel frames. Post-earthquake reconnaissance has consistently shown that these connections are highly susceptible to damage due to premature yielding and local buckling, necessitating rigorous performance enhancements. Furthermore, evolving seismic code requirements have underscored the urgency of developing effective strategies to bolster the load-bearing capacity of existing connections. This study investigates the efficacy of a novel strengthening technique employing bent plates integrated into the beam-to-column interface to enhance seismic response. To this end, two full-scale four-bolt unstiffened extended end-plate connections were subjected to cyclic loading. The control specimen was intentionally designed with a capacity below the expected moment of the connection zone, while the second specimen was retrofitted with the proposed bent plates to compensate for this deficiency. Subsequently, high-fidelity finite element models were developed in ABAQUS, accounting for material and geometric nonlinearities, complex contact interactions, and bolt pre-tensioning. The numerical models were rigorously validated against experimental data, showing excellent correlation, and were further utilized for comprehensive parametric studies. The findings demonstrate that the application of bent plates significantly improves cyclic behavior, resulting in an approximately 40% increase in ultimate strength and a 39% enhancement in energy dissipation capacity. Notably, the reinforcement successfully relocated the plastic hinge away from the column face into the beam span. Given its structural efficiency and ease of implementation, this method is recommended as a reliable solution for strengthening beam-to-column connections and the seismic retrofitting of existing steel structures.

کلیدواژه‌ها English

Curved plate
Cyclic behavior
Finite element model
Flexural capacity
Steel frame connection
Seismic retrofitting

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 31 شهریور 1405

  • تاریخ دریافت 26 مرداد 1405
  • تاریخ بازنگری 19 شهریور 1405
  • تاریخ پذیرش 31 شهریور 1405