ارزیابی تاثیر درصد صلبیت اتصال بر توزیع برش قائم مقطع تیر در اتصالات تیرهای I شکل فولادی با توجه به طول دهانه تیر

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران

2 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

3 دانشجوی دکتری مهندسی عمران، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران

چکیده

این مقاله به برآورد تاثیر درصد صلبیت اتصالات در تیرهای I شکل فولادی با طول دهانه‌های مختلف بر روی توزیع نیرو و تنش برشی قائم در بال و جان تیر در مقطع اتصال در مقایسه با فرضیات کلاسیک توزیع تنش می‌پردازد. در این راستا 72 مدل تیر با اتصالات با درصد صلبیتهای متفاوت تحت بار متمرکز در وسط دهانه جهت انجام مطالعه پارامتریک در نرم‌افزار اجزامحدود ANSYS Workbench ساخته و بر روی همه آنها تحلیل استاتیکی خطی انجام شد. پارامترهای متغیر در این مدلها عبارتند از درصد صلبیت اتصال درقالب تغییر ضخامت ورقهای انتهایی(از7 تا 30 میلیمتر)، طول دهانه تیر، وجود و یا عدم وجود تقید بین بال و جان تیر در ناحیه اتصال و وجود یا عدم وجود اثرات کرنشهای جانبی. مطالعات انجام شده در درجه اول نشان دادند که در اثر شرایط مرزی حاکم توزیع تنش برشی قائم در مقطع اتصال در اتصالات با درجات صلبیت متفاوت، بسیار با آنچه که در روابط کلاسیک تئوری تیرها ذکر شده فاصله دارد و عملا روابط آیین‌نامه‌های کنونی که فقط جان را در تمامی طول تیر مسول تحمل برش قائم و بالها را مسول تحمل لنگر میدانند، با آنچه در واقعیت رخ میدهد فاصله دارند. همچنین مطالعات نشان دادند که سهم بالها و جان تیر در مقطع اتصال از نیروی برش قائم مقطع شدیدا متاثر از درصد صلبیت اتصال و طول دهانه تیر است. از طرفی نتایج بیانگر این واقعیت بودند که از بین پارامترهای موردنظر، تقید بوجود آمده بین بال و جان تیر در تمامی مدلها عمده‌ترین پارامتر در فاصله گرفتن نتایج کلاسیک از واقعیت توزیع تنش و نیرو در مقطع اتصال تیرهای I شکل هستند و از بین بردن این تقید در اجرا میتواند بعنوان ایده‌ای در بهبود عملکرد اتصالات مدنظر قرارگیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of the connection rigidity on the vertical shear distribution at beam section in steel I shaped beams according to the beam span length

نویسندگان [English]

  • Gholamreza Abdollahzadeh 1
  • Morteza Naghipor 2
  • Ehsan Shabanzadeh 3
1 Associate Professor, Department of Civil Engineering, Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran
2 Faculty of Civil Engineering, Babol Noshirvani University of Technology
3 PhD Student, Department of Civil Engineering, Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran
چکیده [English]

This paper evaluates the effect of I-shaped beams connection rigidity with different span length on vertical force and shear stress distribution in beam flanges and web at connection section in comparison with classical theory of stress distribution. Accordingly, 72 models with different connection rigidity under concentrated static load in mid span have been made for doing parametric study in ANSYS Workbench finite element software. The linear static analysis was done on all constructed models. Variable parameters in these research for parametric study include of connection rigidity in the case of change in the end plate thickness (from 7 to 30 mm), beam span length, restraint or no restraint between beam web and flange and the presence or absence of Poisson’s effects. Performed studies have shown that that vertical shear stress distribution in beam to column connection section with moment connection differs a lot from what is stated in mechanics of materials equations. Practically the available equations in regulations which state that web receives the entire vertical shear and ignore the contribution of flanges are not reliable. Studies also showed that the contribution of the flanges and web at connecting section from vertical shear force strongly affected by the connection rigidity and the beam span length. On the other side, the results express this fact that among desired parameters the existence of restraint between flanges and web in all models is the most important parameter in the differences between the classical and real results and elimination of this parameter in structures can be considered as an idea to improve the performance of the modern connections.

کلیدواژه‌ها [English]

  • classical theory of stress distribution
  • real stress distribution
  • restrain of lateral deformation
  • restrain of connection section warping
  • restrain between beam flange and web at connection region
[1] Muhammad Ziaur Rahman, Tousif Ahmed & Raihan Md. Imtiaz. (2013). Investigation of Stresses in a Beam with Fixed Connection using Finite Difference Technique. Global Journal of Researches in Engineering. Mechanical and Mechanics Engineering.Volume 13 Issue 2 Version 1.0.
[2] Carlos M. Ramirez, Dimitrios G. Lignos, Eduardo Miranda, Dimitrios Kolios. (2012). Fragility functions for pre-Northridge welded steel moment-resisting beam-to-column connections. Journal of Engineering Structures 45 574–584.
[3] Mohamad A. Morshedi, Kiarash M. Dolatshahi, Shervin Maleki. (2017). Double reduced beam section connection. Journal of Constructional Steel Research 138 283–297.
[4] M. Gh.Vetr, M. Miri, F. Ghaffari .(2012). Seismic Behavior of the Slotted Web (SW) Connection on the Iranian I-Shape Profiles Through Experimental Studies. The Fifteenth World Conference on Earthquake Engineering. Lisbon, Portugal.
[5] J.M. Ricles, C. Mao, L.W. Lu, J.W. Fisher. (2002). Inelastic cyclic testing of welded unreinforced moment connections, J. Struct. Eng. 128 (4) 429–440.
[6] C. Mao, J. Ricles, L.W. Lu, J. Fisher. (2001). Effect of local details on ductility of welded moment connections, J. Struct. Eng. 127 (9) 1036–1044.
[7] C.C. Chou, K.C. Tsai, Y.Y. Wang, C.K. Jao. (2010). Seismic rehabilitation performance of steel side plate moment connections, Earth q. Eng. Struct. Dyn. 39 (1) 23–44.
[8] M. Shiravand, A. Deylami. (2010). Application of full depth side plate to moment connection of I-beam to double-I column, Adv. Struct. Eng. 13 (6) 1047–1062.
[9] C.H. Kang, K.J. Shin, Y.S. Oh, T.S. Moon. (2001). Hysteresis behavior of CFT column to H-beam connections with external T-stiffeners and penetrated elements, Eng. Struct. 23 (9) 1194–1201.
[10] M. Ghobadi, M. Ghassemieh, A.Mazroi, A. Abolmaali. (2009). Seismic performance of ductile welded connections using T-stiffener, J. Constr. Steel Res. 65 (4) 766–775.
[11] C.H. Kang, Y.J.d Kim, K.J. Shin, Y.S. Oh. (2013). Experimental investigation of composite moment connections with external stiffeners, Adv. Struct. Eng. 16 (10) 1683.
[12] C.C. Chen, C.A. Lu, C.C. Lin. (2005). Parametric study and design of rib-reinforced steel moment connections, Eng. Struct. 27 (5) 699–708.
[13] R. Goswami, C. Murty. (2009). Externally reinforced welded I-beam-to-box-column seismic connection, J. Eng. Mech. 136 (1) 23–30.
[14] M. Nikoukalam, K.M. Dolatshahi. (2015). Development of structural shear fuse in moment resisting frames, J. Constr. Steel Res. 114 349–361.
[15] M. Valente, C.A. Castiglioni, A. Kanyilmaz. (2017). Numerical investigations of repairable dissipative bolted fuses for earthquake resistant composite steel frames, Eng. Struct.131 275–292.
[16] M. Valente, C.A. Castiglioni, A. Kanyilmaz. (2017). Welded fuses for dissipative beam-to column connections of composite steel frames: numerical analyses, J. Constr. Steel Res. 128 498–511.
[17] N.R. Iwankiw, C.J. Carter. (1996).The dog bone: a new idea to chew on, Mod. Steel Constr. 36 (4) 18–23.
[18] S.S. Kumar, D.P. Rao. (2006). RHS beam-to-column connection with web opening- experimental study and finite element modelling, J. Constr. Steel Res. 62 (8) 739–746.
[19] S. Wilkinson, G. Hurdman, A. Crowther. (2006). A moment resisting connection for earthquake resistant structures, J. Constr. Steel Res. 62 (3) 295–302.
[20] S. Maleki, M. Tabbakhha. (2012). Numerical study of slotted-web–reduced-flange moment connection, J. Constr. Steel Res. 69 (1) 1–7.
[21] S.R. Ahmed, M.R. Khan, K.M.S. Islam, Md.W. Uddin. (1998). Investigation of stresses at the fixed end of deep cantilever beams. Computers and Structures 69 329±338.
[22] FEMA. (2000). Recommended seismic design criteria for new steel moment frame buildings: FEMA 350. Richmond (CA): SAC Joint Venture.
[23] Miller DK. (1998). Lessons learned from the Northridge earthquake. Engineering Structures; 20(4_6):249_60.
[24] Horgan CO, Knowels JK. (1983). Recent development concerning S-Venant's principle. Adv Appl Mech; 23:179-269.
[25] Kyoung-Hyeog LEE, Subhash C GOEL and Bozidar STOJADINOVIC (2000). BOUNDARY EFFECTS IN STEEL MOMENT CONNECTIONS. Proceedings of 12th World Conference on Earthquake Engineering, Auckland, New Zealand.
[26] Uddin MW. (1966). Finite deference solution of two-dimensional elastic problems with mixed boundary conditions. M.Sc. thesis. Carleton University, Canada.
[27] Timoshenko SP, Goodier JN. (1979). Theory of elasticity, 3rd ed., New York: McGraw-Hill.
[28] Piaras Kelly. (2013). Solid Mechanics, Engineering Solid Mechanics. Publisher: The University of Auckland.
[29] Ferdinand Beer and E. Russell Johnston, Jr. and John De Wolf. (2014). Mechanics of Materials. 7Edition.
[30] AISC. American Institute of Steel Construction. (2016). Specification for structural steel buildings.
[31] Zirakian, Tadeh. (2008). Lateral–distortional buckling of I-beams and the extrapolation techniques. Journal of Constructional Steel Research 64 1–11