بررسی اثر خستگی کم‌چرخه شدید تحت بار سیکلی در قابهای خمشی فولادی با اتصالات تیربا مقطع کاهش‌یافته بروش رشد و بهم پیوستگی حفره ها

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا/دانشگاه سمنان

2 دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

3 دانشگاه سمنان

چکیده

مطالعات انجام شده بر روی اتصالات آسیب‌دیده در زلزله های اخیر حاکی از آن بود که خسارت به برخی از سازه‌ها را نمی توان با استفاده از مکانیزمهای رایج شکست توجیه کرد. این مساله مربوط به اثرخستگی کم‌چرخه شدید(ELCF) ایجاد شده در اتصالات حیاتی سازه و در نتیجه ایجاد شکست دراتصال مورد بررسی بوده است. در سالهای اخیر تلاشهای تحقیقاتی زیادی برای ایجاد روشی جهت پیش بینی شکست ناشی ازخستگی کم‌چرخه شدید و تفسیر مکانیزم شکست در مواد فلزی و اجزا سازه ای انجام شد و میتوان گفت گسیختگی ناشی از خستگی کم‌چرخه شدید حالت حدی حاکم بر سازه های فلزی در زلزله های شدید می باشد. از طرف دیگر بعد از زلزله نورثریج، استفاده از اتصالات خمشی دارای تیر با مقطع کاهش یافته که در مطالعات آزمایشگاهی، ظرفیت شکل پذیری مناسبی نشان داده بود، بسرعت گسترش یافت. اما مطالعات انجام شده بر روی این نوع اتصال، متمرکز بر ظرفیت اتصال بوده است و بحث خستگی کم‌چرخه شدید و مکانیزم شکست در این نوع اتصال آنچنان مورد توجه قرار نگرفته است. مطالعه حاضر به بررسی اثر خستگی کم‌چرخه شدید در آسیب‌های وارده بر اتصالات با تیرهای دارای مقطع کاهش یافته در قاب های فولادی خمشی با استفاده از روش رشد و بهم پیوستگی حفره‌ها تحت بار سیکلی(CVGM) متمرکز شده است. در این راستا اثرات خستگی کم‌چرخه شدید در یک مجتمع تجاری 6 طبقه فولادی خمشی با تیرهای دارای مقطع کاهش یافته مورد مطالعه قرار گرفت. شاخص شروع ترک بروش CVGM در طبقات مختلف نشان میدهد که اگر چه این شاخص در طبقات چهارم و پنجم بیشترین مقدار را دارد ولی از حد شروع ترک فاصله دارد. بعبارت دیگر اتصالات این سازه نسبت به مساله خستگی کم‌چرخه شدید تحت رکورد اعمال شده مقاوم بوده دچار کسیختگی ناشی از (ELCF) نخواهند شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigating the effect of extremely low cyclic fatigue in steel moment frames with reduced beam section connections

نویسندگان [English]

  • Mohsen Ghaderi 1
  • Mohsen Gerami 2
  • Reza Vahdani 3
1 Semnan University
2 Associate Professor, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
3 Semnan University
چکیده [English]

Studies on damaged connections in recent earthquakes have shown that damage to some of the structures cannot be justified by the use of common failure mechanisms. This is due to the extremely low cyclic fatigue created by the critical cycle on the connections, which leads to a failure in the examined connections. In recent years, a lot of research efforts have been made to create a method for predicting a failure due to extremely low cycle fatigue to interpret the failure mechanism in steel materials and structural components. It can be said that the failure is due to the extremely low cycle fatigue state governing the steel structures in severe earthquakes. On the other hand, after the Northridge earthquake, the use of moment connection with reduced beam section, which showed good ductility in laboratory studies, expanded rapidly. But studies on this kind of connection have focused on capacity, and the extremely low cycle fatigue and failure mechanisms in this type of connection have not been considered. The present study focuses on the effect of extremely low cyclic fatigue on damaged connections with reduced beam section beams in moment steel frames. In this regard, the effects of extremely low cyclic fatigue were studied in a 6-story steel moment frame complex with reduced beam sections. Comparison of the indices of start cracking by extremely low cycle fatigue in different floor showed that this index is far from the beginning of the failure. In other words, the connections with reduced beam sections in this structure will not damage by extremely low cycle fatigue.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Extremely low cycle fatigue
  • Steel moment frame
  • Reduced beam section Connection
  • earthquake
  • Failure
[1] Kanvinde, AM. Deierlein, GG. (2004). Micromechanical simulation of earthquake induced fracture in steel structures. Blume Center TR 145. Stanford University, Stanford, CA.
[2] Kuwamura, H. Yamamoto, K. (1997). Ductile crack as trigger of brittle fractures in steel.J Struct Eng;123(6):729–35.
[3]  Kuwamura, H. Takagi N. (2004). Similitude law of prefracture hysteresis of steel members. J Struct Eng;130(5):752–61.
[4] Sakano, M. Wahab, MA. (2001). Extremely low cycle (ELC) fatigue cracking behaviour in steel bridge rigid frame piers. J Mater Process Technol;118(1–3):36–9.
[5] Tateishi, K. Hanji, T. Minami, K. (2007). A prediction model for extremely low cycle fatigue strength of structural steel. Int J Fatigue;29(5):887–96.
[6] Kanvinde, AM. Deierlein, GG. (2006). Void growth model and stress modified critical strain model to predict ductile fracture in structural steels. J Struct Eng;132(12):1907–18.
[7] Kanvinde, AM. Deierlein, GG. (2007).Cyclic void growth model to assess ductile fracture initiation in structural steels due to ultra low cycle fatigue. J Struct Eng;133(6):701–12
[8] Kanvinde, AM. Deierlein, GG. (2008).Validation of cyclic void growth model for fracture initiation in blunt notch and dogbone steel specimens. J Struct Eng;134(9):1528–37.
[9] Myers, AT. Kanvinde, AM. Deierlein, GG. et al. ( 2009).Effect of weld details on the ductility of steel column baseplate connections. J Construct Steel Res;65(6):1366–73.
[10] Myers, AT. Deierlein, GG. Kanvinde, AM. (2009).Testing and probabilistic simulation of ductile fracture initiation in structural steel components and weldments.Blume Center TR 170. Stanford University, Stanford, CA.
[11] Fell, BV. Kanvinde, AM. Deierlein, GG. (2010).Large-scale testing and simulation of earthquake induced ultra low cycle fatigue in bracing members subjected to cyclic inelastic buckling. Blume Center TR172. Stanford University, Stanford,CA.
[12] Huang, YL. Mahin, SA. (2010).Simulating the inelastic seismic behavior of steel braced frames including the effects of low-cycle fatigue. PEER, Report 2010/104.Pacific Earthquake Engineering Research Center, University of California,Berkeley.
[13] ETABS 2013 PLUS. (2013).Computer and structures,Inc.
[14] Kuwamura, H. Yamamoto, K. (1997).Ductile crack as trigger of brittle fractures in steel.J Struct Eng;123(6):729–35.
 [15] Anderson, TL. (2005).Fracture mechanics: fundamentals and applications. 3rd ed. Boca Raton, FL: CRC Press; 2005.
[16] Rice, JR. Tracey, DM. (1969).On the ductile enlargement of voids in triaxial stress fields.J Mech Phys Solids;17(3):201–17.
[17] Hancock, JW. Mackenzie, AC. (1976).On the mechanics of ductile failure in highstrength steel subjected to multi-axial stress-states. J Mech Phys Solids;24(3):147–69.
[18] Nip, KH. Gardner, L. Davies, CM. et al. (2010).Extremely low cycle fatigue tests on structural carbon steel and stainless steel. J Construct Steel Res;66(1):96–110.
[19] Wang, YQ. Zhou, H. Shi, YJ. et al. (2011).Fracture prediction of welded steel connections using traditional fracture mechanics and calibrated micromechanics based models. Int J Steel Struct;11(3):351–66.
 [20] Zhou, H. et al. (2013).Extremely low cycle fatigue prediction of steel beam-to-column connection by using a micro-mechanics based fracture model . International Journal of Fatigue 48 (2013) 90–100.
[21] Zhou, H. et al. (2014).Seismic low-cycle fatigue evaluation of welded beam-to-column connections in steel moment frames through global–local analysis. International Journal of Fatigue 64 (2014) 97–113.
[22] Lee, P. Garai, R. Ozkula, G. ( 2014). Issues on using welded built-up box columns in steel special moment frames , Tenth U.S. National Conference on Earthquake Engineering Frontiers of Earthquake Engineering July 21-25, 2014,Anchorage, Alaska.
[23] ABAQUS. (2014).Standard user’s manual version 14.1. Providence, RI: Hibbitt, Karlsson & Sorensen Inc.
[24] Tehranizadeh, M. Deylami, A. Gholami, M. Moazemi, H. (2012).Validation of Cyclic Void Growth Model for Fracture Initiation in the Flange Plate Connection Between Beam and Box Column.15wcee,USBOA 2012.