y. hosseinzadeh
-
The external post-tension technique is one of the best strengthening methods for reinforcement and improvement of the various steel structures and substructure components such as beams. In the present work, the load carrying capacity of the post-tensioned tapered steel beams with external shape memory alloy (SMA) tendons are studied. 3D nonlinear finite element method with ABAQUS software is used to determine the effects of the increase in the flexural strength, and the improvement of the load carrying capacity. The effect of the different parameters, such as geometrical characteristics and the post-tension force applied to the tendons are also studied in this research. The results reveal that the external post-tension with SMA tendons in comparison with the steel tendons causes a significant improvement of the loading capacity. According to this, using SMA tendon for the reinforcement of the tapered beams causes a decrease in weight of these structures and as a consequence causes economic benefits for their application. This method can be used extensively for steel beams due to low executive costs and simplicity of the operation for post-tension.
Keywords: Tapered steel beams, SMA tendons, external post-tension, Load Carrying Capacity, finite element analysis -
شکل پذیری به عنوان یکی از مفاهیم اصلی در طرح خمیری و لرزه یی سازه ها مطرح است. شکل پذیری در طراحی عموما با ظرفیت چرخشی عضو اندازه گیری می شود. در صورت طرح صحیح اتصال و تامین فشردگی لرزه یی جان و بال مقطع تیر، خرابی های رخداده ناشی از وقوع کمانش خمیری درون صفحه یا برون صفحه خواهد بود. در نوشتار حاضر، ظرفیت دورانی اتصال های خمشی تیر به ستون با مقاطع فشرده ی لرزه یی غیرمنشوری در جان با بهره گیری از تیوری خطوط تسلیم و استفاده از اصول تحلیل خمیری صلب ناشی از بارگذاری چرخه یی و کمینه سازی انرژی پتانسیل محاسبه شده است. سپس شکل پذیری به دست آمده از روش مذکور با محاسبات عددی ناشی از تحلیل المان محدود مقایسه و درنهایت با ساخت یک نمونه ی آزمایشگاهی، مکانیسم خرابی رخداده با مکانیسم های به دست آمده از تحلیل خمیری مقایسه شده است. نتایج حاصل، نشان از تطابق مناسب شکل پذیری محاسبه شده با استفاده از سه روش ذکر شده و تامین الزام های آیین نامه یی در استفاده از اتصال های مذکور در قاب های خمشی ویژه دارد.
کلید واژگان: تیر با مقاطع غیرمنشوری، شکل پذیری، رفتار چرخه یی، تئوری خطوط تسلیم، تحلیل اجزاء محدودDuctility is proposed as one of the primary concepts for the structures' plastic and seismic design. Ductility is generally measured in designing with the member's capacity of rotation. In case of a correct designing of the connections and supply of seismic compression to a cross-section of the beam's web and flange, the failures will stem from the occurrence of in- or out-plane plastic buckling. The present study calculates the rotation capacity of the beam-to-column momentonnections with tapered beams compressible seismic cross-sections in the web through the use of yield lines theory and the principles of analyzing rigid plasticity originating from the cyclic loading and potential energy minimization. Then, the ductility obtained from the method described above will be compared with the numerical calculations resulting from the finite element analysis. In the end, a laboratory sample will be made for comparing the occurred failure mechanism with the mechanisms obtained from plasticity analysis. The obtained results are indicative of the appropriate match between the ductility rates calculated through the three aforementioned methods as well as meeting of the guidelines' requirements for the use of the aforesaid connections in special moment frames.
Keywords: Tapered Beams, Ductility, Cyclic Testing, Yields Lines, Finite Element Analysis -
دیوار برشی فولادی غیرمتصل به ستون های کناری به همراه مهاربندهای کششی (سیستم S W-T B) گونه ی خاصی از دیوارهای برشی است که در مقایسه با نوع سنتی دیوار برشی، عملکرد بسیار مناسبی دارد. استفاده از سیستم مذکور، موجب کاهش نیروهای وارده به ستون های اطراف دیوار برشی (ستون های فرعی) و نیز کاهش نیروهای وارده به ستون های کناری (اصلی) می شود. در نوشتار حاضر، کاربرد دیوارهای مذکور در مقاوم سازی سازه ها بررسی شده است. برای این منظور، مدل اجزاء محدود یک نمونه دیوار برشی S W-T B، در نرم افزار آباکوس ایجاد و نتایج تحلیل آن با داده های آزمایشگاهی مقایسه شده است. پس از اطمینان از صحت مدل ایجادشده، مدل اجزاء محدود قاب خمشی فولادی مقاوم سازی شده با روش S W-T B ساخته و نتایج تحلیل اجزاء محدود مدل مذکور، با نتایج سه روش مقاوم سازی دیگر مقایسه شده است. نتایج تحلیل اجزاء محدود نشان می دهد که استفاده از سیستم S W-T B، باعث افزایش مقاومت جانبی سازه به اندازه ی 50٪ با شکل پذیری مناسب می شود و نیاز به تقویت ستون های کناری و پی سازه، محدود خواهد بود.
کلید واژگان: دیوارهای برشی فولادی، قاب های خمشی فولادی، دیوار برشی غیرمتصل به ستون، رفتار غیرخطی استاتیکی، مهاربند کششیA rehabilitation technique that utilizes a thin steel plateas a supplemental shear wall system for steel momentframes is described. In the proposed system, the plateand surrounding boundary elements are installed in themiddle of the bay, separate from existing columns (SW-TB =Steel Plate Shear Wall with Tension-Bracing). Thisgeometry intends to reduce the forces transferred to theexisting columns. In this paper, the behavior of steel mo-ment frames using the proposed system is investigated.Among the methods of retro tting of the steel frames,application of steel bracing system has been studied bysome researchers. The results of these studies show thatretro tting of steel frames by adding braces has dis-advantages such as increasing axial forces in adjacentcolumns, brittle behavior in the frame joints, bucklingthe bracing member, and creating a permanent deforma-tion on the frame. In order to remove these disadvan-tage researches such as the use of non-compression brace,buckling-restrained braces, dissipative bracing systems, displacement-restraint bracing and thin in ll panels areexamined. Steel plate shear wall systems have attractedmore attention in the past few years as one of the majorlateral-load resisting system in steel buildings. In thiscontext, many investigations have been conducted in dif-ferent countries. In this study, to eliminate the above-mentioned disadvantages, a SW-TB system is used toretro tting of a steel frame. Recent researches indicatethat this type of shear walls has a very good perfor-mance in comparison to its traditional form (i.e., SSW=Steel Plate Shear Wall). For this purpose, the Finite-Element Model (FE) of steel frame retro tted with steelshear walls and tension-bracing has been made. Theobtained results of this model are compared with Lab-oratory data. The comparison shows that the nite-element model produces similar results to those of theproposed method in the laboratory. After the experi-mental validation, this method is compared with threeother methods. The FE analysis results show that usingthis method causes the lateral resistance of the structureto increase as much as 50 percent with good ductility,and the need to enhance the lateral columns and foun-dations will be limited.
Keywords: Steel Moment Frames, Steel Shear Walls, Steel Plate Shear Wall With Tension Bracing, Tension Bracing, Retrofitting Of Steel Moment Frames -
قاب های خمشی فولادی با شکل پذیری مناسب و جذب انرژی بالا، تغییرمکان های جانبی زیاد در برابر نیروهای زلزله دارند. در این نوشتار، امکان استفاده از مهاربند کابلی برای کنترل تغییرمکان جانبی و افزایش مقاومت قاب های خمشی، ضمن حفظ شکل پذیری آنها بررسی شده است. با انجام آزمایش و تحلیل اجزاء محدود نمونه ی قاب خمشی، قاب خمشی مقاوم سازی شده با مهاربند کابلی واگرا و قاب خمشی با مهاربند کابلی ضربدری، نیروی محوری ستون ها و رفتار چرخه یی برش پایه جابجایی قاب ها بررسی شده است. همچنین در قاب مهارشده با مهاربند کابلی واگرا، تاثیر موقعیت اتصال کابل به تیر در شکل پذیری و مقاومت قاب مورد توجه قرار گرفته است. بررسی ها نشان داده است که مهاربند کابلی واگرا با افزایش مقاومت و سختی جانبی قاب خمشی فولادی، کاهش قابل توجهی در شکل پذیری قاب ایجاد نمی کند و رفتار مناسبی نسبت به مهاربند کابلی ضربدری دارد و نیز افزایش نیروی محوری ستون ها در قاب خمشی با مهاربند واگرا به اندازه ی قابل توجهی کمتر از قاب با بادبند ضربدری است.
کلید واژگان: قاب خمشی فولادی، مقاوم سازی، مهاربند کابلی واگرا، مهاربند کابلی ضربدری، برش پایه، بارهای چرخه ییSteel moment frames have both suitable ductility and high ability to absorb earthquake energy. However, due to insufficient lateral stiffness, under high lateral forces, they undergo large displacements. In this paper, the possibility of using cable bracing to control lateral displacement and to strengthen steel moment frames were studied, including the desire to retain their ductility. In this research, some experimental tests were carried out and several finite element analyses were undertaken for the steel moment frame; retrofitted moment frames with X, and eccentric cable bracing. Frame displacement, base shear hysteresis behavior and column axial forces were also investigated. First, the behavior of the steel moment frame and the moment frame retrofitted by eccentric cable bracing under static loads, was investigated experimentally. Then, the moment frame finite element model was prepared using ABAQUS software, and the results were verified by experimental data. Three models were created, one for the moment frame, one for the moment frame retrofitted by X, and the last for eccentric cable bracing. In these models, the force-displacement hysteresis behavior and frame column axial forces under cyclic loading were determined and compared with each other. Next, ten models were prepared for the moment resisting frame; the moment frame retrofitted with the eccentric and concentric cable bracings. For these frames, the influence of the cable bracing connection to the steel beam situation on frame ductility and its strength was studied. It was observed that the eccentric bracing cables, by maintaining steel moment ductility, created strength, while it was increasing lateral stiffness. It was realized that they had suitable behavior compared with X-bracing cables and, by retrofitting moment frames with eccentric cable bracing, the increasing rate of column axial force was much less than in those retrofitted by X-bracing cables. It means that by using eccentric cable bracing to retrofit steel moment frames, there is little need to retrofit boundary members, such as columns, column bases and foundations.
Keywords: Steel Moment Frame, Retrofitting, Eccentric Cable Bracing, Concentric Cable Bracing, Base Shear, Cyclic Loading -
در این نوشتار، رفتار قاب های خمشی فولادی مقاوم سازی شده با مهاربند بررسی شده است. مهاربندهای ضربدری با نیمرخ نبشی، مهاربند ضربدری با کابل و مهاربند با دو کابل عبورداده شده از یک غلاف فولادی استوانه یی در محل برخورد کابل ها، که سه نوع مهاربندی موردبررسی برای مقاوم سازی قاب های خمشی فولادی را تشکیل می دهند. مدل های المان محدود فقط با قاب خمشی و سه قاب خمشی مقاوم شده ایجاد شده است. تحلیل غیرخطی قاب ها تحت اثر بارگذاری چرخه یی با دامنه های افزایش یابنده انجام شده است. مقایسه ی نتایج تحلیل المان محدود با داده های آزمایشگاهی، دقت مناسب مدل های المان محدود را نشان می دهد. با تعیین برش پایه، نیروهای محوری ایجادشده در ستون ها، رفتار چرخه یی نیروی جابجایی و مکانیزم خرابی قاب ها، مزایا و معایب هر کدام از شیوه های مقاوم سازی بررسی شده است. نتایج نشان داده است که استفاده از نیمرخ نبشی و کابل برای مقاوم سازی قاب، سختی اولیه و بار نهایی قاب را درمقایسه با قاب خمشی به صورت قابل توجهی افزایش و شکل پذیری آن را کاهش می دهد. در این روش به دلیل افزایش قابل توجه نیروی محوری ستون ها، نیاز به تقویت ستون ها و پی بیشتر است. در قاب با مهاربند کابلی غلافدار، سختی اولیه با قاب خمشی یکسان بوده و قاب رفتار شکل پذیر از خود نشان داده است. در این حالت افزایش نیروی محوری ستون درمقایسه با سایر روش های بادبندی کمتر بوده و تقویت لازم ستون ها و پی کمتر از سایر روش های مقاوم سازی است.
کلید واژگان: قاب خمشی فولادی، مهاربند کابلی، رفتار غیرخطی، بارگذاری چرخه یی، برش پایهI n t h i s p a p e r, t h e b e h a v i o r o f f l e x u r a l s t e e l f r a m e s u s i n g c a b l e b r a c i n g i s i n v e s t i g a t e d. X b r a c i n g w i t h a n g l e p r o f i l e s, X b r a c i n g w i t h a c a b l e, a n d b r a c i n g w i t h t w o c a b l e s p a s s i n g c y l i n d r i c a l s t e e l s h e a t h s a t t h e i n t e r s e c t i o n o f t h e c a b l e s, a r e t h e t h r e e t y p e s o f r e t r o f i t t i n g o f f l e x u r a l s t e e l f r a m e s s t u d i e d i n t h i s p a p e r. T h e f i n i t e e l e m e n t m o d e l o f a s t e e l f r a m e, w i t h a n d w i t h o u t t h e t h r e e t y p e s o f r e t r o f i t t i n g h a s b e e n m a d e. N o n-l i n e a r a n a l y s i s o f f r a m e s u n d e r c y c l i c l o a d i n g w i t h i n c r e a s i n g o s c i l l a t i o n s h a s b e e n u n d e r t a k e n. C o m p a r i s o n o f t h e r e s u l t s f r o m t h e f i n i t e e l e m e n t m o d e l w i t h e x p e r i m e n t a l d a t a s h o w s t h a t t h e f i n i t e e l e m e n t m o d e l h a s a c c e p t a b l e a c c u r a c y. B y d e t e r m i n i n g s h e a r b a s e, t h e a x i a l f o r c e o f c o l u m n s, a n d t h e c y c l i c b e h a v i o r o f f o r c e-d i s p l a c e m e n t, t h e f a i l u r e m e c h a n i s m o f f r a m e s a n d t h e a d v a n t a g e s a n d d i s a d v a n t a g e s o f e a c h t y p e o f r e t r o f i t t i n g h a v e b e e n i n v e s t i g a t e d. A c c o r d i n g t o r e s u l t s, u s i n g t h e C o r n e r s t o n e p r o f i l e f o r r e t r o f i t t i n g s t e e l f l e x u r a l f r a m e s i n c r e a s e s r e m a r k a b l y t h e i n i t i a l s t i f f n e s s a n d u l t i m a t e l o a d o f t h e f r a m e c o m p a r e d t o f l e x u r a l f r a m e a n d r e d u c e s u l t i m a t e d i s p l a c e m e n t. R e d u c t i o n i n p l a s t i c i t y a n d f r a m e e n e r g y a b s o r p t i o n c a p a c i t y s h o w s t h e u n a c c e p t a b i l i t y o f t h i s t y p e o f r e t r o f i t t i n g, f r o m t h e p e r s p e c t i v e o f p l a s t i c i t y a n d e n e r g y d e p r e c i a t i o n c a p a c i t y. I n t h e f r a m e s r e t r o f i t t e d b y a c o r n e r s t o n e, b e c a u s e o f t h e b r a c i n g f u n c t i o n a n d a s i g n i f i c a n t i n c r e a s e i n t h e a x i a l f o r c e o f c o l u m n s, t h e n e e d t o r e i n f o r c e t h e c o l u m n s a n d f o u n d a t i o n i s g r e a t e r. D u e t o b u c k l i n g o f t h e c o m p r e s s i v e m e m b e r i n t h i s t y p e o f r e t r o f i t, p e r m a n e n t d e f o r m a t i o n o c c u r s i n t h e f r a m e. I n r e t r o f i t t e d f r a m e u s i n g c r o s s c a b l e s, c a b l e s f r o m t h e e a r l y s t a g e s o f l o a d i n g b e g i n t o p u l l, w h i c h i n c r e a s e s t h e f r a m e's i n i t i a l s t i f f n e s s c o m p a r e d t o t h e s t i f f n e s s o f f l e x u r a l f r a m e s. I n t h i s c a s e, u l t i m a t e l o a d i n c r e a s e s a n d f a i l u r e d i s p l a c e m e n t r e d u c e s. I n t h i s f r a m e, t h e c a b l e b r a c e c o n v e r t s f r a m e b e h a v i o r f r o m d u c t i l e t o b r i t t l e. B e i n g n a r r o w a n d u n s t a b l e i n h y s t e r e s i s c y c l e s s h o w s t h e m e a g e r c a p a c i t y o f t h i s f r a m e t o r e s i s t l a t e r a l f o r c e s. I n t h i s m e t h o d o f r e t r o f i t t i n g, t h e r e q u i r e d r e i n f o r c e m e n t o f c o l u m n s a n d f o u n d a t i o n i s c o n s i d e r a b l e. T h e i n i t i a l s t i f f n e s s o f t h e f r a m e w i t h a c a b l e b r a c e w i t h s h e a t h a n d t h e f l e x u r a l f r a m e i s t h e s a m e. U p t o t h e f i x e d a m o u n t o f d i s p l a c e m e n t a n d t h e b r a c e b e i n g s t r a i g h t, t h e c a b l e i s i n e f f e c t i v e i n f l e x u r a l f r a m e b e h a v i o r, a n d, a f t e r t h a t, i f l a t e r a l f o r c e s i n v a d e l a t e r a l f o r c e s, t h e b r a c e c o n t r i b u t e s w i t h a d e l a y i n f r a m e b e h a v i o r. B y a d d i n g t h e b r a c e t o t h e s e f r a m e s w h i l e m a i n t a i n i n g t h e p l a s t i c i t y o f t h e f r a m e, i t s r e s i s t a n c e w i l l i n c r e a s e. I n t h i s c a s e, t h e i n c r e a s e i n t h e a x i a l f o r c e o f t h e c o l u m n i s l e s s t h a n o t h e r m e t h o d s o f b r a c i n g, a n d t h e e x i s t i n g p o s s i b l e o v e r l o a d i n c o l u m n s a n d f o u n d a t i o n c a n b e r e s p o n s i v e t o t h e i n c r e a s e i n a x i a l f o r c e i n c o l u m n s, o r, i f r e t r o f i t t i n g i s n e e d e d, t h e a m o u n t o f r e i n f o r c e m e n t i s s l i g h t.
Keywords: Exural Steel Frame, Cable Bracing, Nonlinear Behavior, Cyclic Loading, Base Shear -
در این نوشتار، با اصلاح روش تحلیل و طراحی اتصالات پیچی نیمه گیردار با ورق انتهایی، روشی دقیق برای طراحی این نوع از اتصالات با فلسفه ی طراحی مقاومت مجاز)A S D(ارائه شده است. مدل های اجزای محدود اتصالات پیچی با ورق انتهایی در هندسه های مختلف ایجاد، دقت آن ها با نتایج آزمایشگاهی ارزیابی، و به اثر اهرمی شدن ورق اتصال در این مدل ها توجه شده است. برای محاسبه ی سختی، تغییرشکل ورق اتصال و نحوه ی توزیع فشار تماسی بین صفحه یی حاصل از پدیده ی اهرمی شدن، از مدل های گسیختگی اتصال T در ترازهای مختلف ورق استفاده شده است و با استفاده از نتایج حاصل از تحلیل پارامتریک اتصالات مفصلی، نیمه گیردار، و T، روشی بهینه برای محاسبه ی نیروهای اهرمی شدن ارائه و سپس روشی بهبودیافته برای طراحی اتصالات نیمه گیردار با درنظرگرفتن آثار نیروهای اهرمی شدن پیشنهاد شده است. ارزیابی دقت روش پیشنهادی در مقایسه با رفتار واقعی اتصال و روش های متداولطراحی، کارایی و دقت مناسب این روش را برای طراحی اتصالات پیچی نیمه گیردار ارائه شده نشان می دهد.
کلید واژگان: اتصال نیمه گیردار پیچی با ورق انتهایی، مدل اجزای محدود، پدیده ی اهرمی شدن، روش های تحلیل و طراحی اتصالات، مدل های گسیختگی، مکانیزم شکستIn this study, the behavior of endplate connections with various rigidities has been investigated. After creating the finite element models, the model accuracy is evaluated using the experimental results. The maximum error of the finite element models generated is estimated to be around 8 percent. Through parametric analysis of semi-rigid connections, an important factor influencing the behavior of the connections is detected. The prying action is one of the most significant parameters in connection behavior; lack of attention to this phenomenon in the design phase will cause errors in calculation.
To calculate the prying action force in T-connections, two experimental methods exist. The computational method of Smith and AISC, the amount of computational error in the Smith method is 80 to 160 percent depending on the rigidity of the endplate connections. In the second method, AISC, in connection with semi-rigid endplate, the error is estimated to be about 40 percent.
To understand how to set the AISC formulation, models of the T-Connection with variable endplate thickness are made, and a parametric analysis was performed. The failure mechanism of these connections is shown that in connections with flexible endplates, much of the prying action force is created. In connections with very rigid plates, the effect of prying action forces can be neglected.
By comparing the stress distribution in flexible, rigid, and T-connections, the geometric coefficient of 3-row bolted endplate connections is considered 1.25 and in 2-row bolted 0.5. The maximum error of calculating the prying action force is about 5%. Using the improved method, in semi-rigid connections, the need to calculate the prying action and no need to calculate it is characterized. Having the exact amount of prying action forces, an improved design method has been authorized based on the philosophy and methods of allowed stress. In this method, a 22 percent reduction in design error has beenKeywords: Action Phenomena, Connection Analyses, Design Methods, Failure Models, Collapse Mechanisms
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو می‌شود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشته‌های مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته می‌توانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که می‌خواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.
©2000-2025 magiran.com All Rights Reserved.