فهرست مطالب

سازه و فولاد - شماره 18 (پاییز و زمستان 1394)
  • شماره 18 (پاییز و زمستان 1394)
  • تاریخ انتشار: 1394/12/24
  • تعداد عناوین: 7
|
  • محسنعلی شایانفر، علیرضا رضائیان، پارسا جلوخانی* صفحه 5
    روش تحلیل مستقیم رویکردی جدید در طراحی پایداری سازه های فولادی به حساب می آید. این روش برخلاف روش طول موثر اثرات مرتبه دوم را با افزایش طول ستون در نظر نگرفته و در مقابل این اثرات با اعمال بار جانبی و کاهش سختی در محاسبات لحاظ می کند. در روش تحلیل مسقیم ضریب طول موثر برابر یک درنظر گرفته می شود. همچنین عیوب اولیه که به صورت جابه جایی گرهی در مورد گره و ناصافی و ناشاقولی در مورد عضو مطرح هستند، با مدل سازی مستقیم نقص و یا در صورت عدم امکان با اعمال بار فرضی در فرضیات طراحی لحاظ می شوند. همچنین بررسی رفتار غیرالاستیک و غیرخطی شدن های هندسی عضو با کاهش سختی عضو در ملاحظات طراحی درنظر گرفته می شود. در سازه های نفتی سنگین، به دلیل وجود بارهای ثقلی سنگین و همچنین طول زیاد ستون ها، اثرات مرتبه دوم در مقایسه با سازه های معمولی نمود بیشتری دارد. این مقاله با هدف بررسی و مقایسه پاسخ های تحلیل دینامیکی غیرخطی سازه های نفتی سنگین طراحی شده به روش تحلیل مستقیم و روش طول موثر با رویکرد ضوابط ANSI/AISC 360-10 انجام می شود.
    کلیدواژگان: روش تحلیل مستقیم، ضریب طول موثر، اثرات مرتبه دوم، سازه های نفتی، تحلیل دینامیکی افزایشی
  • مهندس معین شعبان عبدالمحمدی*، دکتر کاظم شاکری صفحه 15
    زلزله های سال های اخیر نشان دادند که روش طراحی سازه ها با استفاده از نیرو نمی تواند روش قابل اعتمادی برای طراحی سازه به منظور عملکرد مورد انتظار در برابر زلزله باشد. روش های طراحی پلاستیک بر اساس عملکرد شیوه نوینی از طراحی لرزه ای سازه ها می باشد که به منظور بهبود بخشیدن به عملکرد لرزه ای سازه های مقاوم در برابر زلزله توسعه پیدا کرده است. در این روش از تعادل کار داخلی و خارجی برای محاسبه برش پایه استفاده می شود. همچنین این روش توزیع جدیدی از نیروهای داخلی ارائه می کند که می تواند اثر رفتار غیرخطی و مودهای بالاتر سازه را در طراحی در نظر بگیرد. برتری دیگر این روش نسبت به روش مبتنی بر نیرو، انتخاب تغییرمکان هدف و حذف مکانیزم های نامطلوب از ابتدای روند طراحی می باشد. این مقاله به ارزیابی دو روش طراحی مبتنی بر نیرو و روش طراحی پلاستیک بر اساس عملکرد در قاب های خمشی ویژه با اتصالات RBS می پردازد. بدین منظور چهار سازه قاب خمشی ویژه فولادی 4 ، 8 ،12 و20 طبقه بر اساس آیین نامه ایران به عنوان سازه های پایه در نظر گرفته می شود و بار دیگر با روش طراحی پلاستیک بر اساس عملکرد طراحی می شوند. سازه های پایه و سازه های طراحی شده بر اساس عملکرد تحت آنالیز غیر الاستیک پوش آور قرار می گیرند. عملکرد و مکانیزم تسلیم سازه ها نشان می دهد که هر دو گروه از سازه ها ایمنی جانی را تامین می کنند. همچنین تحت زلزله سطح سرویس خدمت رسانی بی وقفه را ارضاء می کنند. روش عملکردی تحت زلزله های شدیدتر مکانیزم تسلیم هدف را برآورده می کند ولی در روش نیرویی مشاهده می شود که تعدادی از مفاصل پلاستیک در ستون ها تشکیل شده، مضاف بر اینکه مشاهده می شود از لحاظ اقتصادی روش عملکردی به صرف تر از روش نیرویی است.
    کلیدواژگان: طراحی پلاستیک بر اساس عملکرد، قاب خمشی فولادی ویژه، رفتار غیر خطی، تحلیل پوش آور
  • علیرضا علایی *، سید علی رضوی، سید رسول میرقادری، عبدالله حسینی صفحه 35
    در سالهای اخیر استفاده از مهاربند کمانش تاب به عنوان سیستم مقاوم در برابر زلزله در کشورهای پیشرو در علم سازه و زلزله توسعه یافته است. به دلیل شکل پذیری این سیستم و رفتار مناسب آن، مهاربند کمانشتاب جایگزین مناسبی برای سیستمهای متداول مهاربندی به شمار میرود. سیستم های مهاربندی کمانش تاب معمولا در الگوی همگرا مورد توجه بوده است و تاکنون در الگوی واگرا مورد استفاده قرار نگرفته است. استفاده از الگوی واگرا دارای مزیت هایی است که با استفاده از کاهش طول مهاربند محقق می شود و در این تحقیق امکان بهره مندی از آن مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور در این تحقیق با به کارگیری سیستم مهاربند کمانش تاب در الگوی واگرا و مقایسه آن با الگوی همگرا، رفتار سیستم مهاربند کمانش تاب واگرا بررسی و مقایسه می شود. جهت رسیدن به این هدف از دو سازه مجهز به مهاربند کمانش تاب با الگوی همگرا و واگرا استفاده می گردد. جهت انجام مقایسه، دو سازه پس از طراحی مورد تحلیل غیرخطی بارافزون و تاریخچه زمانی قرار گرفته اند و مقادیر جابجایی طبقات و دیاگرام ارتفاعی پلاستیسیته آن ها با یکدیگر مقایسه میگردد. نتایج این تحقیق نشان می دهد که این الگو ضمن رساندن سازه واگرا به سختی مناسب می تواند تا 30 درصد باعث کاهش دامنه کرنش محوری BRB گردد و همچنین بر یکنواخت کردن شدت کرنش های پلاستیک در ارتفاع سازه و استفاده بهینه از ظرفیت شکل پذیری مهاربندهای کمانش تاب تاثیر مطلوبی می گذارد.
    کلیدواژگان: مهاربند کمانش تاب با طول کوتاه، خستگی کم چرخه، آنالیز غیرخطی، BRB، OpenSees
  • دکتر عباس حق اللهی، مهندس علی اصغر صفوی*، دکتر موسی محمودی صاحبی صفحه 47
    در این مقاله تعیین بار کمانش خمشی ستون های با مقطع متغیر با روشی خاص ارائه می گردد (کمانش درون صفحه قاب). مسئله ی مورد نظر به صورت قاب یک دهانه متقارن با تکیه گاه های مفصلی یا گیردار بررسی می شود. تحلیل مسئله بر اساس روش تفاضلات محدود و روش کار مجازی انجام می شود. به این صورت که طول ستون به n تکه تقسیم می شود و صورت تفاضل محدودی معادله دیفرانسیل برای جابجایی جانبی نقاط مرزی تکه ها نوشته می شود. با این کار n-1 معادله حاوی n متغیر(جابجایی نقاط) به دست می آید. کمبود یک معادله به خاطر نداشتن شرط مرزی در سر ستون است که با استفاده از روش کار مجازی معادله ی مورد نیاز حاصل می شود. دترمینان ماتریس ضرایب متناظر با دستگاه معادلات، مساوی با صفر قرار داده می شود و بار بحرانی به دست می آید. نتایج تحلیل درباره تعدادی مسئله گزارش گردیده و با نتایج حاصل از مطالعه سایر محققین مقایسه شده است. مقایسه نشان می دهد که روش ارائه شده با تقریبی مناسب بار بحرانی قاب مورد بررسی را به دست می دهد و این فرمول بندی قابل تعمیم به سایر قاب هایی که از اعضای با مقطع متغیر ساخته شده اند، می باشد.
    کلیدواژگان: قاب شیب دار، ستون های با مقطع متغیر، روش تفاضلات محدود، روش کار مجازی
  • دکتر امیر مصطفی پور، دکتر توحید سعید، مهندس علی ابراهیم پوراسنجان* صفحه 63
    کاربرد فولادهای TRIP به دلیل دارا بودن ترکیب بسیار مناسبی از استحکام و شکل پذیری رو به افزایش می باشد. آستنیت باقیمانده در ریزساختار علت اصلی خواص مکانیکی مناسب این فولادهاست. ریزساختار خاص فولادهای TRIP از طریق یک عملیات حرارتی دو مرحله ای شامل آنیل میان بحرانی و پیرسازی میانی حاصل می گردد. دمای هریک از این مراحل تاثیر بسزایی بر ریزساختار نهایی و خواص مکانیکی دارد. در این تحقیق اثر دمای مراحل دوگانه در ریزساختار فولادهای با ترکیب Fe-0.2C-1.5Si-1.5Mn مورد مطالعه قرار گرفت. برای اندازه گیری مقدار آستنیت باقیمانده از آزمایش پراش اشعه ایکس استفاده شد. استحکام و شکل پذیری فولادها نیز از طریق تست کشش حاصل گردید. نتایج حاصل نشانگر تاثیر محسوس دمای عملیات حرارتی در هر دو مرحله بر ریزساختار و خواص مکانیکی بود که علل و نحوه این تاثیرات از طریق محاسبات ترمودینامیکی مورد بررسی قرار گرفت. با افزایش دمای آنیل میان بحرانی مقدار آستنیت باقیمانده، درصد وزنی کربن در آستنیت و استحکام ابتدا افزایش و سپس کاهش می یابد. مقدار آستنیت باقیمانده و درصد وزنی کربن در آن با بالا رفتن دمای پیرسازی، کاهش می یابد که باعث کاهش استحکام و شکل پذیری می گردد.
    کلیدواژگان: فولاد TRIP، آستنیت باقیمانده، آنیل میان بحرانی، پیرسازی میانی
  • دکتر معصومه سلطانی*، مهندس مازیار پشت دار، دکتر بهروز عسگریان صفحه 75
    در این مقاله پایداری تیرهای مایل با مقاطع سرد نورد شده تحت بارهای ثقلی با تکیه گاه الاستیک در برابر کمانش جانبی بررسی می گردد. بدین منظور در مرحله نخست، براساس تئوری والسو تغییر شکل های حاکم بر یک تیر جدار نازک با سطح مقطع نامتقارن تعریف گردیده است. سپس معادلات دیفرانسیل مرتبه چهار حاکم بر تعادل کمانش الاستیک جانبی تیر مذکور با سطح مقطع ثابت تحت بارهای خمشی خارج از مرکز و بار محوری متغیر، با ایستا نمودن انرژی پتانسیل کلی حاکم بر تیر جدار نازک که شامل انرژی کرنشی، انرژی ذخیره شده در فنر الاستیک بستر تیر و کار خارجی است، تعیین می شوند. در ادامه، دستگاه معادله دیفرانسیل مرتبه چهار حاصل شده با استفاده از روش بسط سری های توانی حل می گردد. بدین ترتیب که فرم تغییر شکل حاکم بر تیر مایل به صورت یک سری توانی با جملات نامتناهی در نظر گرفته شده است. سپس، با استفاده از روش حل مقادیر ویژه مقدار بار بحرانی کمانش الاستیک محاسبه می شود. در پایان، چند نمونه مثال عددی شامل تحلیل کمانش جانبی تیر مایل با شیب های مختلف با در نظر گرفتن اثر مهار جانبی جزئی و کامل بر مقادیر بار بحرانی کمانشی ارائه گشته است و نتایج به دست آمده از روش مذکور با مقادیر محاسبه شده توسط روش های عددی، تحلیلی و یا اجزای محدود موجود مقایسه شده اند.
    کلیدواژگان: تیر مایل، مقطع سرد نورد شده، کمانش جانبی، تکیه گاه الاستیک، نیروی محوری متغیر
  • دکتر غلامرضا عبدالله زاده *، مهندس جواد جوانمرد، دکتر حمیدرضا توکلی صفحه 91
    وقوع حوادث گوناگون تروریستی در مورد سازه های مهم در سراسر جهان، اهمیت پرداختن به مبحث پدافند غیرعامل و طراحی ساختمان ها دربرابر بارهای ضربه ای ناشی از انفجار را مورد توجه ویژه ای قرار می دهد. در زنجیره انتقال نیرو در سازه ها، اتصالات نقش مهمی را ایفا نموده و حتی بعد از حذف یک عضو سازه ای، اتصالات مناسب می تواند سازه را به هم متصل نگاه داشته و پایداریش را حفظ کند. در این مقاله رفتار اتصالات صلب تیر به ستون با ورق انتهایی بلند در قابهای ساختمانی فولادی تحت اثر بار انفجاری در حالات مختلف مورد بررسی قرار گرفت. تحلیل های دینامیکی غیر خطی در نرم افزار المان محدود آباکوس[1] با در نظر گرفتن اثرات نرخ کرنش نشان داد که برای بهبود عملکرد سازه های فولادی با اتصالات ورق انتهایی بلند در برابر بارهای انفجاری، جانمایی سخت کننده ها بسیار اهمیت دارد و ترکیب توام ورق پیوستگی و مضاعف در ناحیه چشمه اتصال ستون گزینه بسیار مناسبی برای تقویت ناحیه اتصال است. بطور کلی عملکرد سازه های فولادی با اتصالات ورق انتهایی بلند بطور مستقیم با ضخامت جان تیر و ستون در ناحیه چشمه اتصال مرتبط است و برای تقویت ناحیه اتصال در برابر بارهای انفجاری یا باید با اضافه کردن ورق مضاعف به ضخامت ستون افزود و یا با کاهش سطح جان تیر خرابی را از ناحیه اتصال و ستون دور کرده و به تیر منتقل نمود.
    کلیدواژگان: بارگذاری انفجاری، سازه های فولادی، اتصالات صلب، صفحه انتهایی بلند
|
  • Mohsenali Shayanfar, Alireza Rezaeian, Parsa Jelokhany* Page 5
    Direct analysis method is a new approach on stability design of steel structures. This method consider second order effects by applying lateral force and reducing stiffnesses, however the effective length method consider these effects by increasing column length. The direct analysis method takes the effective length factor unity for all members. Joints displacement, out of straightness and out of plumbness as initial imperfections can be modeled directly or alternatively by applying notional loads in design considerations. Inelasticity and geometric nonlinearities calculated by reducing member stiffness in design considerations. In heavy oil structures, significant gravity loads and column length lead to more second order effects in compare to typical structures. This study evaluates and compares nonlinear dynamic analysis responses of designed heavy oil structures in both direct analysis method and effective length method based on ANSI/AISC 360-10 provisions.
    Keywords: Direct Analysis Method, Effective Length Factor, Second Order Effects, Heavy Oil Structures, Incremental Dynamic Analysis
  • Moein Shaaban Abdolmohammadi *, Kazem Shakeri Page 15
    Earthquakes in recent years showed that design of structures using force method is not a reliable method for design of structures against earthquake. Performance Based plastic Design is developed as a modern way in seismic design of structures in order to refine the seismic performance of stable buildings faced to earthquake. In this way use the balance of internal and external work to calculate the base shear. Also, this method provides a new distribution of internal force that nonlinear effect of higher mods can be considered in the design of structures. Select the target displacement and remove the undesirable mechanisms at the beginning of the design process is another advantage of this method compared to the force method. This paper assesses the force and performance based plastic design method for Special Moment Resisting Frames whit RBS connection. By this point, four buildings with 4, 8, 12, 20 stories of Special Moment Resisting Frames Based on Iran Building Regulations, and for the second time attempted to apply plastic design based on Performance based Design method. Performance based Design Method was applied and Pushover Analysis on The Original Building carried out. Performance and yielding mechanism of the buildings showed that both types of limit states satisfied the Life Safety level, although under severe earthquake record satisfied Immediate Serviceability level. Performance Based Design under stronger excitations reached for target point mechanism, but in the Force Based Design Method was observed that Performance Based Design is as beneficial as Force Based Design Method.
    Keywords: Performance Based Plastic Design Method, Steel Moment Frames
  • Dr. Abbas Haghollahi *, Aliasghar Safavi, Dr Mussa Mahmoudi Sahebi Page 47
    In this paper flexural buckling load for tapered columns has been evaluated (in-plane buckling of frame). The studied issue is a one-bay frame, its two bases are hinged or rigid, and sway is permitted. The analysis is done by finite differences and virtual work methods. First the length column divided into "n" pieces and the deformation differential equation is approximated in form of finite differences. In this process "n-1" linear equations are obtained which are composed of "n" variables. The variables are the lateral displacement of specified points on the length of the column. For the continuation of the problem an equation is required. It can be gained by the virtual work and consideration of the displacement boundary condition in the top of the column. When the corresponding square matrix of the equations collection is available the critical load will be calculated. The equation obtained by equating the determinate of that matrix to zero has "n" roots. The minimum root is the critical load. The results of the analysis are compared with the other methods of other researchers in some examples. The comparison showed that the introduced method can calculate the critical load with a good accuracy. This method can be generalized for other frames made of tapered members.
    Keywords: Gabled frames, Tapered columns, Finite differences method, Virtual work method
  • Dr Amir Mostafapour, Dr Tohid Saeid, Ali Ebrahimpour Asenjan* Page 63
    The application of transformation induced plasticity (TRIP) steels is increasing because of their good strength and formability. The special microstructure of TRIP steel can be obtained by a two stage heat treatment contains intercritical annealing (IA) and intermediate ageing. The temperatures of these two stages have important effect on microstructure and mechanical properties of TRIP steels. In this paper the effect of heat treatment temperature on microstructure and mechanical properties of steels with chemical composition of Fe-0.2C-1.5Si-1.5Mn was investigated. XRd test was applied to determine the austenite volume fraction of microstructure. For measurement of strength and elongation of cases, tensile test was used and then the results were discussed by thermodynamic calculations. By the increasing of intercritical annealing temperature the volume fraction of austenite, its carbon and the strength of steels increased at first and then were decrease. Increasing of intermediate ageing temperature caused to decreasing of austenite volume fraction, its carbon content, strength and elongation of cases.
    Keywords: trip steel, retained austenite, intercritical annealing, intermediate ageing
  • Dr. Masoumeh Soltani *, Maziar Poshtdar, Dr. Behrouz Asgarian Page 75
    In this paper, the lateral-torsional and distortional buckling stability of rafters with elastic supports subjected to gravity loads have been studied by means of a numerical method. To fulfill this purpose, the equilibrium equations for elastic rafter members with linear behavior are derived from the stationary condition of the total potential energy. In the applied energy method, effects of initial stresses and load eccentricities from centroid of cold-formed cross-sections are also considered. The Power series expansions are utilized to solve the fourth-order differential equations of considered rafters with variable coefficients. According to aforementioned method, displacements components and geometric properties are approximated by power series form with a known degree. The critical buckling loads are then derived by solving the eigenvalue problem. In order to present the accuracy of the proposed method, several numerical examples including lateral-torsional behavior and distortional buckling analysis of rafters with cold-form sections are considered. The evaluated results are compared to the finite element simulations and other available methods.
    Keywords: Rafter, Lateral, Torsional Buckling, Cold, formed Sections, Elastic Support, Variable axial load
  • Gholamreza Abdolahzade*, Javade Javanmard, Hamidreza Tavakoli Page 91
    Integrity and stability of important structures is threatened by terrorist attacks all-over the world. Hence, analysis and design of such structures against blast and impact loads attracts more attention by researchers nowadays. Beam‑to‑column connections play important role in load‑carrying chain in the structure, so that well‑designed ones can retain stability of the structure after failure of some structural elements and, hence, prevent overall collapse of the structure. Present research focuses on against‑blast behavior of extended end plate beam‑to‑column steel connections. In this way, various configurations of these connections is analysed by nonlinear dynamic analysis in the finite element software, ABAQUS/Explicit taking into account strain‑rate effects. The result of this research indicates that against‑blast performance of steel structures with extended end plates is directly influenced by web thickness of beams and columns in the joint zone, and locating stiffeners has important role in this issue. Strengthening the column in the joint with continuity plates and web doubler plates is an appropriate choice for improving the performance of the joint under blast loads.
    Keywords: Blast Loads, Steel Structures, Moment Beam, to, Column Connection, Extended End Plate