فهرست مطالب

سازه و فولاد - شماره 19 (بهار و تابستان 1395)
  • شماره 19 (بهار و تابستان 1395)
  • تاریخ انتشار: 1395/02/30
  • تعداد عناوین: 7
|
  • دکتر سعید صبوری، پیمان موسوی قیه قشلاقی * صفحات 5-17
    دیوارهای برشی فولادی دارای بازشو، به دلیل عملکرد مناسب معماری، مورد اقبال چشمگیر بوده است. نوع خاصی از این سیستم ها، دیوارهای برشی دارای بازشوی درب شکل است که در آن بازشو همانند یک دروازه از کف تا تیر بالایی امتداد می یابد و المان های مرزی ضعیف تر نسبت به ستونهای اصلی در طرفین بازشو تعبیه می شوند. با فرض رفتار برشی محض برای این سیستم می توان هر کدام از پانل های طرفین بازشو را به عنوان یک دیوار برشی با المان های مرزی قائم غیر یکسان در نظر گرفت. رفتار این نوع دیوار برشی با استفاده از روابط متداول دیوارهای برشی فولادی قابل بیان نبوده و در ادبیات فنی تاکنون به دقت مورد بررسی قرار نگرفته است. در این مطالعه رفتار دیوار برشی فولادی با یک ستون قوی و یک ستون ضعیف به صورت تحلیلی و عددی بررسی شده است. روابط تحلیلی برای تعیین منحنی بار تغییرمکان سیستم با تفکیک عملکرد ورق، ستون قوی و ستون ضعیف ارائه شده است. به منظور بررسی صحت روابط تحلیلی، 12 مدل عددی دیوار برشی با تغییر ابعاد کلی سیستم و مقاطع مختلف ستون ها به روش اجزای محدود مورد مطالعه قرار گرفته و میزان خطاهای احتمالی بین نتایج نیز تحلیل شده است. نتایج بدست آمده حاکی از انطباق مناسب روابط تحلیلی با رفتار واقعی این سیستم بوده و قابل استفاده بودن این روابط در طراحی این نوع دیوارهای برشی را بیان می دارد.
    کلیدواژگان: دیوار برشی فولادی، بازشوی دروازه ای، مدل اندرکنش ورق و قاب، میدان کششی قطری، المان های مرزی غیریکسان
  • سید محمد رضا مرتضوی *، بهروز زعیم دار صفحات 17-27
    به دلیل عدم قطعیت های متعدد در زمان ساخت، نصب اتصالات فلنجی و پیچیدگی های رفتار نیمه گیرداری آنها، رفتار این اتصالات در سازه با رفتار آنها وقتی بصورت جداگانه مورد مطالعه قرار می گیرند، متفاوت است. در تحقیق حاضر، رفتار یک نمونه سیستم اتصالات فلنجی در شرایط واقعی در یک قاب سه طبقه فولادی سه بعدی به روش حل مسئله معکوس تعیین شده است. برای شبیه سازی رفتار اتصال در مدل اجزای محدود قاب سه طبقه فولادی سه بعدی، از شش المان خطی در میان دو صفحه اتصا ل که با فاصله کوچکی از یکدیگر قرار دارند استفاده شد. فرکانسهای شش مود اول سازه به ازای مدول یانگ های مختلف برای المان تیر با استفاده از آنالیز مودال به دست آمد. با انجام فرایند بهنگام سازی برای مدل اجزای محدود قاب سه طبقه فولادی سه بعدی از طریق کاهش تفاوت فرکانس های طبیعی تجربی و تحلیلی آن، المان تیر با مدول یانگ مشخص جایگزین سیستم اتصال فلنجی تعیین گردید. مدل بهنگام شده، ضمن ارائه تقریب بسیار خوب از فرکانس های طبیعی قاب سه طبقه فولادی سه بعدی، یک رفتار انعطاف پذیر را در درجات آزادی مختلف برای اتصال به دست می دهد و می تواند رفتار نیمه گیرداری اتصال را در سازه به خوبی نشان دهد. تعیین فرکانس طبیعی به عنوان یکی از پارامترهای مهم تحلیل دینامیکی یک سازه از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد. کارهای انجام شده در زمینه تعیین فرکانس های طبیعی یک سازه نشان می دهد که تفاوت قابل توجهی بین نتایج تجربی و تحلیلی متعارف سازه ها وجود دارد که یکی از دلایل این تفاوت به نحوه ساده سازی مدل مسئله برمی گردد.
    کلیدواژگان: اتصالات پیچی با ورق انتهایی، قاب سه طبقه فولادی سه بعدی، بهنگام سازی، روش معکوس، فرکانس طبیعی
  • سید مجتبی سیدزاده اطاقسرائی*، مجتبی جعفری صمیمی، سید رضا سیدزاده اطاقسرائی صفحات 27-40
    مرور اجمالی ضوابط طراحی های مهندسی نشانگر این مهم است که موضوع اقتصاد و هزینه ساخت سازه ها از محور های اصلی این ضوابط است. در دهه های اخیر استفاده از الگوریتم های بهینه سازی برای دستیابی به محاسبات بهینه به علوم مهندسی ورود کرده است. الگوریتم های بهینه سازی و در راس آنها الگوریتم های مبتنی بر پدیده های بر گرفته از طبیعت، کارایی خوبی در محاسبه بهینه سازه ها از خود نشان داده اند. خرپا ها از جمله ساز ه های پر کاربرد در عمران هستند. در این پژوهش الگوریتم مبتنی بر آموزش و یادگیری جهت بهینه سازی خرپاهای فولادی استفاده شده است. الگوریتم مبتنی بر آموزش و یادگیری به دلیل دارا بودن پارامترهای کنترلی محدود چون محاسبه مقدار میانگین داده ها در هر تکرار دارای قدرت بالایی در دستیابی به جواب بهینه است. بررسی ها ی انجام شده بر روی چهار نمونه خرپای فولادی متفاوت، نشان داد که این روش بهینه سازی با حجم محاسباتی کمتر نسبت به سایر روش ها، با کارایی خوبی پاسخ بهینه را ارائه می کند.
    کلیدواژگان: بهینه سازی سازه ها، الگوریتم آموزش و یادگیری، بهینه سازی وزن و ابعاد، خرپای فولادی
  • حمید حجازی طلب *، حسینعلی رحیمی بندرآبادی صفحات 41-52
    به منظور کاهش یا حذف تغییرشکل های باقی مانده ایجاد شده در اعضای اصلی سازه پس از باربرداری زلزله ، می توان از سیستم های خودمرکز استفاده نمود. یکی از روش های ایجاد خاصیت خودمرکزی در سازه ها، استفاده از اتصالات پس کشیده فولادی می باشد.در این تحقیق با استفاده از تحلیل عددی به روش اجزا محدود، به مطالعه رفتار اتصال پس کشیده فولادی همراه با نبشی های فوقانی و تحتانی پیچ شده به بال تیر و بال ستون، تحت بارگذاری چرخه ای پرداخته و با استفاده از مقایسه مقادیر شاخص های خسارت گوناگون، نقش عوامل مختلف در عملکرد این اتصال بررسی شده است. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می دهد، با استفاده از روش پس کشیدگی، توان باربری اتصال افزایش قابل توجهی یافته درحالیکه تغییر شکل های باقی مانده در اعضای اصلی اتصال ناچیز می باشد. در یک اتصال پس کشیده ناحیه ماکزیمم تنش ایجاد شده در تیر بر روی بال تیر بوده و استفاده از ورق تقویت با طول بزرگتر سبب کاهش مقادیر تنش های ایجاد شده در تیر و کاهش شاخص های خسارت و درنتیجه کاهش احتمال وقوع گسیختگی ترد در نبشی های کششی اتصال می شود.
    کلیدواژگان: سیستم های خودمرکز، اتصالات پس کشیده فولادی، تحلیل عددی به روش اجزا محدود، شاخص های خسارت اتصالات
  • اردوان آتش زبان، محسن ایزدی نیا، روح الله احمدی جزنی*، ایمان حاج رسولیها صفحات 53-67
    آسیب های بسیار در اتصالات بال جوش شده تقویت نشده Welded Un-reinforced Flange) WUF) در زلزله 1994 نورتریج منجر به توسعه اتصالات خمشی مقطع تیر کاهش یافته Reduced Beam Section) RBS) برای جلوگیری از مودهای گسیختگی ترد زودرس در اتصالات جوشی شدند. این مقاله، عملکرد لرزه ای اتصالات مقاوم خمشی با بال سوراخ شده Drilled flange connection) DF) را که اخیرا توسعه یافته اند به عنوان یک جایگزین ساده وکار آمد برای اتصالات RBS در نواحی لرزه ای، مورد مطالعه قرار می دهد. اتصالات DF به وسیله مجموعه ای از سوراخ های تعبیه شده با مته روی بال های بالایی و پایئنی تیر( در امتداد محور اصلی تیر) به منظور ایجاد یک نقطه ضعیف کنترل شده مفصل پلاستیک که میتواند مانع تمرکز های تنش در لبه های اتصال شود، ایجاد می شوند. در این بررسی، مجموعه ای از مطالعات تحلیلی، بر مبنای تحقیقات تجربی قبلی، برای ارزیابی رفتار چرخه ای اتصالات تیر به ستون DF، WUF وRBS انجام گرفت.ترکیبات متفاوت سوراخ ونسبتهای مقاومت برشی چشمه اتصال استفاده گردید تا طرح بهینه ای حاصل شود و مودهای شکست زودرس درجوشهای شیاری با نفوذ کامل اجتناب شود. نتایج نشان می دهد که ترکیب بهینه سوراخهای بال در اتصالات DF مقدار شاخص گسیختگی وکرنشهای پلاستیک نقاط بحرانی براتصالات جوش شده را کاهش داده و درمقایسه با اتصالات WUF و RBS عملکرد لرزه ای مناسبی ارائه می دهد.
    کلیدواژگان: اتصال بال سوراخ شدهDF، اتصال مقطع تیرکاهش یافته RBS، اتصال بال جوش تقویت نشدهWUF، چشمه اتصال، مقاومت برشی
  • محمد بیات*، سید مهدی زهرایی صفحات 67-75
    با تغییر تدریجی روش طراحی سازه ها از روش هایی که بر پایه مقاومت هستند به روش هایی که بر پایه عملکرد میباشند، قابهای ساختمانی متداول موجود پاسخگوی ضوابط این روش ها نمیباشند و در صورت طراحی این قابها با ضوابط عملکردی جدید طرح غیر اقتصادی خواهد شد. مشکل اساسی انواع قابهای موجود عدم توازن بین سختی و شکل پذیری در آنهاست. یک سازه برای آنکه در یک زمین لرزه دچار جابه جایی های زیادی نشود باید از سختی کافی برخوردار بوده و برای اینکه انرژی زلزله را به خوبی مستهلک کند باید شکل پذیری بالایی داشته باشد. هدف از این تحقیق بررسی عملکرد لرزه ای قابهای صلب و نیمه صلب و تاثیر اضافه نمودن میراگر اصطکاکی به این قابها میباشد. برای این منظور یک قاب ساختمانی به چهار صورت قاب خمشی، قاب خمشی با میراگر اصطکاکی، قاب نیمه صلب و قاب نیمه صلب با میراگر اصطکاکی طراحی شد و تحت سه رکورد زلزله قرار گرفت. با بررسی نتایج حاصل از آنالیز این قابها مشخص گردید که قاب نیمه صلب با میراگر اصطکاکی بهترین عملکرد را در بین این چهار قاب ساختمانی داشته است. آنالیزها نشان داد با استفاده از اتصالات نیمه صلب در قاب خمشی با میراگر اصطکاکی مقادیر حداکثر تغییرمکان طبقه اول و برش پایه به ترتیب 7 و 20 درصد کاهش می یابند.
    کلیدواژگان: طراحی عملکردی، قاب نیمه صلب فولادی، میراگر اصطکاکی
  • یحیی زینالی، مجتبی جعفری صمیمی*، علی مزروعی، جعفر عسگری مارنانی، محمد صادق روحانی منش صفحات 75-84
    3- استادیار دانشگاه آزاد اسلامی

    چکیده: (817 مشاهده)

    در این تحقیق اثرات نیروی پیش تنیدگی اتصال های پیچی با عملکرد اصطکاکی در صفحات اتصال اعضای کششی فولادی مورد مطالعه آزمایشگاهی قرار گرفته است. برای این منظور شش گروه نمونه دوتایی از دو نوع مصالح فولادی انتخاب و آزمایش گردید. به منظور مقایسه رفتار اتصالات پیچی در حالات اتکایی و اصطکاکی ، در سه گروه از نمونه ها، صفحات اتصال با پیچ های دارای عملکرد اتکایی و در مابقی آنها با اتصال دارای عملکرد اصطکاکی آزمایش انجام شده است. در این تحقیق، تاثیر تعداد ردیف پیچ های اتصال و مشخصات مکانیکی مصالح به عنوان متغیرهای آزمایش، در هر دو نوع عملکرد اتصال اصطکاکی و اتکایی، مورد بررسی قرار گرفت.
    نتایج آزمایشگاهی نشان داد که نه تنها رفتار نمونه ها برای اتصال های دارای عملکرد اصطکاکی، نسبت به اتصال های دارای عملکرد اتکایی، می تواند متفاوت باشد، بلکه نیروی پیش تنیدگی اتصال های اصطکاکی می تواند موجب افزایش سختی در محدوده تغیر شکل های کوچک شود. همچنین استفاده از اتصال های اصطکاکی، میتواند استحکام نهایی سطوح کششی و برشی حوزه برش قالبی را افزایش داده و در نتیجه استحکام نهایی گسیختگی برش قالبی افزایش یابد.
    کلیدواژگان: گسیختگی برش قالبی، اتصال های پیچی، اتصال های اصطکاکی، سازه های فولادی، مطالعه آزمایشگاهی
|
  • S. Sabouri Ghomi, S.P. Mousavi Gieh Geshlagi Pages 5-17
    Steel plate shear walls with openings are highly interested because of their architectural aspects. A particular type of these systems is the steel plate shear wall with door-shaped opening; the opening is continued from the base to top beam and surrounded by boundary elements relatively weaker to main columns. Assuming the pure shear behaviour for this system, each of the side panels can be considered a steel plate shear wall with unequal VBEs (vertical boundary elements). Behaviour of this type of steel shear walls cannot be predicted by the common relations of steel shear walls; therefore, it has not been covered in technical literatures until now. In this study the behaviour of steel plate shear wall with one strong and one weak column is theoretically and numerically investigated. Theoretical relations to define the load-displacement curve were proposed. In order to study the theoretical relations comprehensively, 12 numerical models with various overall dimensions and column cross sections were investigated by finite element method; the probable errors of the results were also analysed. The obtained results show good agreement between theoretical relations and real behaviour of steel plate shear walls with unequal columns and persists the applicability of the relations in design of these systems.
    Keywords: Steel plate shear walls, Door type opening, Unequal columns, Plate-frame interaction theory, Tension field action
  • S.M.R. Mortazavi, B. Zaeimdar Pages 17-27
    Due to uncertainties manufacture of flange connections and complexity of their semi-rigid behavior, the behavior of such joints in the structure and the behavior of them when they are studied separately is different. In the present study, the behavior of a flanged joint system in real condition in a three story steel frame, three dimensional inverse problem solving method has been determined. To simulate the behavior of such a joint (beam elements and two plates with small gap from each other), a three story steel frame was modeled using finite element method. Frequencies vibration modes of structure for different modulus of elasticities were obtained using modal analysis. For the updating process for the three story steel frame, three dimensional finite element model by reducing the differences between experimental and analytical natural frequencies, the element beam flange connection system was replaced with specified Young’s modulus. Updated model, while providing a good approximation of natural frequencies in three story steel frame, a flexible behavior in different degrees of freedom could be attained to demonstrate the semi-rigid behavior in the structure.
    Keywords: Bolted connections with end plate, Three story model, Updating method, Inverse method, Natural frequencies
  • S.M. Seyedzadeh Otaghsaraei *, M. Jafari Samimi, S.R. Seyedzadeh Otaghsaraei Pages 27-40
    Making inexpensive and efficient is one of the main requirements in the structural design process. In recent decades, the optimization algorithms have been developed for use in the engineering sciences. Optimization algorithms based on the natural phenomena are most useful criteria in structural design. In engineering, truss is commonly used in steel structures. In this paper, Teaching-Learning-Based Optimization (TLBO) algorithm has been used to optimize the steel truss. TLBO can calculate accurate and optimum value of a functions, using only the common controlling parameters such as the mean value in each iteration. Four steel trusses have been analyzed to investigate how TLBO improves designing process of the steel trusses. The results shown that TLBO algorithm has satisfactory performance with less calculation than other optimization algorithms.
    Keywords: Optimization of structures, Teaching-learning based algorithm, Optimization of weight, Steel truss, Tow dimensional truss, Space truss
  • H. Hejazitalab, H.A. Rahimi-Bondarabadi Pages 41-52
    To reduce or eliminate residual deformations in the main members of the structures after an earthquake, researchers presented the idea of using self-centering systems. Several types of self-centering systems have been proposed. One of the strategies for created self-centering in structures, using post-tensioned (PT) steel moment connections. Until now several types of PT steel connections is provided. In this paper, results of numerical analysis using finite element method in ABAQUS software for five full-scale model of interior PT steel connections with bolted top and seat angles has been studied. The results of numerical analysis in this research demonstrate the beams and columns remain essentially elastic while inelastic deformation of the top and seat angles provided energy dissipation and also using post-tensioning method, increase loading capacity significantly without residual deformation in main members of the connection. In a PT connection, maximum stresses in beam created at the flange of beam and using longer reinforcing plate, cause decrease stresses created in beam and reduce various damage index and risk of brittle fracture in tension angles. Cyclic behavior of numerical model of PT connection with combined axial load and drift demand shows that the axial load reduces bearing capacity of connection.
    Keywords: Self centering systems, Post-tensioned connections, Numerical analysis, Damage index
  • A. Atashzaban, M. Izadinia, R. Ahmady Jazany *, I. Hajirasouliha Pages 53-67
    Extensive damages in welded unreinforced flange connections (WUF) in the Northridge 1994 earthquake led to the development of reduced beam section (RBS) moment connections to prevent premature brittle failure modes in welded connections. This paper investigates the seismic performance of recently developed drilled flange (DF) moment resisting connections as a simple and efficient alternative to RBS connections in seismic regions. DF connections are established by a series of holes made by drilling on the top and the bottom flanges of the beam (along the main axis) to create an intentional weak point, which can prevent stress concentrations at the connection edges. In this study, a series of analytical studies based on previous experimental researches were carried out to evaluate cyclic behaviour of DF,WUF and RBS beam to column connections. Different drilled flange hole configurations and panel zone shear strength ratios were used to obtain an optimum design and prevent premature failure modes in complete joint penetration groove welds. Results show optimum configuration of drilled flange holes in DF connections reduce the rapture index and equivalent plastic strains of critical points on welded joints and comparing with WUF and RBS connections provide an appropriate seismic performance. The diameter of holes increase by distance from column face for the optimum configuration of DF connections.
    Keywords: Drilled flange connection, Reduced beam section connection, Unreinforced flange connection, Panel zone, Shear strength
  • M. Bayat *, S.M. Zahrai Pages 67-75
    By gradual change in structural design methods from strength based to performance based methods, typical existing frames could not satisfy the criteria of latter methods and if structures are designed by applying all related criteria, it will be an uneconomical design. Main problem in typical frames is imbalance between stiffness and ductility. To prevent large drifts, structures should have sufficient lateral stiffness and in order to absorb earthquake energy they must have high ductility. The goal of this research is to study the seismic performance of rigid and semi-rigid steel frames and the effects of adding friction dampers to such structures. In this paper, semi-rigid connections are supposed to yield and dissipate energy like dampers. For this purpose, 5-story building frames are designed in four cases including bare moment frame, moment frame with friction damper, bare semi-rigid frame and semi-rigid frame with friction damper. Dynamic time-history analyses are carried out applying three earthquake records. By observing the results of numerical analyses of structures, one can find out that semi-rigid frame with friction damper have the best performance among studied frames. Obtained results show that using friction damper in the moment frame with semirigid connections compared to the case with rigid connections, maximum first story displacement and base shear decrease respectively 7 and 20%.
    Keywords: Performance based design, Semi-rigid steel frame, Friction damper, Seismic performance, Energy dissipation
  • Y. Zeynali, M. Jafari Samimi *, A. Mazroi, J. Asgari Marnani (Ms) Rohanimanesh Pages 75-84
    This research aims to investigate the effects of clamping force on the behavior of steel gusset plates with slip-critical connection. Six specimens with two different materials are tested which three specimens are bolted with bearing-type connection and three specimens are bolted with slip-critical connection. The effects of number of bolts and material properties are investigated as the variable parameters of study. The results show that in the slip-critical bolted connections, the clamping force can increase the stiffness of connection in the small deformation zone. Also, this force increases the ultimate resistance of the tensile and shear areas that cause more resistant connection.
    Keywords: Block shear rupture, Bolted connection, Slip-critical connection, Steel structures, Experimental study