فهرست مطالب

سازه و فولاد - شماره 26 (پاییز و زمستان 1398)
  • شماره 26 (پاییز و زمستان 1398)
  • تاریخ انتشار: 1398/07/09
  • تعداد عناوین: 7
|
  • محمد جواد نجارنصب، نوید سیاه پلو*، روح الله راهنورد صفحات 5-16

    اتصال تیر به ستون نقش بسیار مهمی در رفتار سازه های فولادی تحت بارهای مختلف دارد. اتصال صلب در قاب های خمشی فولادی،  نقش ویژه ای در رفتار این سازه ها دارد. هم چنین مقاومت و پایداری این اتصالات تحت اثر آتش سوزی می تواند حائز اهمیت باشد. در این میان، جنس فولاد مصرفی در اتصال بسیار مهم و بررسی آن ضروری به نظر می رسد. در این مقاله رفتار 9 اتصال خمشی فولادی با ورق انتهایی فولادی تحت اثر حرارت های مختلف با استفاده از روش اجزاء محدود و با بکارگیری نرم افزار آباکوس ارزیابی شده اند. این اتصالات بر اساس سه نوع فولاد طراحی، مدل سازی و تحلیل شده اند. روش مدل سازی عددی با استفاده از نتایج مدل های آزمایشگاهی در محدوده های الاستیک و پلاستیک رفتار اتصال صحت سنجی شده است. تحلیل های عددی با در نظر گرفتن اثرات غیرخطی هندسی و غیرخطی مصالح انجام پذیرفته است. نتایج این مطالعه نشان می دهد که استفاده از سخت کننده ظرفیت اتصال و عملکرد آن را تحت اثر حرارت بهبود می بخشد. نتایج این پژوهش نشان می دهد که شیب کاهش ظرفیت خمشی در اتصالات با سخت کننده در همه دماهای وارده، ملایم و تقریبا ثابت است. هرچند مشاهده شد که شیب کاهش ظرفیت اتصال با و بدون سخت شونده که با قولاد کم مقاومت طراحی شده از دمای 800 تا 900 درجه از سایر اتصالات کمتر است، که نشانگر عملکرد بهتر این اتصال است.

    کلیدواژگان: فولاد پرمقاومت، اتصال با ورق انتهایی، ظرفیت خمشی، دوران اتصال
  • رضا جمعه منظری، فرزاد شهابیان مقدم* صفحات 17-32
    سیر صعودی خطرهای ناشی از بارهای انفجاری در صفحه های گسترده و کم ضخامت کنونی، مطالعات و ارزیابی پیرامون این چالش را ضروری ساخته است. حال آن که با فهم تغییرمکان زیاد سازه بر مبنای این بارها، راه کارهایی کاربردی و مقرون به صرفه نظیر تقویت صفحه ها با استفاده از سخت کننده توصیه می گردد. همچنین، معضلات اجرایی و احتمال ایجاد بازشو در صفحه ها و تغییر رفتار آن ها نیز مسئله ای مهم و پیشنهاد برای حل آن در این پژوهش ضرورت می یابد. صفحه های هدفمند ([1]FGM) که ساختاری متشکل از یک توزیع توانی در راستای ضخامت دارند، به مثابه راه حلی برای این معضل قلمداد شده است. از این روی، پژوهش حاضر با استفاده از نرم افزار آباکوس به سنجش پارامترهایی در صفحه های دارای بازشو از قبیل نوع، درصد و موقعیت قرارگیری بازشو و مقدار جرم ماده ی منفجره و در صفحه های دارای سخت کننده، نوع، تعداد و آرایش سخت کننده و شرایط مرزی و همچنین اثر توام بازشو و سخت کننده پرداخته است. نتایج پژوهش از سویی حاکی بر آن است که ایجاد بازشو باعث کاهش سختی صفحه و به دنبال آن افزایش مقدار تغییرمکان می شود؛ اما با افزایش درصد بازشو و کاهش سطح اعمال بار، تغییرمکان صفحه به طور پیوسته کاهش می یابد. از سوی دیگر، سخت کننده از نوع مستطیلی تک به دلیل بیش تر بودن لنگر لختی و اجرای آسان تر آن در مقایسه با سایرین، دارای عملکرد موثرتری می باشد. در بررسی اثر توام این عامل ها می توان دریافت که ایجاد بازشو و استفاده از سخت کننده ی مناسب، مقدار تغییرمکان صفحه را تا حد زیادی نسبت به انواع دیگر کاهش می دهد. [1] Functionally Graded Materials
    کلیدواژگان: صفحه ی FGM، بار انفجاری، بیشینه تغییرمکان، بازشو، سخت کننده
  • علی یگانه فر*، حمیدرضا غلامیان، بهنام مهرپرور، فرزان حداد شرق صفحات 33-40
    استفاده از مقاطع قوطی در قابهای خمشی فولادی، به لحاظ شکل هندسی و دارا بودن مقاومت خمشی مناسب در دوجهت و نیز تامین سطح مناسب برای اتصال تیر، بسیار متداول می باشد. با توجه به تولید محدود مقاطع قوطی نورد شده در ایران، عموما از مقاطع جعبه ای ساخته شده با اتصال چهار ورق فولادی به یکدیگر با استفاده از جوش استفاده می شود. مطابق الزامات طرح لرزه ای، در ستونهای قوطی شکل ساخته شده از ورق در محدوده اطراف محل اتصال تیر به ستون، جوشکاری جان به بالهای مقطع باید با نفوذ کامل انجام شود. با توجه به دشواریها و هزینه بالای انجام جوشکاری شیاری و نگرانی از عدم دستیابی به نفوذ کامل در این نوع جوش در مقاطع جعبه ای و نیز روش ساخت متداول این نوع مقاطع در ایران با استفاده از جوش گوشه در اتصال کنج بیرونی ورقها، در پژوهش حاضر به مطالعه آزمایشگاهی عملکرد لرزه ای اتصال خمشی تیر I شکل به ستونهای جعبه ای شکل ساخته شده با اتصال کنج جوشی پرداخته شده است. بدین منظور 2 نمونه آزمایشگاهی معرف اتصال تیر به ستون قاب خمشی ویژه و 2 نمونه آزمایشگاهی معرف قاب خمشی متوسط با ستون جعبه ای شکل ساخته شده با جوش گوشه و شیاری با نفوذ کامل طراحی و مورد ارزیابی قرار گرفت. ارزیابی لرزه ای نمونه ها با اعمال الگوی بار رفت و برگشتی مطابق آیین نامه AISC 341-16 انجام پذیرفته است. نتایج بررسی های صورت گرفته نشان داد هر 4 نمونه ساخته شده قادر به گذراندن سیکل های بارگذاری تا حداکثر تغییرمکان نسبی مورد نیاز مطابق با الگوی آیین نامه می باشند.
    کلیدواژگان: چشمه اتصال، ستون های جعبه ای شکل ساخته شده، اتصال کنج جوشی، عملکرد لرزه ای
  • محدثه صادق پور، افشین مشکوه الدینی* صفحات 41-58

    هدف از این پژوهش، بررسی پارامترهای رفتار دینامیکی غیرخطی ساختمان های بلند فولادی دارای اسکلت مقاوم ترکیبی قاب محیطی مهاربندی شده با ساختار کمربند سخت کننده در طبقات فوقانی سازه است. بدین منظور چهار مدل مطالعاتی سه بعدی 30 طبقه طراحی شده اند. مدل شماره یک دارای اسکلت مقاوم بدون کمربند سخت کننده بوده و سه مدل دیگر نیز حاوی یک کمربند سخت کننده در طبقات فوقانی، به ترتیب با آرایش یک، دو و سه طبقه می باشند. نتایج مطالعات عددی این پژوهش، بر اساس انجام یک مجموعه تحلیل های غیرخطی تاریخچه زمانی بر روی مدل های مطالعاتی فوق حاصل گردیده اند. گروه زمین لرزه های سه مولفه ای انتخابی نیز شامل شش رکورد بسیار نیرومند حوزه نزدیک و یک رکورد حوزه دور می باشد. ارزیابی نتایج این پژوهش حاکی از آن است که کاربرد کمربند سخت کننده در اسکلت های بلند مرتبه قاب های محیطی مهاربندی شده، سبب افزایش قابل ملاحظه سختی و بالا رفتن قابلیت جذب انرژی جنبشی زلزله ها خواهد شد. این مساله نیز کاهش بزرگ در میزان تغییرمکان جانبی و دریفت دینامیکی سازه را در پی داشته و سبب افزایش استفاده از ظرفیت محوری ستون های پیرامونی پلان می گردد.

    کلیدواژگان: ساختمان بلند فولادی، رفتار غیر خطی، قاب محیطی مهاربندی شده، کمربند سخت کننده، زلزله حوزه نزدیک
  • اشکان خدابنده لو*، وحید علیقلی زاد کردلری صفحات 59-75

    ویژگی های ساختگاه از جمله نوع، ضخامت و مشخصات لایه های خاکی می تواند همه ی عامل های حرکت ورودی زمین مانند شتاب، محتوای فرکانسی و مدت زمان لرزه را دست خوش تغییر نماید. در این پژوهش، به بررسی اثر ساختگاه بر روی پاسخ لرزه ای زمین و همچنین پاسخ سازه های واقع بر روی این ساختگاه ها پرداخته شده است. برای این منظور، تعداد 14 زلزله حوزه نزدیک و دور در نظر گرفته شده و تحلیل پاسخ زمین به روش های معادل خطی و روش غیرخطی در چهار ساختگاه مختلف صورت پذیرفته است. علاوه بر این، پاسخ های بدست آمده و مدل های سازه های یک تا چهار طبقه با استفاده از نرم افزار SAP2000 مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. در بیشتر موارد، تحلیل پاسخ زمین مربوط به زمین لرزه های حوزه دور و نزدیک به ازای حرکت ورودی لرزه ای با عبور از لایه های خاکی تقویت شده و شتاب بیشینه نسبت به حرکت لرزه ای افزایش می یابد. هم چنین، هرچه بیشینه مقدار شتاب ورودی حرکت لرزه ای از زلزله های حوزه دور کوچکتر باشد، تفاوت کمتری بین پاسخ لرزه ای به روش خطی و غیرخطی وجود دارد. در مواردی که زلزله حوزه نزدیک با بیشینه شتاب بزرگ برای تحلیل پاسخ استفاده شده است، نتیجه های به دست آمده از روش معادل خطی در برخی موارد نشان می دهد که صرف نظر از ضخامت لایه ی خاک، حرکت ورودی با عبور از خاک تقویت می شود. اگرچه با مقایسه نمودارهای شتاب بیشینه در برابر عمق برای زلزله های حوزه دور می توان نتیجه گرفت که این روند برای همه ی نتایج قابل تعمیم نمی باشد. در زلزله های حوزه دور، بیشینه مقدار جابجایی در عمق با افزایش ضخامت نهشت خاکی به سمت جابجایی های بیشتر انتقال می یابد. برای ساختمان با طبقه های ثابت بر روی نهشت های خاکی با عمق های سطحی تا عمیق، با افزایش عمق مقدار جابه جایی بیشینه کاهش می یابد. از طرف دیگر، بیشینه مقدار جابه جایی های بدست آمده در تحلیل های تاریخچه زمانی خطی و غیرخطی در ساختمان ها با افزایش تعداد طبقات افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: روش تحلیل غیرخطی، زلزله حوزه دور و نزدیک، پاسخ لرزه ای، نهشت خاکی، مفصل پلاستیک
  • علی اصغر صفوی، عباس حق اللهی* صفحات 77-90
    در این مقاله تعیین بار کمانش خمشی درون صفحه ستون های با مقطع متغیر در سوله های دو دهانه متقارن برای حالت آزاد در برابر حرکت جانبی با روشی خاص ارائه می گردد. تحلیل مسئله بر اساس جواب معادله دیفرانسیل تغییرشکل در ستون، اعمال شرایط مرزی تغییرشکل در سر ستون و رابطه همسازی بین تغییرمکان های گرهی اعضای سوله انجام می شود. بدین ترتیب دستگاه معادلاتی بر حسب پارامترهای نامعین (در جواب معادله دیفرانسیل تغییرشکل ستون) به دست می آید، این دستگاه معادلات قابل تبدیل به صورت معادله ماتریسی است. وضعیت ناپایداری، متناظر با صفر شدن دترمینان ماتریس ضرایب است. نتایج تحلیل درباره تعدادی مسئله گزارش گردیده و با نتایج حاصل از مطالعه سایر محققین مقایسه شده است. مقایسه نشان می دهد که با توجه به حل تحلیلی معادله دیفرانسیل، روش ارائه شده دقیق بوده و این فرمول بندی قابل تعمیم به سایر قاب های دارای اعضای با مقطع متغیر است.
    کلیدواژگان: معادله مشخصه، سوله دو دهانه، کمانش آزاد در برابر حرکت جانبی، معادله دیفرانسیل، معادله همسازی
  • محمد حسنی سوخته سرایی، مهدی قاسمیه*، سید رسول میرقادری صفحات 91-109

    ظرفیت مقاومتی و تغییر شکلی المان های سازه ای متاثر از خسارت تجمعی آن مولفه می باشد. بدین منظور پروتکل های بارگذاری، که برای بررسی عملکر اتصالات از آن ها استفاده می گردد؛ باید برآورد صحیحی از ظرفیت های مولفه های سازه ای و همچنین شبیه سازی مناسبی از واقعیت را در اختیار قرار دهند. لزوم بررسی تفاوت ها و ویژگی های پروتکل های بارگذاری دارای اهمیت می باشد. از طرفی با توجه استفاده گسترده اتصالات خمشی تیر I شکل در ستون قوطی بررسی عملکرد لرزه ای این نوع اتصالات خمشی بیش از پیش دارای اهمیت است. ضمن این که اکثر جزییات آیین نامه ای برای پذیرش اتصالات خمشی، در ستون های H شکل ارایه شده است.  بدین منظور 12 تیپ اتصال خمشی RBS و WUF-W با ستون قوطی به عنوان مدل های تحلیلی مطالعه، طراحی و بررسی شدند. رفتار لرزه ای و تفاوت عملکرد این دو نوع اتصال خمشی در سطح تغییرمکان نسبی پذیرش آیین نامه ای و همچنین آستانه ی فروریزش تحت پروتکل های بارگذاری SAC و ATC-24 مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. در ادامه ضمن بررسی تقاضا و انرژی اعمالی، ویژگی و تفاوت های پروتکل های بارگذاری، شرایط تغییرمکانی متناسب یا افت مقاومت در آستانه ی فروریزش اتصالات خمشی در قاب خمشی ویژه نیز پیشنهاد شده است.

    کلیدواژگان: پروتکل بارگذاریSAC، پروتکل بارگذاری ATC-24، ستون قوطی، اتصال RBS، اتصال WUF-W
|
  • Navid Siahpolo* Pages 5-16

    A beam-to-column connection has a significant role in the behavior of steel structure under the effect of verity loads. Rigid connection in steel moment frame has a special role in the behavior of these structures. Moreover, the fire resistance of these connections can be important. Among these parameters, steel material used in the connection is important and its investigation seems necessary. In this article, the behavior of 9 steel moment end-plate connections under the effect of various degrees of temperatures was studied using finite element methods through ABAQUS software. The connections have been designed, modeled and analyzed using three types of steel materials. The models verified by the use of an experimental model through elastic and plastic amplitudes up to collapse and during numerical results, the effect of large deformation in the nonlinear region has also been considered. The results of this study show that using of the stiffeners improves connection capacity and performance. The results of this study show that declined slope of moment capacity of connection with stiffener coming in all temperatures and is almost smooth and constant. However, it observed that the declined slope of moment capacity of connection with and without stiffener which designed with low strength steel was less than other connections during 800 to 900 degree which shows better performance of this connection.

    Keywords: High strength steel, Endplate connection, moment capacity, connection rotation
  • Reza Jome Manzari, Farzad Shahabian Moghaddam* Pages 17-32
    The increasing risks resulted by blast loads in current broad and thin plates necessitate the studies and evaluation of these challenges. Practical and cost-effective solutions such as plates enforcement with stiffener are suggested due to high displacement of structure as a result of applied loads. Moreover, application issues and the possibility of developing opening in plates and thus their change of behavior are considered important issues, for which solutions are suggested in this study. Functionally graded plates (FGM) with a power distribution in the direction of thickness are suggested as a solution to this challenge. Accordingly, the present study assesses parameters related to plates with opening including kind, percentage and the position of opening, the mass amount of explosive material, and the parameters related to plates with stiffener including type, count, arrangement of stiffeners, boundary condition and also the joint effect of stiffener and opening using Abaqus Software. The results indicate that opening decreases the plate hardness which consequently increases the amount of displacement. Plate displacement constantly reduces as a result of increase in opening percentage and hence decrease in the surface on which load is applied. On the other hand, the rectangle shape of stiffener has a better performance due to higher moment of inertia and easier application compared to other shapes. By studying the joint effects of these factors, it can be suggested that developing opening and application of an appropriate stiffener can significantly reduce the amount of plate displacement compared to other types.
    Keywords: FGM Plate, Blast Load, Maximum Displacement, Opening, Stiffener
  • Ali Yeganehfar*, Hamidreza Gholamian, Behnam Mehrparvar, Farzaan Hadad Shargh Pages 33-40
    Application of box columns in steel moment frames is very common due to its bidirectional flexural resistance and also its shape which provides suitable surfaces for connection of beams in both directions. In Iran, because of limited availability of rectangular HSS sections, typically built-up box columns are applied which are fabricated by welding four steel plates to each other. According to seismic provisions, within a zone adjacent to the connection point of beam to column, flange and web plates of built-up box columns shall be joined by CJP groove welds. Because of the cost and difficulty of groove welding and concerns about achieving full penetration of weld in box sections, besides the common practice for fabrication of box sections in Iran by means of fillet-welded corner-outside joints, in this research seismic performance of moment connections between I-Shape beams and built-up box columns with corner welded joints was investigated experimentally. For this purpose, two specimens representative of special moment frames and two specimens representative of intermediate moment frames, all fabricated by built-up box columns using fillet welds or CJP groove welds, were designed and investigated. Investigation of the seismic performance of the specimens has been performed thru applying the cyclic load pattern presented in AISC341-16 standard. The results showed the capability of all 4 samples to satisfy the requirements for the required drift angle according to the specified load pattern.
    Keywords: Panel zone, Built-up box columns, corner welded joints, Seismic Performance
  • M. Sadeghpour, A. Meshkat Dini * Pages 41-58

    The aim of this research is to study the parameters of nonlinear dynamic behavior of steel tall buildings having a compound braced-tube resistant skeleton with belted trusses in higher levels. For this purpose, four 30-story study models have been designed in 3D. The first study model has a resistant skeleton without a belted truss. Yet, the remaining three structural models, each have a belted truss in higher levels with layouts of one, two and three stories, respectively. Numerical study results of this research are acquired according to a set of time-history nonlinear analyses on the mentioned study models. The chosen ensemble of three-component ground motions includes six highly powerful near-field records and one far-field record. Assessing study results reveal that applying belted trusses in tall braced-tube skeletons would lead in a remarkable increase in stiffness and a growth in the capability to absorb the earthquake’s kinetic energy. This issue also results in a large decrease in lateral displacement and dynamic drift of the structure and will therefore cause an increase in using the axial capacity of peripheral columns of the structure plan. Thus it becomes possible to introduce the application of resistant structures with belted trusses in structural skeletons of high-rise buildings, especially in areas with high seismicity as a suitable and efficient alternative plan compared to other structural systems.

    Keywords: Tall Steel Building, Nonlinear Behavior, Braced Tube Skeleton, Belted Truss, Near-field Record
  • Ashkan Khodabandehlou*, Vahid Aligholizad Kordlari Pages 59-75

    The studies have shown that the site characteristics such as soil layers properties and layer thickness can effect on the ground input motion and might change the acceleration frequency content and seismic duration. This research aims to study the effects of site characteristics on the ground response, and the response of the constructed buildings. In order to study the site effects on the ground seismic response, 14 far and near fault earthquake were considered and linear and nonlinear analysis on four different sites was performed. Additionally, one to four story buildings were modeled and the responses were analyzed using SAP 2000 software. Generally, the ground response related to the far and near fault earthquakes, the seismic input motion is amplified while passing through the earth layers and considering the acceleration, the maximum seismic motion increases. The smaller the maximum input acceleration of the seismic input of far fault earthquake, the less is the nonlinear and linear responses. For the cases with the larger near fault earthquake maximum ground acceleration, the analysis of the response, the response analysis using the linear equivalent approach shows that the soil layer of the input motion is amplified while passing through the soil layers. Comparing the graphs of the maximum acceleration versus the depth for the far fault earthquake, it can be inferred that the procedure cannot be generalized for the entire results of the far fault earthquakes. The maximum displacement in the depth increased with increasing the soil deposits thickness. For the similar stories buildings overlaid on the soil deposits, in both shallow and deep cases, the maximum displacement decreases with depth. On the other hand, the maximum obtained displacement in the linear and nonlinear times history analysis increases while increasing the number of building stories.

    Keywords: Nonlinear Analysis, Far, Near Fault Earthquake, Seismic Response, Soil Deposit, Plastic Hinge
  • Aliasghar Safavi, Abbas Haghollahi* Pages 77-90
    In this paper flexural buckling load for tapered columns has been evaluated (in-plane buckling of frame). The studied issue is about two-bay frames. Their three bases are hinged, and sway is permitted. The analysis is based on the answer of the deformation differential equation of the column, imposing the boundary conditions at the tips of the columns, and the displacement compatibility equations at the nodes of the members. Therefore, a set of equations could be obtained. When the corresponding square matrix of the equations collection is available, the critical load will be calculated. The critical load is the minimum root of the characteristic equation. This equation is obtained by equating the determinate of that matrix to zero. 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: Flexural buckling, Gable frames, Tapered columns, deformation differential equation
  • Mohammad Hassani Sokhtesaraei, Mehdi Ghassemieh*, Seyed Rasoul Mirghaderi Pages 91-109

    The strength and deformation capacities of the structural elements are affected by the cumulative damage of that component. For this purpose the loading protocols used for investigating the performance of the connections should give an accurate estimation of the structural components capacities and yield appropriate simulation of the reality. It is essential to investigate the differences and features of the loading protocols. On the other hand, regarding the widespread use of the moment connections of I-shaped beam sections in the box-section columns, investigating the seismic performance of these moment connections is of vital importance. Meanwhile, the majority of code details for accepting moment connections are presented for H-shaped columns. For this purpose 12 types of RBS and WUF-W moment connections with box-section columns were designed and examined as analytical models in the study. The seismic behavior and difference in performance of these two types of moment connections were investigated and compared at the level of the relative displacement acceptance in the codes and also the collapse threshold under SAC and ATC-24 loading protocols. In continuation, while investigating the demand and applied energy, and the features and differences between the loading protocols, the conditions for strength loss at the collapse threshold of moment connections in the special moment resisting frame are also proposed.

    Keywords: SAC Loading, ATC-24, Box Section, RBS, WUF-W