فهرست مطالب

نشریه سازه و فولاد
سال پانزدهم شماره 31 (بهار 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/03/17
  • تعداد عناوین: 6
|
  • حمید محمدی گرفمی، امید رضایی فر* صفحات 5-23

    یکی از انواع اتصالات تیر به ستون فولادی اتصال بوسیله المان های Tشکل می باشد. سهولت در فرآیند ساخت، حمل و برپایی در عین شکل پذیری مناسب، اقتصادی و مقاوم بودن از مزایای این نوع اتصال می باشد. در ستون های قوطی شکل، پیچ کاری بال سپری به بال ستون به دلیل محدودیت دسترسی به عنوان یک چالش مطرح می باشد. در این تحقیق ضمن استفاده از بولت های میان گذر به عنوان عامل برقراری اتصال میان بال سپری و بال ستون، موجبات انتقال نیروها و صلبیت چشمه اتصال فراهم گردیده است. این موضوع به ویژه در ستون های فولادی پرشده با بتن که موضوع عبور بتن از ناحیه چشمه اتصال مطرح است، کارآمد می باشد. از سوی دیگر انتقال مستقیم تنش ها به بدنه ستون، موضوع ازدیاد طول بولت های میان گذر تحت بارهای چرخه ای که موجب کاهش سطح عملکرد آن ها می شود و همچنین تراکم بالای محصول قطر زیاد و چهار طرفه بودن اتصال به ویژه در دهانه های بلند که موجب اخلال در عبور بتن از ناحیه چشمه اتصال می شود، به عنوان موضوعات بحث برانگیز مطرح می باشد. بدین جهت به منظور ارایه راهکار مناسب، در اقدامی نوآورانه از دیافراگم خارجی ستون به همراه بولت های میان گذر استفاده گردید و عملکرد مشترک و توامان آن ها موردبررسی قرار گرفت. در این پژوهش با استفاده از نرم افزار ABAQUS، یک نمونه اتصال با بولت میان گذر و دیگری به همراه دیافراگم خارجی مورد بررسی قرار گرفته اند. نتایج تحقیقات نشان می دهد عملکرد کلی هر دو اتصال کاملا مطلوب است.

    کلیدواژگان: اتصال خمشی تیر به ستون، ستون مرکب CFT، اتصال Tشکل، بولت میان گذر، دیافراگم خارجی
  • نادر فنائی*، سید محمدرضا حاجی میرصادقی صفحات 25-38

    طراحی بر اساس ظرفیت المان های مرزی قایم جهت تحمل مقاومت قابل انتظار تسلیم ورق جان معمولا منجر به ابعاد بزرگ برای ستون ها می گردد. این مشکل کلیدی منجر به عدم استفاده گسترده از دیوارهای برشی فولادی گردیده است. هدف این پژوهش بررسی تشکیل میدان کششی در دیوارهای برشی فولادی با عدم اتصال کامل ورق جان به المان های مرزی قایم می باشد. این کاهش طول اتصال منجر به کاهش تقاضای خمشی و سختی المان های مرزی قایم می گردد. برای این منظور ابتدا روش مدل سازی اجزاء محدود بر اساس یک مطالعه آزمایشگاهی صحت سنجی گردید و در ادامه بر اساس مدل صحت سنجی شده نه مدل اجزاء محدود با نسبت های مختلف عدم اتصال ورق جان توسعه داده شد. در انتها بر اساس فرضیات تایید شده با مدل های اجزاء محدود و بررسی آزمایشگاهی تکمیلی، دو معادله حاکم شامل مقاومت برشی ورق جان و زاویه جهت گیری میدان کششی در ورق جان برای نسبت عدم اتصال کوچکتر از 30% ارایه شدند.

    کلیدواژگان: دیوار برشی فولادی، عدم اتصال کامل ورق جان، المان مرزی قائم، روش اجزاء محدود
  • محمد باوندی، عبدالرضا سروقد مقدم*، محمدرضا منصوری، آرمین عظیمی نژاد صفحات 39-53

    سیستم های رایج مقاوم در برابر نیروی زلزله، اغلب رفتار غیر الاستیکی را طی یک زلزله بزرگ در نقاطی از سازه تجربه می کنند و در نهایت موجب تغییر شکل باقیمانده و خرابی در سازه می شوند. تعمیر این خرابی ها مقرون به صرفه نمی باشد و گاها به تخریب سازه منجر می شود. بنابراین، استفاده از سازه هایی با قابلیت تمرکز خسارت بر روی عناصر قابل تعویض، که منجر به کاهش خسارت زلزله می شود، بسیار مهم است. با توجه به اهمیت عملکرد سازه های مرکز گرا در کاهش خسارت آنها در برابر زلزله های مختلف، در این تحقیق به تدوین شاخص تعمیر پذیری ساختمانهای دارای اتصالات مرکز گرای پس کشیده پرداخته شده است. بر اساس 12 مدل ساختمان مورد مطالعه ساختمانی تعمیر پذیر است که بعد از اعمال زلزله ماکزیمم دوران اتصال آن از میزان دوران مجاز سطح قابلیت استفاده بی وقفه تجاوز نکند. بر این اساس داده های خروجی تحلیل IDA در نرم افزار OPENSEES برحسب دوران اتصال-شتاب طیفی رسم شده است. با توجه به سطوح رفتاری پیش بینی شده گارلوک برای هر سطح شتاب، میزان بازشدگی اتصال بر باز شدگی سطح DBE تقسیم خواهد شد. منحنی حاصل شاخص تعمیر پذیری بر حسب شتاب طیفی را نشان می دهد که این میزان اگر کوچکتر از یک باشد هدف تعمیر پذیری تامین خواهد شد. برای بررسی خسارت نبشی ها، شاخص شکست نبشی با توجه به منحنی شکنندگی تعیین و شدت خسارت در هر ساختمان بر حسب رابطه ای بیان شده است.

    کلیدواژگان: اتصالات مرکز گرا، شاخص تعمیر پذیری، تحلیل دینامیکی افزاینده، بازشدگی اتصال، قابلیت استفاده بی وقفه
  • احمد کریمیان، ارسطو ارمغانی*، علاءالدین بهروش صفحات 55-70

    اتصالات تاثیر به سزایی درروند استهلاک انرژی در سازه و رفتار آن در برابر باره ای غیرعادی که اغلب منجر به پدیده خرابی پیش رونده می شوند دارند؛ از همین رو به مطالعه تاثیر تغییر مشخصات مکانیکی و هندسی بر روی اتصالات قاب های خمشی فولادی در برابر خرابی پیش رونده در این تحقیق پرداخته شده است در این راستا پارامترهای متغیر شامل نوع اتصال تیر به ستون (اتصال جوشی به کمک ورق های روسری و زیرسری یا WFP، اتصال مستقیم تقویت نشده جوشی یا WUF-W، اتصال گیردار مستقیم تیر با مقطع کاهش یافته یا RBS و اتصال خمشی یا FF)، نوع فولاد مورداستفاده در محل اتصال تیر به ستون (فولاد نرمه ساختمانی St37 و فولاد با آلیاژ پایین Steel LY 160) و محل حذف ستون در طبقات (بدون حذف و حذف ستون در طبقات همکف، اول و دوم) می باشند. تحقیقات بر روی قاب فولادی سه طبقه با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود ABAQUS و روش مسیر جایگزین صورت گرفته است اعتبار سنجی روش المان محدود با استفاده از شبیه سازی عددی یک قاب فولادی انجام شده و تطابق مناسبی مشاهده گردید مهم ترین نتایج حاصل نشان می دهد در قاب هایی که در محل اتصال از فولاد با نقطه تسلیم پایین استفاده شده است بهترین عملکرد از جنبه نسبت تقاضا به ظرفیت (DCR) تیرهای پیرامون محل حذف متعلق به قاب های دارای اتصالات FF و WUF-W است.

    کلیدواژگان: خرابی پیش رونده، قاب خمشی فولادی، فولاد با آلیاژ پایین
  • مهدی قاسمیه*، ناصر حیدری صفحات 71-85

    سیستم دیوار برشی فولادی، به تعدادی محدود در سه دهه اخیر، به عنوان سیستم اصلی مقاوم در برابر نیروی جانبی به کار گرفته شده است. این سیستم دارای شکل پذیری بالا و همچنین قابلیت اتلاف انرژی بالایی می باشد که خود اهمیت آن را افزایش می دهد. در این مقاله به بررسی رفتار دیوارهای برشی فولادی بلندمرتبه تا بیست طبقه که طبق آیین نامه امریکا طراحی شده است می پردازد. در این مطالعه مدلسازی با استفاده از المانهای پوسته ای و سپس مقایسه آن با نتایج حاصل از مدلسازی جایگزین میله ای پرداخته شده است. به منظور اعتبارسنجی کردن روش مدلسازی، مدلی چهار طبقه با خصوصیات غیرخطی مادی و هندسی به روش اجزاء محدود تحلیل شده است که تطابق خوبی با نتایج آزمایشگاهی را نشان میدهد. پس از بررسی رفتار این نوع دیوارها، تاثیر پارامتر  تعیین کننده تعداد طبقات بر کمیت هایی از قبیل سختی اولیه، مقاومت نهایی سیستم و نرمی سیستم مورد ارزیابی قرار گرفت. در انتها رفتار دیوار برشی فولادی با قاب خمشی مقایسه و تاثیر بازشوها بر رفتار دیوار برشی فولادی بررسی شده است.

    کلیدواژگان: دیوار برشی فولادی، ساختمان های بلندمرتبه، روش بارافزون، منحنی هیسترزیس، روش اجزاء محدود
  • محسن گرامی*، سجاد حیدری صفحات 87-95

    محدودیت فضاهای شهری سبب شده است که بخش قابل توجهی از این پل ها دارای قوس افقی باشند تا بتوان مسیر های مختلف را در فضایی کم به هم متصل نمود. ازاین رو شناخت رفتار لرزه ای این دسته از پل ها اهمیت بالایی دارد، چنانچه زمین لرزه های گذشته نظیر زلزله 1994 نورثریچ و زلزله 2008 وینچوان نیز نشان دادند که این نوع از پل ها تحت نیروی زمین لرزه و به ویژه زمین لرزه های حوزه نزدیک بسیار آسیب پذیر می باشند. در این پل ها وجود قوس افقی سبب نامنظمی هندسی می گردد، درنتیجه این دسته از پل ها تحت نیروی زلزله دارای رفتار لرزه ای پیچیده ای می باشند. تحلیل رفتار پل ها با استفاده از روش اجزاء محدود بسیار زمان بر و پرهزینه می باشد، ازاین رو در سال های اخیر تحقیقات زیادی در زمینه مدلسازی پل ها و به ویژه پل های نامنظم انجام گرفته است تا علاوه بر کاهش حجم مدلسازی و به تبع آن کاهش زمان تحلیل، بتوان نتایج دقیق تری از پاسخ لرزه ای پل به دست آورد. در این تحقیق با استفاده از مدل ستون فقراتی یک پل دارای قوس افقی مدلسازی و سپس با استفاده از آزمون میدانی و نتایج آزمایشگاهی، صحت سنجی شده است. نتایج صحت سنجی نشان داد که با استفاده از مدل های ساده نظیر مدل ستون فقراتی برای مدلسازی عرشه، در نظر گرفتن اثر بعد در اتصالات و لاغرشدگی در پای ستون ها می توان مدلی واقعی از پل های نامنظم نظیر پل های دارای قوس افقی تولید نمود، که دلیل این امر را می توان حذف خطاهای عددی موجود در روش های اجزاء محدود دانست.

    کلیدواژگان: مدل ستون فقراتی، پل دارای قوس افقی، آزمون میدانی پل
|
  • Hamid Mohammady Garfamy, Omid Rezayfar* Pages 5-23

    T-shaped joints are one type of beam-column connections in steel structures. Ease of construction, transportation, and installation, as well as suitable ductility, economy, and durability, are the advantages of this type of connection. However, bolting of the T-shaped flange to tubular columns is very challenging due to limited access. In this research, by using through bolts for connecting the T-shaped flanges and the column, the transfer of forces and the rigidity of the panel zone have been provided. This is especially effective in concrete filled tubular (CFT) columns where the passage of concrete through the panel zone is important. On the other hand, the direct transfer of stresses to the column, the stretch of through bolts under cyclic loads, which reduces their performance level, as well as accumulation of bolts, which is caused by large diameter, and four-way connection, especially at a long opening that interferes with the passage of concrete through the panel zone are controversial. Therefore, to provide a suitable solution, in an innovative action, the external diaphragm of the column with through bolts was used simultaneously and the performance of the connection was examined.
    In this study, using ABAQUS software, one connection sample with a through bolt and another with an external diaphragm were investigated. The results show that the overall performance of both kinds of connection is quite good.

    Keywords: Beam-to-column flexural connection, CFT composite column, T-shaped connection, through bolt, external diaphragm
  • Nader Fanaie*, Seyed Mohammadreza Haji Mirsadeghi Pages 25-38

    Capacity based design of vertical boundary elements with regard to resisting expected yield strength of the web plate could be led to large column size. This key problem leads to a lack of widespread implementation of steel shear walls. This research project aims to investigate the formation of tension field in steel shear wall with partial length connection of web plate to vertical boundary element which in this type of steel shear walls, reducing the length of the connection leads to a reduction in the flexure and stiffness demand on the vertical boundary elements. For this purpose, the finite element modeling methodology was initially established and validated based on a laboratory test. Nine FE models were developed based on the verified specimens, and various not connected infill plate values. Finally, based on assumptions confirmed by numerical modeling and complementary experimental investigation, two governing equations have been developed for this type of steel shear wall, including panel shear strength, tension field inclination angle in the web plate in case, not connected length ratio is less than 30%.

    Keywords: Steel shear wall, Partial length connection of web plate, Vertical boundary element, Finite element method
  • Mohammad Bavandi, Abdolreza S. Moghadam*, Mohammad Reza Mansoori, Armin Aziminejad Pages 39-53

    Conventional earthquake-resistant systems, often experience inelastic behavior in a part of the structure during a large earthquake and eventually causing residual deformation and damage to the structure. Repairing these damages are unaffordable and often leads to structure destruction. Therefore, the use of structures with the ability to focus damage on interchangeable elements, which leads to reduced earthquake damage, is very important. Due to the importance of the performance of self-centering structures to reduce their damage against various earthquakes, in this study, the repairability index of buildings with post-tensioned self-centering connections has been developed. According to the 12 models of the studied building, a building that can be repaired, that the maximum rotation in its connection after the earthquake does not exceed the rotation of the immediate occupancy performance. Based on this, the output data of IDA analysis in OPENSEES were drawn according to the connection rotation-spectral acceleration. According to the predicted performance levels of Garlock for each acceleration level, the value of the connection opening is divided by the opening of the DBE level. The resulting curve shows the repairability index according to spectral acceleration, which if less than one, the repairability target is achieved. To evaluate the damage of angles, the failure index of the angle is determined according to the fragility curve and the intensity of damage in each building is expressed according to an equation.

    Keywords: Self-centering Connection, Repairable Index, Incremental Dynamic Analysis, Connection Opening, Immediate Occupancy Performance
  • Ahmad Karimian, Arastoo Armaghani*, Alaeddin Behravesh Pages 55-70

    Connections have a significant effect on the energy depletion of the structure and its behavior against unusual loads, which often lead to the phenomenon of progressive deterioration; therefore, the study of the effect of mechanical and geometric properties change on connections in steel moment frames against progressive failure in this research. In this regard, the variable parameters include the beam - column connection type (welded flange plate connection or WFP and welded unreinforced flange-welded web connection or WUF-W, reduce beam section connection or RBS, free flange connection FF), the type of steel used at the beam - column connection (St37 and Steel LY 160) and the column removal location in different stories (without removing and removing columns on the ground, first and second stories). Investigations on a three-storey steel frame using ABAQUS finite element software and alternative loads path method. Validation of numerical method was performed using numerical simulation of a steel frame and a suitable agreement was observed. The most important results show that in the frames which low-yielding steel is used at the connection point, the best performance from the demand-to-capacity ratio (DCR) of the beams around removal location belongs to the Free Flange and WUF-W connection frames.

    Keywords: progressive collapse, steel moment frame, low-yield strength plates
  • Mehdi Ghassemieh*, Nasser Heidari Pages 71-85

    This paper focused on the behavior of steel plate shear walls (SPSW) in high-rise buildings. The influence of essential parameters including number of stories, stress angles and openings and investigated. Comparison with moment resistant frame and alternative method of modeling the shear walls with Strip elements is investigated. Using finite element method, a four story steel plated shear wall which has been tested before was modeled and the results obtained were compared with the test data. Comparison of the results approved the numerical modeling. Then the 20-story, 15-Story and 10-story steel plated shear walls were designed in accordance with AISC-Seismic Provisions to make results more practical. Comparing steel pated shear walls with different heights with each other, it is noticed that with lowering SPSWs, its initial stiffness improves and its ultimate strength decreases; but the overall ductile behavior was maintained. Also to make it useful and practical, moment resistant frames were modeled similar to SPSWs but without infilling panels. This research showed that with lowering the SPSW height, its behavior gets closer to moment resistant frames. Also behavior of SPSWs with openings was studied. Four openings in a same position, same width and different height were modeled to see the effect of openings on the overall SPSWbehavior. Generally, it was observed that an opening in infilling panels reduces SPSW initial stiffness and final strength.

    Keywords: Steel plate shear wall, High rise structure, Push over analysis, Hysteresis diagram, Finite element method
  • Mohsen Gerami*, Sajad Heydari Pages 87-95

    With development of communication infrastructure in cities, the use of bridges is increasing day by day due to existence of non-level intersections. Limitation of urban spaces has caused a significant part of these bridges to have a horizontally curved deck so that they can connect different routes in a low space. Therefore, recognizing the seismic behavior of these bridges is of great importance. The past earthquakes, such as 1994 Northridge and 2008 Wenchuan earthquake, also showed that these types of bridges are highly vulnerable under earthquakes and especially under near-fault earthquakes. Horizontally curved deck causes geometric irregularities, as a result, the seismic behavior of these bridges is complicated under earthquake. Analysis of these bridges is time consuming and costly using a finite element method. In recent years, many studies have been done on modeling of irregular bridges to obtain more precise results from the seismic response of bridges and also reduce analysis time. In this study, a horizontally curved bridge was modeled using a spine-line model and then verified by field-test and experimental results. The validation results showed that by using simple models such as the spine-line model for deck modeling, and taking into account the dimension effect in the connections and the pinching effect in the base of columns, can produce a real model of irregular bridges, such as horizontally curved bridges. The reason for this is the elimination of numerical analysis errors.

    Keywords: spine-line model, horizontally curved bridge, Field test