فهرست مطالب

نشریه سازه و فولاد
سال هفدهم شماره 42 (زمستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/10/11
  • تعداد عناوین: 6
|
  • ایمان کرمی، امیررضا قیامی آزاد*، سید رسول میرقادری صفحات 5-22

    در اتصالات کف ستون ضخیم متداول به دلیل ایجاد حالت شدید پینچینگ در نمودار هیسترزیس در حین باربرداری و بارگذاری برگشتی، سختی و مقاومت اتصال و میزان استهلاک انرژی کاهش می یابد. جهت جلوگیری از ایجاد پینچینگ و بهبود عملکرد لرزه ای اتصالات کف ستون، پیشنهاد شده است میل مهارها در حالت کلی با خروج از مرکزیت نسبت به محور بال ستون، به زیر ورق کف ستون با اتصالات جوشی متصل شوند. در اتصالات کف ستون پیشنهادی به دلیل عدم تعویض یا ترمیم پذیری اجزای اتصال، طبق آیین نامه باید تمام اجزای اتصال از جمله ورق کف ستون، اتصالات جوشی، میل مهارها و بتن، الاستیک باقی بمانند و منبع شکل پذیری، داخل مفصل پلاستیک در ناحیه انتهایی مقطع ستون باشد. در این حالت میل مهارها در هر لحظه به صورت هم زمان توانایی باربری نیروی کششی و فشاری را دارند. به دلیل ناشناخته بودن رفتار اتصالات جوشی تحت کشش، از اتصالات T شکل برای ارزیابی مقاومت و سختی اتصالات جوش گوشه ویژه، جوش شیاری با نفوذ کامل، جوش شیاری استوانه ای و جوش شیاری مخروطی استفاده شد. روش همبستگی تصاویر دیجیتال جهت سنجش میدان کرنش اتصالات جوشی و نوع شکست میل مهارها به کار برده شد. در نتیجه اتصالات جوشی توانایی تحمل ماکزیمم ظرفیت کششی میل مهارها را دارا بودند و الاستیک باقی ماندند. در حین بارگذاری، میل مهارها در ناحیه الاستیک هیچ شکستی ناشی از کاهش مقاومت در منطقه HAZ نداشتند. در نتیجه هیچ عدم اطمینانی در رفتار اتصالات جوشی تحت کشش به عنوان جزء نیرو-کنترل در اتصالات پیشنهادی وجود ندارد. جوش گوشه و جوش شیاری با نفوذ کامل، برتری بیش تری از لحاظ هزینه نسبت به بقیه جوش ها داشتند.

    کلیدواژگان: اتصال کف ستون، اتصال T شکل، جوش شیاری، جوش گوشه، همبستگی تصاویر دیجیتال
  • علیرضا حبیبی، نادر فنائی*، شهریار شهبازپناهی صفحات 23-40

    ستون های CFT، گزینه ای مطلوب و اقتصادی برای طراحی ساختمان های با ارتفاع متوسط و بلند هستند. با این وجود، عدم امکان اجرای ورق پیوستگی داخلی مانند قاب های خمشی متداول به علت وجود بتن درون مقطع ستون فولادی، باعث ضعیف شدن چشمه اتصال خواهد شد. در اثر سوراخ کاری ورق پیوستگی، توزیع تنش در این ورق نسبت به حالت بدون سوراخ، تغییر کرده و مقاومت و سختی آن کاهش می یابد. روش پیشنهادی در این مطالعه جهت بهبود ضعف ناشی از سوراخ کاری در ورق پیوستگی، تقویت ورق های پیوستگی با گلمیخ است تا قسمتی از نیروی بسیار زیاد ورق پیوستگی به بتن منتقل گردد. جهت بررسی اثر تقویت انجام شده روی ورق پیوستگی، دو نمونه اتصال صلب تیر I شکل به ستون  CFTبا مقیاس کامل، تحت بار چرخه ای مورد آزمایش قرار گرفته است. در بخش دیگر با استفاده از روش اجزای محدود در نرم افزار آباکوس، نمونه های آزمایشگاهی مدل سازی و تحلیل شده است. نتایج نشان داد استفاده از تقویت گلمیخ باعث افزایش ظرفیت خمشی اتصال و انرژی تلف شده تجمعی به میزان 7% و %4 نسبت به حالت ورق پیوستگی بدون تقویت می شود. به علاوه این تقویت باعث جابه جایی محل متناظر شاخص گسیختگی حداکثر، از لبه بیرونی بال های تیر، به اندازه 20 درصد عرض بال، به سمت محور طولی تیر خواهد شد. اتصال پیشنهادی با ورق پیوستگی تقویت شده، شرایط استفاده در قاب های خمشی متوسط در مناطق لرزه ای را دارا است.

    کلیدواژگان: ستون فولادی پرشده با بتن، دیافراگم داخلی، دیافراگم داخلی تقویت شده، اتصال صلب، اتصال خمشی
  • نجمه کرمی*، احسان دهقانی فیروزآبادی، سید احمد مبینی پور، نوید سیاه پلو صفحات 41-53

    در چند دهه اخیر استفاده از قاب خمشی خرپایی ویژه به عنوان یک نمونه نسبتا جدید از سیستم قاب فولادی برای مناطق زلزله خیز توسعه یافته است. این قاب ها انرژی زمین لرزه را از طریق بخش های ویژه شکل پذیر که در وسط تیر خرپایی تعبیه شده است، مستهلک می کنند. در این تحقیق رفتار لرزه ای قاب خمشی خرپایی با ستون خرپایی به کمک سه تحلیل استاتیکی غیرخطی (پوش آور)، تحلیل چرخه ای (سیکلیک) و تحلیل تاریخچه زمانی مورد بررسی قرار گرفته و با قاب خمشی خرپایی ویژه مقایسه شده است. برای نیل به این هدف دو مدل دوبعدی با ویژگی یکسان بر اساس ضوابط طراحی لرزه ای، طراحی و به کمک روش پلاستیسیته متمرکز به مدل غیرخطی تبدیل شدند. در محدوده فرض های این پژوهش، نتایج نشان می دهد که قاب خمشی خرپایی ویژه با ستون خرپایی دارای عملکرد لرزه ای مناسب تری نسبت به قاب خمشی خرپایی ویژه می باشد؛ در قاب با ستون خرپایی، ضریب شکل پذیری، انرژی مستهلک شده بیش تر، توزیع یکنواخت مفاصل پلاستیک با تامین سطح عملکرد بالاتر، توزیع دریفت یکنواخت تر و همگن در مقایسه با قاب خمشی خرپایی ویژه مشاهده شد. همچنین این قاب ها به دلیل وزن کم تر از نظر اقتصادی مطلوب تر هستند و در آن ها برای عبور لوله های تاسیساتی نیز از جان ستون استفاده می شود.

    کلیدواژگان: قاب خمشی خرپایی ویژه، قاب خمشی خرپایی با ستون خرپایی، رفتار لرزه ای، تحلیل غیرخطی دینامیکی، تحلیل پوش آور، تحلیل استاتیکی چرخه ای
  • محمدرضا وفیدسرکاری* صفحات 54-80

    زمین لرزه های حوزه نزدیک گسل شامل ویژگی های جهت داری و پرتابه ای می توانند انرژی لرزه ای بالایی به ساختمان وارد کنند. در این مقاله، عملکرد لرزه ای ساختمان‎های فولادی متقارن 5، 10 و 20 طبقه، دارای سیستم باربر جانبی دوگانه، در دو حالت پیچشی سخت و نرم مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور، ساختمان ها با به کارگیری هم زمان دو مولفه افقی سه دسته رکورد زلزله حوزه دور (FF) و نزدیک گسل پالس دار (FD) و بدون پالس (NP) تحت تحلیل‎های تاریخچه زمانی غیرخطی قرار می گیرند. نتایج به صورت جابه جایی طبقات، جابه جایی نسبی طبقات، برش طبقات و همچنین نیاز شکل پذیری مهاربندها، تیرها و ستون ها برای سه دسته رکورد زلزله ارائه شده اند. نتایج حاکی از آن است که در ساختمان های پیچشی نرم و سخت 5 و 10 طبقه برای دسته رکورد زلزله FD، حداکثر نیاز در طبقات پایین بوده و مود اول غالب است. برای ساختمان پیچشی سخت 20 طبقه، حداکثر نیاز برای دسته رکورد زلزله FD در طبقات پایین است؛ حداکثر اختلاف بین دسته رکورد زلزله های FD با NP و FF، برای جابه جایی نسبی طبقات به ترتیب برابر 115 و 79 درصد و برای نیاز شکل پذیری ستون ها به ترتیب 894 و 798 درصد هستند. همچنین مشارکت مودهای بالاتر برای دسته رکورد زلزله FF برای ساختمان های 20 طبقه بیش تر از دسته رکورد زلزله های FD و NP است؛ ازاین رو، حداکثر نیاز در طبقات بالاتر تحت دسته رکورد زلزله های FF رخ می دهد.

    کلیدواژگان: حوزه نزدیک گسل، جهت داری پیشرو، ساختمان متقارن، ساختمان پیچشی سخت، ساختمان پیچشی نرم
  • محسن گرامی، مهرسا میرزاحسینی*، الهام کاظمی صفحات 81-100

    استفاده از آلیاژهای حافظه دار شکلی به عنوان ابزاری نوین به دلیل خاصیت مرکزگرا جهت کاهش آسیب و کنترل رفتار لرزه ای سازه می تواند موثر باشد. با توجه به این که وقوع پس لرزه ها می تواند همواره سبب تجمع خسارت در سازه ها شود، لذا بررسی عملکرد سیستم های فوق تحت پس لرزه اهمیت می یابد. تحقیق حاضر، یک قاب فولادی چهارطبقه در حالت بدون مهاربند و با مهاربند همگرا مجهز به میراگر آلیاژ حافظه دار شکلی را مورد ارزیابی قرار داده است. جهت بررسی اثر پس لرزه بر رفتار دو قاب و انجام تحلیل دینامیکی افزایشی از نرم افزار Opensees استفاده شده است. برای این منظور 29 رکورد مربوط به لرزه اصلی و پس لرزه واقعی ثبت شده مورد استفاده قرار گرفته است. جهت بررسی پاسخ سازه ها ابتدا لرزه اصلی تا رسیدن سازه به سطح فروپاشی مقیاس شده و سپس پس لرزه با درنظرگرفتن سه سطح دریفت سازه (01/0، 025/0 و 04/0) تحت لرزه اصلی به قاب ها اعمال گردید. نتایج نشان می دهد که سازه مهاربندی مجهز به میراگر، نسبت به سازه بدون مهاربند، در پس لرزه پس از تجربه دریفت 04/0 ناشی از لرزه اصلی، 13% شتاب بیش تر، 30% دریفت پسماند کم تر و نیز 21% دریفت نسبی کم تری را تجربه کرده است. همچنین در هر دو سازه تحت پس لرزه در سطح دریفت بالاتر ناشی از لرزه اصلی، آثار مخرب تری مشاهده شده است.

    کلیدواژگان: آلیاژ حافظه دار شکلی، پس لرزه، تحلیل دینامیکی افزایشی، قاب فولادی
  • افشین احمدی، فربد حیدریان، سیامک ایپکچی*، علیرضا رضائیان صفحات 100-114

    اتصال مستقیم وصله ستون ها با استفاده از جوش نفوذی ناقص با درصد نفوذ بین 40% تا 60% ضخامت مقطع ستون تا قبل از زلزله نورثریج و کوبه رایج بود. با آشکارشدن ضعف اتصالات جوشی تیر به ستون بعد از زلزله نورثریج و اتصالات جوشی وصله ستون ها بعد از زلزله کوبه، جزئیات طراحی و دستورالعمل اجرایی جدید به آیین نامه اضافه شد و استفاده از جوش نفوذی ناقص در سازه های قاب خمشی ممنوع شد (AISC 341-10) و طراحان ملزم به استفاده از جوش نفوذی کامل بودند. با مطالعات آزمایشگاهی و عددی انجام شده بر روی جوش نفوذی ناقص با درصد نفوذ بالاتر در مقاطع I شکل، امکان استفاده از جوش نفوذی ناقص با درصد نفوذ 85% در آیین نامه تایید شد (AISC 341-16). تمام مطالعات گذشته بر روی رفتار جوش نفوذی ناقص در مقاطع I شکل صورت گرفته بود؛ در این مطالعه یک مدل عددی سه بعدی اجزای محدود در نرم افزار آباکوس به منظور بررسی رفتار وصله ستون ها شبیه سازی شده است و شکست و گسترش آسیب در ناحیه متاثر از حرارت با استفاده از روش آسیب نرم مشاهده شده است. با اطمینان از عملکرد مدل اجزای محدود، 33 نمونه ستون قوطی شکل مدل سازی شده و تاثیر پارامترهایی همچون درصد جوش نفوذی، ضخامت و ابعاد مقطع ستون بر روی رفتار وصله ستون مورد ارزیابی قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: ستون قوطی شکل، نرم افزار آباکوس، وصله ستون، جوش نفوذی ناقص، جوش نفوذی کامل
|
  • I. Karami, A. Ghiami Azad*, R. Mirghaderi Pages 5-22

    In regular thick column base connections, because of severe pinching effect in the hysteresis diagram during loading and unloading, the stiffness and strength of the connection and the amount of energy consumption are reduced. In order to prevent pinching and improve the seismic performance of the column-base connections, it is suggested to connect the anchor rods vertically under the plates by wedeled connections without any eccentricity between anchor rods and the flange axis of the column. In the proposed column-base connections, because of the non-replaceability or repairability of the connection components, according to the design codes, all connection components, including the base plate, welded connections, anchor rods, and concrete, must remain elastic and the source of ductility should be inside the plastic hinge in the end section of the column. In this case, the anchor rods have the ability to carry tensile and compressive forces at any moment simultaneously. Because of the unknown behavior of welded connections under tensile loads, T-shaped connections were used to evaluate the strength and stiffness of special fillet welds, full penetration groove welds, cylindrical groove welds and conical groove welds. Digital images Correlation method was used to measure the strain field of welded connections and identify the type of failure of the anchor rods. As a result, the welded connections had the ability to withstand the maximum tensile capacity of the anchor rods and remained elastic. During the loading of the anchor rods, no failures occurred in the elastic region of the rods due to the reduction of resistance in the Heat Affected Zone (HAZ). As a result, there is no uncertainty in the behavior of welded connections under tensile load as a force-control component in the proposed connections. Fillet weld and full penetration groove welds were more superior in terms of cost than other welds.

    Keywords: Base Plate Connection, T-Shape Connection, Groove Weld, Fillet Weld, DIC
  • A. Habibi, N. Fanaie*, S. Shahbazpanahi Pages 23-40

    Concrete-filled tube (CFT) columns are a favorable and economical option for designing mid-height and tall buildings. However, using internal continuity plates in conventional moment frames will weaken the panel zone since infill concrete is present inside the steel tube column. Due to perforation of the continuity plate, stress distribution in this plate changes, and its strength and stiffness decrease. The proposed method in this study is aimed to strengthen the continuity plates with shear stud so as to transfer a part of the high force of continuity plates to the concrete. In this regard, two different full-scale specimens of rigid connections of I-shaped beam to CFT column were tested under cyclic loading. In the other part, using the finite element method in Abaqus software, the experimental specimens were modeled and analyzed. As a result of the stiffening of the continuity plates, the connection's bending capacity and cumulative dissipated energy increased by 7% and 4%, respectively. Additionally, the stiffening moved the highest rupture index by approximately 20% of the beam flange width from the outer edge of the flanges of the beam to the longitudinal axis of the beam. The proposed connection was approved for use in seismic zones' intermediate moment frames.

    Keywords: Concrete-Filled Steel Tube (CFT), Internal Diaphragm, Stiffened Internal Diaphragm, Rigid Connection, Moment Connection
  • N. Karami*, E. Dehghani firuzabadi, S.A. Moninipur, N. Siyahpelo Pages 41-53

    In recent years, special truss moment frames (STMFs) have been widely used as a relatively new steel frame system for seismic hazard zones. These frames dissipate seismic energy through special ductile segments embedded near the middle of the span of the truss beam. In this study, the seismic behavior of STMFs with Truss columns was investigated by nonlinear static analysis (pushover), cyclic static analysis, and time history analysis and compared with the common STMFs reported in the literature. To achieve this goal, two 2D models with the same characteristics were converted into a nonlinear model based on seismic design criteria, design and with the help of the concentrated plasticity method. the results showed that STMFs with Truss columns have a better seismic performance than STMFs with filled-web columns. Compared to ordinary STMFs, ductility and energy dissipation were enhanced, hinges were more distributed at higher performance levels, and drifts were more evenly and uniformly distributed on stories for STMFs with Truss columns. In addition, STMFs were more affordable due to their lower weight and can be used to install pipes through Web columns.

    Keywords: Special Truss Moment Frame, Special Truss Moment Frame with Truss Columns, Seismic Behavior, Nonlinear Dynamic Analysis, Pushover Analysis, Cyclic Static Analysis
  • M.R. Vafidsarkari* Pages 54-80

    Near field ground motions with forward directivity and fling step effects, can impose high seismic energy to the building. In this paper, the seismic performance of symmetrical steel of 5-, 10- and 20-story buildings with dual lateral load resisting system, in both torsionally-stiff (TS) and torsionally-flexible (TF) archetype buildings has been investigated. For this purpose, the buildings are subjected to nonlinear time history analysis, which are performed with applying two horizontal components of three sets of far field (FF), non-pulse (NP) and with forward directivity pulse (FD) records. The results are presented in the form of peak floor displacement, inter story drift ratio, story shear as well as ductility demands of braces, beams and columns for three categories of earthquake records. The results show that in torsionally-stiff and torsionally-flexible buildings of 5- and 10-story under the FD records, the maximum occures in the lower stories and the first mode is predominant. Also, for the 20-story torsionally-stiff building, the maximum demands occurs under the FD records in the lower stories, which the maximum difference between FD with NP and FF earthquake records, for the story drift ratios are 115% and 79%, respectively, and for the ductility of the columns, they are 894% and 798%, respectively. Also, contribution of higher modes of FF records for 20-storey buildings are greater than the FD and NP records; therefore, the maximum demands in the upper stories occurs under the FF records.

    Keywords: Near Field, Forward Directivity, Symmetric Building, Torsionally-Stiff Building, Torsionally-Flexible Building
  • M. Gerami, M. Mirza Hosseini*, E. kazemi Pages 81-100

    Using shape memory alloys as a novel tool due to their self-centering property to reduce damage and control seismic behavior of structures can be effective. Considering that the occurrence of aftershocks can always cause cumulative damage in structures, it is important to investigate the performance of the above systems under aftershocks. The present study evaluates a four-story steel frame in the state without braces and with convergent braces equipped with shape memory alloy dampers. To investigate the effect of aftershocks on the behavior of the two frames and perform incremental dynamic analysis, the OpenSees software was used. For this purpose, 29 records related to the main earthquake and the actual recorded aftershock were used. To investigate the response of the structures, first, the main earthquake was scaled to bring the structure to the collapse level, and then the aftershock was applied to the frames considering three levels of drift structure (0.01, 0.025, and 0.04) under the main earthquake. The results show that the braced structure equipped with a damper, compared to the structure without braces, experiences 13% more acceleration, 30% less residual drift, and 21% less relative drift after experiencing 0.04 drift caused by the main earthquake. Additionally, in both structures, more destructive effects are observed when they are under aftershock

    Keywords: SMA Damper, Aftershock, Incremental Dynamic Analysis, Steel Frame
  • A. Ahmadi, F. Heydariyan, S. Epackachi*, A. Rezaiyan Pages 100-114

    The direct connection of column splices using partial joint penetration groove welds with a penetration percentage between 40% - 60% of the thickness of the column section was common until the Northridge and Kobe earthquakes. With the poor performance of beam-to-column welding connections after the Northridge earthquake and column splice welding connections after the Kobe earthquake, new design details and executive instructions were added to the regulations and the use of partial joint penetration (PJP) welding in moment frame structures was prohibited and designers were required to use complete joint penetration (CJP) welding (AISC 341-10). With experimental and numerical studies conducted on PJP welding with a higher penetration percentage in I-shaped sections, the possibility of using PJP welds with a penetration percentage of 85% was confirmed in the regulations (AISC 341-16). All previous studies were conducted on the behavior of PJP groove welds in I-shaped sections. in this study, a 3D finite element numerical model was simulated in Abaqus software in order to investigate the behavior of the column splice and the failure and spread of damage in the Heat Affected Zone (HAZ). By ensuring the proper performance of the finite element model, 33 box-shaped column splices have been modeled, and the effects of parameters such as penetration weld percentage, column thickness and cross-sectional dimensions on the column splice behavior has been evaluated.

    Keywords: Box-shaped Column, ABAQUS Software, Column Splice, Partial Joint Penetration (PJP), Complete Joint Penetration (CJP)