فهرست مطالب
نشریه سازه و فولاد
سال هجدهم شماره 43 (بهار 1403)
- تاریخ انتشار: 1403/03/12
- تعداد عناوین: 6
-
-
صفحات 5-16
با پیشرفت صنعت عمران، استفاده از فولادهای پرمقاومت به مرور بیش تر شده است. فولادهای پرمقاومت به نسبت فولادهای مرسوم قابلیت تحمل تنش های بالاتری را دارند؛ با این وجود شکل پذیری آن ها کم تر است. در حال حاضر به دلیل قیمت بالای آن ها در صنایع خاص استفاده می شوند. اتصال دو قطعه فولادی نیازمند استفاده از جوش یا پیچ است. جوش گوشه ساده ترین و پرکاربرد ترین نوع جوش است. بنابراین بررسی این نوع جوش در فولادهای پرمقاومت دارای اهمیت بالایی است. همچنین جوش های گوشه می توانند با راستای نیرو زاویه های متفاوتی داشته باشند که می تواند در مقاومت آن ها تاثیرگذار باشد. در این تحقیق به بررسی تاثیر زاویه راستای محور طولی جوش با راستای محور نیروی وارده پرداخته شده است. برای این منظور ابتدا یک مدل آزمایشگاهی با درنظرگرفتن تاثیر خرابی در جوش با استفاده از نرم افزار ABAQUS مدل سازی و صحت سنجی شد؛ سپس نمونه ها تحت زاویه های مختلف تحلیل شدند؛ پس از آن حداکثر مقاومت جوش و میزان شکل پذیری آن مورد بررسی قرار گرفت. همچنین مقاومت پیشنهادی آیین نامه فولاد آمریکا برای جوش ها با زاویه های مختلف بررسی شد. نتایج حاصل از مدل سازی به طور میانگین 14درصد با نتایج آیین نامه اختلاف داشت. براساس نتایج این تحقیق، برخلاف فولادهای نرمه، با افزایش زاویه محور طولی جوش با راستای نیروی وارده، میزان شکل پذیری جوش افزایش می یابد.
کلیدواژگان: جوش گوشه، فولاد پرمقاومت، زاویه جوش، شکل پذیری جوش گوشه، نرم افزار ABAQUS -
صفحات 17-33
در سازه های فولادی بلندمرتبه با سیستم باربر جانبی قاب خمشی، تنظیم سختی سازه به منظور کنترل تغییر مکان های جانبی، همواره امری چالش برانگیز و کنترل کننده طرح است. میراگرهای جرمی متداول ترکیبی از جرم، فنر و کمک فنر هستند. این میراگر ها بر روی یک محدوده فرکانسی خاص تنظیم می شوند؛ زمانی که سازه تحت تحریک خارجی در محدوده فرکانسی مورد نظر قرار گیرد، این میراگرها با ایجاد یک نیرو در خلاف جهت حرکت سازه باعث کاهش پاسخ های سازه می شوند. مهم ترین محدودیت این میراگرها، تامین نسبت جرمی کافی به منظور کنترل بهینه سازه است. المان اینرتر، یک المان با دو پایانه است که می تواند نیرویی متناسب با اختلاف شتاب ایجادشده در دو پایانه اش تولید کند. از ویژگی های متمایز کننده این المان نسبت به سایر ابزار های کنترل سازه، می توان به امکان تغییر در ماتریس جرم سازه اشاره کرد. افزودن المان اینرتر به میراگر های جرمی متداول به صورت قابل توجهی باعث افزایش راندمان این میراگر ها شده و محدودیت این میراگرها برای تامین نسبت جرمی مناسب را به خوبی برطرف می کند. به عنوان مثال می توان گفت اضافه کردن المان اینرتر با 0/2=β به میراگرجرمی تنظیم شده با 0/03=μ، راندمان این میراگر را برای سیستم های یک درجه آزادی، 57 درصد افزایش می دهد. در این پژوهش بهینه سازی پارامتر های ترکیب المان اینرتر با میراگرهای جرمی متداول با استفاده از الگوریتم بهینه سازی ذرات و با قابلیت تعمیم به تمامی سازه ها انجام می شود.
کلیدواژگان: سازه های فولادی، کنترل غیرفعال سازه ها، میراگر جرمی تنظیم شده، المان اینرتر، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات -
صفحات 34-45
یکی از روش های کاربردی و مفید که در آیین نامه Eurocode3 برای بررسی رفتار خمشی اتصالات به صورت تحلیلی مورد استفاده قرار می گیرد، روش مولفه ای است. بر اساس این روش منحنی های لنگر-دوران اتصالات بر پایه دو پارامتر مقاومت خمشی و سختی اولیه به صورت دوخطی تخمین زده می شوند. بنابراین یکی از مهم ترین پارامترها جهت ارزیابی منحنی لنگر-دوران با استفاده از روش مولفه ای، یافتن دقیق سختی اولیه اتصال (S j,ini) است. موضوعی که در آیین نامه Eurocode3 به آن اشاره نشده و باعث می شود نتایج به دست آمده دقت کافی را نداشته باشد، بحث پیش تنیدگی پیچ ها است. هدف اصلی این پژوهش اضافه کردن اثر پیش تنیدگی پیچ ها در روش مولفه ای است. به این منظور باید سختی المان های فنری مدل کننده بال ستون در خمش، ورق انتهایی در خمش و پیچ ها در کشش، که جهت پیش بینی سختی دورانی اتصالات با ورق انتهایی با پیچ های پیش تنیده شده لازم هستند، مورد بررسی قرار گیرند. بر این اساس ابتدا روابطی جهت درنظرگرفتن اثر پیش تنیدگی پیچ ها در روش مولفه ای ارائه می گردد، سپس چندین اتصال صفحه انتهایی که توسط محققین مورد بررسی قرار گرفته در دو حالت بدون درنظرگرفتن اثر پیش تنیدگی پیچ ها و با درنظرگرفتن این اثر، مورد ارزیابی قرار می گیرد تا درستی روابط ارائه شده راستی آزمایی گردد. نتایج بیانگر آن است که روش ارائه شده جهت درنظرگرفتن پیش تنیدگی پیچ ها روش مناسب و کارایی است و باعث می شود که دقت روش مولفه ای توسعه یافته نسبت به روش مولفه ای مرسوم دقیق تر باشد، به طوری که که اختلاف سختی دورانی مدل آزمایشگاهی با روش مولفه ای بدون درنظرگرفتن اثر پیش تنیدگی پیچ ها 13/81- درصد و با درنظرگرفتن اثر پیش تنیدگی پیچ ها به 2/41- درصد کاهش یافت.
کلیدواژگان: روش مولفه ای، سختی دورانی اتصال، پیش تنیدگی پیچ ها، اتصال صفحه انتهایی، مدل آزمایشگاهی -
صفحات 46-57
در روند اجرای سازه های فولادی با اتصالات پیچی، ابتدا پیچ ها توسط کارگران به صورت موقت بسته شده و به اصطلاح سفت می شوند، در این متن آن را بست اولیه نامیده ایم. پس از اجرای اتصالات چند قسمت مختلف به صورت بست اولیه، در مراحل بعدی ساخت، پیچ های اتصال پیش تنیده می گردد؛ به طوری که حداقل نیروی پیش تنیدگی آیین نامه ای در آن ها ایجاد شود. در این متن مرحله پیش تنیده کردن پیچ های اتصال فلنجی با عنوان بست ثانویه شناخته می شود. بنابراین در روند اجرای سازه های فولادی با قاب خمشی به کمک اتصالات از پیش پذیرفته ورق انتهایی، اثرات توالی ساخت از اهمیت قابل توجهی برخوردار است، چراکه در دوران ساخت، با توجه به حالت های مختلف ساخت حاکم بر شرایط اجرای پروژه، تاخیر در بست ثانویه اتصالات، عدم تکمیل سیستم مهار جانبی سازه و از طرفی احتمال رخ داد زلزله های با بزرگای مختلف می تواند منجربه خرابی سازه به صورت موضعی و یا کلی شده و نهایتا منجربه تحمیل هزینه های گزاف بر پروژه گردد. در این تحقیق از شتاب نگاشت های پیشنهادی توسط FEMA-P695 (ATC-63) با ماهیت دور از گسل استفاده گردید و سپس با استفاده از منحنی های شکنندگی به بررسی میزان آسیب پذیری اتصال BUEEP پرداخته شده است. با عدم اجرای بست ثانویه در سازه، رفتار اتصالات به صورت نیمه صلب بوده و بحث میرایی و کاهش نیاز لرزه ای ناشی از آن محسوس تر می باشد. این روند بیش تر در شتاب های پایین تر قابل مشاهده بود. به طورکلی در سطوح عملکرد جزئی و متوسط، تاثیر عدم اجرای بست ثانویه با توجه به لقی اتصالات و نیاز به دریفت های پایین تر تا رسیدن به این سطح از عملکرد، بیش تر می باشد.
کلیدواژگان: اتصال پیچی ورق انتهایی بدون سخت کننده، منحنی شکنندگی، بست اولیه، بست ثانویه -
صفحات 58-75
میراگر جرمی تنظیم شده ترکیبی از جرم، فنر و کمک فنر است که به منظور کاهش پاسخ های سازه تحت تحریک جانبی ازجمله نیروی باد و تحریک زلزله به خصوص در حوزه تغییرمکان به سازه اضافه می شود. با توجه به محتوای فرکانسی بسیار غنی تحریک زلزله، استفاده از میراگرهای جرمی تنظیم شده در قاب های خمشی فولادی لزوما باعث بهبود رفتار سازه تحت هر تحریک زلزله نخواهد شد. روش زمان دوام، یک روش دینامیکی غیرخطی جدید به منظور برآورد رفتار سازه تحت تحریک زلزله است. در این روش تحلیل، سازه تحت یک تحریک فزاینده مصنوعی قرار می گیرد. نتایج ارزیابی به روش تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی نشان می دهد که میراگر جرمی تنظیم شده، میانگین حداکثر تغییرمکان بام تحت شتابنگاشت های زلزله منتخب را کاهش داده است. همچنین عملکرد میراگر جرمی تنظیم شده با افزایش نسبت جرمی و همچنین افزایش ارتفاع سازه بهبود می یابد. اضافه کردن میراگر جرمی تنظیم شده به قاب های خمشی فولادی منجربه کاهش میانگین حداکثر شتاب بام تحت شتابنگاشت های زلزله منتخب و کاهش میانگین حداکثر برش پایه ساختمان می شود. همچنین برآورد روش زمان دوام از حداکثر تغییرمکان های بام سازه در سطح خطری که معادل با زلزله ای با دوره بازگشت 475 ساله است، بین 10 تا 20 درصد کم تر از روش تاریخچه زمانی غیرخطی می باشد. برآورد روش زمان دوام از حداکثر شتاب بام سازه در سطح خطری که معادل با زلزله ای با دوره بازگشت 475 ساله است، بین 10 تا 20 درصد بیش تر از روش تاریخچه زمانی غیرخطی است. همچنین برآورد روش زمان دوام از حداکثر برش پایه سازه در سطح خطر مورد نظر بین 5 تا 15 درصد بیش تر از روش تاریخچه زمانی غیرخطی می باشد.
کلیدواژگان: قاب خمشی فولادی، میراگر جرمی تنظیم شده، تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی، روش زمان دوام -
صفحات 76-92
تجربه های به دست آمده از زلزله های گذشته و عملکرد لرزه ای ضعیف بعضی از سازه ها در این مواقع، نیاز به استفاده از سیستم های نوین لرزه ای را نشان می دهد. این امر بررسی های بیش تر سیستم های لرزه ای جانبی سازه مانند میراگرهای اتلاف کننده انرژی برای بهبود عملکرد لرزه ای سیستم های موجود را ضروری می نماید. میراگرهای انرژی به صورت کلی به دو دسته میراگرهای مبتنی بر سرعت مانند میراگرهای ویسکوز و میراگرهای مبتنی بر تغییرمکان مانند میراگرهای تسلیمی و اصطکاکی تقسیم می شوند. میراگرهای اصطکاکی یکی از موثرترین وسایل مستهلک کننده انرژی در سازه هستند که در آن بدون ایجاد خرابی (تسلیم شدگی) و با مکانیزم ایجاد اصطکاک می تواند انرژی لرزه ای را مستهلک کند. در این مقاله سیستم جدیدی از ترکیب قاب مهاربندی زانویی (KBF) و میراگر اصطکاکی (KBFD) مورد مطالعه قرارگرفته است. میراگر مورد استفاده به صورت یک میراگر اصطکاکی خطی با شیار لوبیایی است. هدف از قراردادن میراگر اصطکاکی در این پیکربندی کمک به جلوگیری از کمانش خارج از صفحه مهاربند مجهز به میراگر و استفاده حداکثری از ظرفیت میراگر جهت بهبود عملکرد لرزه ای KBF می باشد. در این مقاله ابتدا صحت سنجی مدل المان محدود KBFD با استفاده از نتایج آزمایشگاهی صورت گرفته است. سپس با درنظرگرفتن شش نوع قاب KBFD که در آن نیروی پیش تنیدگی میراگر اصطکاکی به عنوان پارامتر متغیر در نظر گرفته شده، مورد مطالعه قرار گرفته اند. این مطالعات شامل انجام تحلیل پوش آور جهت محاسبه پارامترهای لرزه ای سازه همچون ضریب شکل پذیری و ضریب رفتار سازه بود. نتایج حاصل از این تحلیل ها نشان دهنده بهبود عملکرد لرزه ای KBFD نسبت به KBF است به صورتی که ضریب شکل پذیری و ضریب رفتار سازه افزایش یافته است. بر اساس نتایج حاصله با افزایش نیروی پیش تنیدگی، ضریب رفتار نیز افزایش و مابین 9/7 تا 9 پیشنهاد می گردد. همچنین این قاب ها برای مطالعه بیش تر رفتار لرزه ای، تحت اثر بارگذاری چرخه ای قرار گرفتند. نتایج حاصل از تحلیل قاب ها به صورت منحنی های هیسترزیس، سختی اولیه و سکانتی، مقاومت قاب ها، شکل پذیری، ضریب رفتار، انرژی مستهلک شده و میرایی ویسکوز معادل چرخه ای گزارش شده است. نتایج به دست آمده بیانگر این حقیقت هستند که با عمل کردن میراگر اصطکاکی، کاهش نیاز لرزه ای بر روی مهاربند و ستون ها به خوبی صورت می گیرد. همچنین منحنی های هیسترزیس به دست آمده، سطح بالایی از اتلاف انرژی زلزله ورودی و عملکرد مناسب لرزه ای قاب ها با پیکربندی پیشنهادی را نشان می دهند.
کلیدواژگان: تحلیل چرخه ای، عملکرد لرزه ای، میراگر اصطکاکی، قاب مهاربندی زانویی، پارامترهای لرزه ای
-
Pages 5-16
With the advancement of the construction industry, the use of high-strength steel has gradually increased. High-strength steels can withstand higher stresses compared to conventional steels, yet they exhibit less ductility. Currently, due to their high cost, they are primarily utilized in specialized industries. Connecting two steel pieces requires the use of welding or bolts. Fillet welding is the simplest and most commonly used type of welding. Therefore, investigating this type of weld in high-strength steel is of great importance. Fillet welds can also have different angles in the direction of applied force, which itself affects their strength. In this study, the influence of the welding angle on the axis of the applied force has been examined. First, an experimental model, considering the effect of defects in the weld, was modeled and validated using ABAQUS software. Subsequently, specimens were analyzed at various angles. The maximum strength of the weld and its ductility were investigated. Additionally, the recommended strength of the American steel code for welds at different angles was examined. The results showed a 14% average difference from the code. Unlike mild steels, an increase in the welding axis angle with the direction of the applied force increased the ductility of the fillet weld.
Keywords: Fillet Weld High-Strength Steel, Weld Angle, Fillet Weld Ductility, ABAQUS Software -
Pages 17-33
tuned mass dampers are a combination of mass, spring and dampers. tuned mass dampers are set on a specific frequency range, when the structure is subjected to external force in the desired frequency range, TMD reduce the responses of the structure by creating a force against the movement direction of the structure. The most important limitation of TMD is providing a sufficient mass ratio in order to optimally control the structure. The inerter element is an element with two terminals that can produce a force proportional to the acceleration difference created in its two terminals. One of the distinguishing features of this element compared to other structural control tools is the possibility of changing the mass matrix of the structure. Nowadays, extensive research is being done in order to combine the inerter element with structural control systems. Adding an inerter element to conventional tuned mass dampers significantly increases the efficiency of TMD and removes the limitation of TMD to provide a suitable mass ratio. The placement position of the inerter element in the control system is very important. If the inerter element is placed between two inappropriate levels in the system, it will disrupt the function of absorbing dynamic vibrations and cause the responses to intensify. In this research, the optimization of the parameters of the inerter element combination with tuned mass dampers is done using the particle optimization algorithm and with the ability to generalize to all structures
Keywords: Steel Structures, Passive Control Of Structures, Tuned Mass Damper, Inerter, PSO Algorithm -
Pages 34-45
One of the practical and useful methods that is used in Eurocode 3 to analyze the bending behavior of connections is the component method. Based on this method, the moment-rotation curves of joints are estimated bilinearly based on the two parameters of bending strength and initial stiffness. Therefore, one of the most important parameters to evaluate the moment-rotation curve using the component method is to find the exact initial stiffness of the connection (Sj,ini ). An issue that is not mentioned in the Eurocode 3 and causes the obtained results to be insufficiently accurate is the issue of pre-tensioning bolts. The main goal of this research is to add the effect of prestressing bolts to the component method. For this purpose, the stiffness of the spring elements modeling the column flange in bending, the end plate in bending, and the bolt in tension, which are necessary to predict the rotational stiffness of connections with the end plate with prestressed bolts, should be investigated. For this purpose, first, relationships are presented to consider the effect of prestressing bolts in the component method. Then, several end plate connections that have been investigated by the researchers are evaluated in two cases without considering the effect of pre-tensioning of the bolts and considering this effect in order to verify the correctness of the presented relationships. The results show that the presented method for considering the prestressing of bolts is a suitable and efficient method, which makes the accuracy of the developed component method more accurate than the conventional component method. So that the rotational stiffness difference of the laboratory model with the component method without considering the effect of pre-tensioning of the bolts was reduced to -13.81% and by considering the effect of pre-tensioning of the bolts to -2.41%.
Keywords: Component Method, Rotational Stiffness Of Connection, Prestressing Of Bolts, End-Plate Connection, Laboratory Model -
Pages 46-57
In the process of implementing steel structures with bolted connections, the bolts are temporarily tight by the workers and so-called tightened, in this article, called the initial stage. After performing the connections of several different parts in the form of primary fastening, in the following stages of construction, the bolts of connection are pre-tensioned so that the minimum pre-tensioning force of the regulations is created in them. Therefore, in the process of the construction of steel structures with pre-qualified connections of the steel moment end plate frame, the effects of the construction sequence are important, because during the construction, due to the different construction situations of the project implementation conditions, delays In the secondary fastening of the connections, the lack of completion of the lateral restraint system of the structure and on the other hand the possibility of earthquakes with different magnitudes can lead to local or general damage to the structure and ultimately lead to the imposition of exorbitant costs on the project. In this research, the acceleration records proposed by FEMA-P695 (ATC-63) were used with the nature far field, and then the vulnerability of the BUEEP connection was investigated using the fragility curves. Without implementing the secondary fastener in the structure, the connections have a semi-rigid behavior and the discussion of damping and reducing the seismic demand caused by it is more noticeable. This trend was more visible at lower accelerations. In general, in slight and medium performance levels, the effect of not using the secondary fastener is greater due to the slack of the connections and the need for lower drifts to reach this level of performance.
Keywords: BUEEP Connection, Fragility Curve, Primary Fastening, Secondary Fastening -
Pages 58-75
Tuned mass dampers (TMDs) are a combination of mass, spring, and damper that are added to a structure to reduce its response to lateral excitation, such as wind forces and earthquake excitation, especially in the displacement range. Due to the very rich frequency content of earthquake excitation, the use of TMDs in steel moment frames does not necessarily improve the structural behavior under all earthquake excitations. Exclamation The time-history method is a new nonlinear dynamic method for estimating the behavior of structures under earthquake excitation. In this analysis method, the structure is subjected to an artificial incremental excitation. The results of the nonlinear time history analysis show that the TMD reduces the average maximum roof displacement under selected ground motion records. The performance of the TMD also improves with increasing mass ratio and increasing building height. Adding a TMD to steel moment frames reduces the average maximum roof acceleration under selected ground motion records and also reduces the average maximum base shear of the building. The time-history method estimation of the maximum roof displacements of the structure at a hazard level equivalent to a 475-year return period earthquake is also 10% to 20% less than the nonlinear time-history method. Exclamation The time-history method estimation of the maximum roof acceleration of the structure at a hazard level equivalent to a 475-year return period earthquake is also 10% to 20% more than the nonlinear time-history method. Exclamation The time-history method estimation of the maximum base shear of the structure at the considered hazard level is also 5% to 15% more than the nonlinear time-history method.
Keywords: Steel Moment Frame, Tuned Mass Damper, Nonlinear Time History Analysis, Endurance Time Method -
Pages 76-92
The experience of past earthquakes and the weak seismic performance of some structures have highlighted the need for modern seismic systems. Therefore, further examination of lateral seismic systems, such as energy dissipation dampers, is essential for improving the seismic performance of existing systems. Energy dampers can generally be divided into two categories: velocity-based dampers, such as viscous dampers, and displacement-based dampers, such as yielding and friction dampers. Friction dampers are one of the most effective energy dissipating devices in structures, capable of dissipating seismic energy through friction without causing damage (yielding). This paper studies a new system combining a knee-braced frame (KBF) with a friction damper (KBFD). The damper used is a linear friction damper with a slotted bolted connection. The goal of incorporating the friction damper in this configuration is to help prevent out-of-plane buckling of the brace equipped with the damper and to maximize the capacity of damper to improve the seismic performance of the KBF. In this paper, the finite element model of the KBFD was first validated using experimental results. Then, six types of KBFD frames, with varying pre-tension forces in the friction damper considered as a variable parameter, were studied. These studies included performing pushover analysis to calculate the seismic parameters of the structure, such as ductility and behavior factors. The results of these analyses indicate an improvement in the seismic performance of the KBFD compared to the KBF, with both the ductility and behavior factors increasing. Based on the results, with increasing pre-tension force, the behavior factor also increases and is suggested to range between 7.9 and 9.0. Additionally, these frames were subjected to cyclic loading to further study their seismic behavior. The results of the frame analyses were reported as hysteresis curves, initial and secant stiffness, frame resistance, ductility, behavior factor, dissipated energy, and equivalent viscous damping. The results demonstrate that the friction damper effectively reduces the seismic demand on the braces and columns. Furthermore, the obtained hysteresis curves show a high level of input earthquake energy dissipation and appropriate seismic performance of the frames with the proposed configuration.
Keywords: Cyclic Analysis, Seismic Performance, Friction Damper, Knee Brace Frame, Seismic Parameter