بررسی رفتار چرخه‌ای اتصال خمشی تیر I شکل به ستون دایره‌ای با پیوند ناودانی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران.

2 کارشناس ارشد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران.

3 استاد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران.

4 استادیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران.

چکیده

اتصال خمشی تیر Iشکل به ستون دایره‌ای، با استفاده از برش منحنی بال تیر و یا با استفاده از نصب دیافراگرم‌های خارجی در اطراف ستون میسر می‌باشد که با مشکلات اجرایی همراه است. روش پیشنهادی جدید برای اجرای این نوع اتصال، جوش نمودن بال‌های یک پیوند ناودانی به ستون و جوش نمودن تیر به جان ناودانی می‌باشد. با توجه به نو بودن این روش، تأثیر ابعاد پیوند ناودانی، ابعاد تیر Iشکل و ابعاد ستون دایره‌ای و همچنین سخت‌کننده‌های داخل پیوند ناودانی بر رفتار چرخه‌ای اتصال، محل سؤال می‌باشد. در همین راستا، مقاله حاضر به بررسی رفتار چرخه‌ای اتصال خمشی تیر Iشکل به ستون دایره‌ای با پیوند ناودانی به صورت المان محدود می‌پردازد. عمده نوآوری این تحقیق، بررسی پارامتریک مشخصات ابعادی اتصال در حضور خستگی کم‌تکرار ناشی از زوال سختی و مقاومت چرخه‌ای می‌باشد که از طریق لحاظ مدل آسیب برای مصالح شکل‌پذیر در نرم‌افزار آباکوس میسر شده است. برای این کار، ابتدا پارامترهای مدل آسیب از طریق مقایسه نتایج عددی حاصل از شبیه‌سازی اتصال با داده‌های آزمایشگاهی کالیبره شده و در ادامه، نمونه‌های عددی تحت بارگذاری چرخه‌ای جابه‌جایی- کنترل به صورت استاتیکی قرار گرفته‌اند. براساس مقایسه نتایج، ضخامت جان پیوند ناودانی، بیشترین تأثیر بر رفتار اتصال نسبت به سایر پارامترهای ناودانی را دارد. همچنین ملاحظه شد که با افزودن سخت‌کننده در داخل پیوند ناودانی، سختی و مقاومت اتصال افزایش می‌یابد، با این حال، در این حالت نواحی تسلیم شده به سمت اتصال تیر به ناودانی گسترش پیدا می‌نماید که این مسئله باعث رشد سریع‌تر کرنش‌های پلاستیک در این نواحی می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

An Investigation on the Cyclic Behavior of I-Shaped Beam to Circular Column Moment Connections with Channel Link

نویسندگان [English]

  • Vahid Akrami 1
  • Aryaz Adili 2
  • Kazem Shakeri 3
  • Naseraldin Shahbazi 4
1 Associate Professor, Faculty of Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran.
2 M.Sc. Graduate, Faculty of Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran.
3 Professor, Faculty of Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran.
4 Assistant Professor, Faculty of Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran.
چکیده [English]

The I-shaped beam to circular column connections can be constructed by curved cutting of the beam flanges or by installing external diaphragms around the column, which cause both economic and practical difficulties. A practical method proposed for construction of these connections consists of welding a link channel to the circular column and welding the beam to the link channel. As this method is new, the effect of link channel dimensions, I-shaped beam section dimensions, circular column dimensions and the link channel stiffeners on the connection behavior is not known well. Accordingly, this paper presents a FE investigation on the cyclic behavior of I-shaped beam to circular column moment connections with link channel. The main novelty of the research is the parametric evaluation of the affecting parameters, considering the stiffness and strength degradation from ultra-low-cycle fatigue, which is made possible by including ductile damage for metallic materials in ABAQUS software. For this purpose, first, the parameters of the damage model are calibrated by comparing the numerical results with the laboratory data, and then, the connection models are analyzed under a displacement-control quasi-static cyclic loading. Based on the results, the thickness of the link channel plate has the most significant effect on the overall behavior of the connection compared to other link parameters. It is also observed that the link channel stiffeners increase overall stiffness and strength of the connection. However, they cause extension of yielding towards the beam to link connection, and cause rapid growth of plastic strain in this area.

کلیدواژه‌ها [English]

  • I-shaped beam
  • circular column
  • channel link
  • cyclic behavior
  • stiffener

مراجع

[1] ANSI/AISC 358-16 (2016). Prequalified connections for special and intermediate steel moment frames for seismic applications, American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois, USA.
[2] Sohaei, S., Tahamouli Roudsari, M., & Memarzadeh, P. (2023). Numerical investigation of the beam-to-circular column connection using a new external stiffener, Journal of Structural and Construction Engineering, 10(3), 127-149. doi: 10.22065/jsce.2022.339870.2801 [In Persian]
[3] Couchaux, M., Vyhlas, V., Kanyilmaz, A. & Hjiaj, M. (2021). Passing-through I-beam-to-CHS column joints made by laser cutting technology: Experimental tests and design model, Journal of Constructional Steel Research, 176, 106298. doi: 10.1016/j.jcsr.2020.106298
[4] Tahamouli Roudsari, M., Sohaei, S., Torkaman, M., Alizadeh, A., Safaee, S., Haghaninia, A., & Mohammadi-Majd, M. (2019). Experimental Investigation of I-Shaped Beam to Circular Column Rigid Connection with Stiffened and Non-Stiffened Channel Link, Journal of Earthquake Engineering, 25(13), 1-23. doi: 10.1080/13632469.2019.1628129
[5] Asadian, R., Naser Asadi, K., & Eghbali, M. (2022). Seismic Evaluation of Optimal Performance-Based Design of Steel Moment Frames with Metaheuristic Algorithms, Civil Infrastructure Researches, 7(2), 107-128. doi: 10.22091/cer.2021.6938.1249 [In Persian]
[6] Fathali, M. A., Hoseini Vaez, S. R., & Dehghani, E. (2019). Modeling the link beam behavior to evaluate its performance according to FEMA 356 and calculating the target displacement of performance levels, Civil Infrastructure Researches, 4(2), 47-60. doi: 10.22091/cer.2018.3193.1118 [In Persian]
[7] Hamedi, F., & Adibzadeh, S. B. (2023). Minimum Thickness of the Column Face in the Welded Unreinforced Flange-Welded Web (WUF-W) Moment Connection to Box Column without Continuity Plate, Civil Infrastructure Researches, 8(2), 157-172. doi: 10.22091/cer.2022.8291.1405 [In Persian]
[8] Ahmadi, M., & Musavi, M. R. (2021). Effect of High-Strength Materials on Axial Capacity of CFT Columns, Civil Infrastructure Researches, 6(2), 49-66. doi: 10.22091/cer.2021.6837.1239 [In Persian]
[9] Elremaily, A., & Azizinamini, A. (2001). Experimental behavior of steel beam to CFT column connections, Journal of Constructional Steel Research, 57(10), 1099-1119. doi: 10.1016/S0143-974X(01)00025-6
[10] Elremaily, A., & Azizinamini, A. (2001). Design provisions for connections between steel beams and concrete filled tube columns, Journal of Constructional Steel Research, 57(9), 971-995. doi: 10.1016/S0143-974X(01)00016-5
[11] Cheng, C. T., & Chung, L. L. (2003). Seismic performance of steel beams to concrete-filled steel tubular column connections, Journal of Constructional Steel Research, 59(3), 405-426. doi: 10.1016/S0143-974X(02)00033-0
[12] Sheet, I. S., Gunasekaran, U., & MacRae, G. A. (2013). Experimental investigation of CFT column to steel beam connections under cyclic loading, Journal of Constructional Steel Research, 86, 167-182. doi: 10.1016/j.jcsr.2013.03.021
[13] Jeddi, M. Z., Sulong, N. R., & Khanouki, M. A. (2017). Seismic performance of a new through rib stiffener beam connection to concrete-filled steel tubular columns: An experimental study, Engineering Structures, 131, 477-491. doi: 10.1016/j.engstruct.2016.10.038
[14] Kanyilmaz, A., & Castiglioni, C. A. (2018). Fabrication of laser cut I-beam-to-CHS-column steel joints with minimized welding, Journal of Constructional Steel Research, 146, 16-32. doi: 10.1016/j.jcsr.2018.02.039
[15] Das, R., Kanyilmaz, A., Couchaux, M., Hoffmeister, B., & Degee, H. (2020). Characterization of moment resisting I-beam to circular hollow section column connections resorting to passing-through plates, Engineering Structures, 210, 110356. doi: 10.1016/j.engstruct.2020.110356
[16] Sabbagh, A. B., Chan, T. M., & Mottram, J. T. (2013). Detailing of I-beam-to-CHS column joints with external diaphragm plates for seismic actions, Journal of Constructional Steel Research, 88, 21-33. doi: 10.1016/j.jcsr.2013.05.006
[17] Quan, C., Wang, W., Chan, T. M., & Khador, M. (2017). FE modelling of replaceable I-beam-to-CHS column joints under cyclic loads, Journal of Constructional Steel Research, 138, 221-234. doi: 10.1016/j.jcsr.2017.07.012
[18] Tahamouli Roudsari, M., Sohaei, S., Torkaman, M., Safaee, S. A., Tahmasebi, S., Mohammadi, S., & Ghiasvand, M. M. (2020). Presenting a new detail for the rigid connection between I-shaped beam and concrete-filled steel tube column with stiffened channel link, International Journal of Steel Structures, 20(2), 655-667. doi: 10.1007/s13296-020-00312-w
[19] Akrami, V., & Erfani, S. (2015). Effect of local web buckling on the cyclic behavior of reduced web beam sections (RWBS), Steel and Composite Structures, 18(3), 641-657. doi: 10.12989/scs.2015.18.3.641
[20] Kanvinde, A. M., & Deierlein, G. G. (2004). Micromechanical simulation of earthquake induced fracture in structural steel, Report NO. 145, John A. Blume Earthquake Engineering Center, Stanford University, CA, USA.
[21] ANSI/AISC 341-16 (2016). Seismic Provisions for Structural Steel Building, American Institute of Steel Construction (AISC), Chicago, Illinois, USA.
[22] ANSI/AISC 360-16 (2016). Specification for Structural Steel Buildings, American Institute of Steel Construction (AISC), Chicago, Illinois, USA.
ارسال نظر در مورد این مقاله
CAPTCHA Image

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار