نشریه علمی سازه و فولاد

نشریه علمی سازه و فولاد

بررسی تأثیر گیرداری اتصال مهاربند با ورق اتصال گرهی (ورق گاست) بر رفتار قاب مهاربندی فولادی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شریف
2 دانشکده مهندسی عمران - دانشکدگان فنی - دانشگاه تهران
3 دانشکدگان فنی، دانشگاه تهران
چکیده
در تحلیل و طراحی سازه‌های فولادی، معمولاً اتصالات به یکی از دو حالت مفصلی کامل یا گیردار کامل فرض می‌شوند. در عمل هیچ‌گاه رفتار اتصالات مطابق فرض ایده‌آل نیست؛ اتصالات مفصلی مقدار اندکی گیرداری دارند و اتصالات گیردار نیز عملکرد صد در صد گیردار نشان نمی‌دهند. در طراحی سازه‌های فولادی رایج، تأثیر این مسئله بر مشخصات سازه، ناچیز فرض شده و رفتار اتصالات ایده‌آل در نظر گرفته می‌شود. در این مقاله اتصال تیر به ستون در محلی که مهاربند به‌وسیلۀ ورق اتصال گرهی (ورق گاست) به آن‌ها متصل شده، مورد بررسی قرار می‌گیرد. این اتصال در طراحی‌ها مفصلی فرض می‌شود؛ درحالی‌که وجود ورق گاست و ملحقات اتصال، ممکن است مقدار قابل‌توجهی گیرداری ایجاد کند. تحقیق حاضر در دو مرحلۀ کلی صورت می‌گیرد. در مرحلۀ نخست، یک قاب مهاربندی آزمایشگاهی انتخاب می‌شود؛ ابتدا اتصالات دارای ورق گاست این قاب در نرم‌افزار Abaqus و سپس کل قاب در نرم‌افزار Opensees مدل‌سازی می‌شود. رفتار اتصال از مدل‌سازی اول به‌دست می‌آید و در مدل‌سازی دوم تعریف می‌شود. مقایسۀ رفتار قاب مدل‌سازی‌شده در Opensees با قاب واقعی تحت آزمایش، این اطمینان را می‌دهد که رفتار واقعی اتصال مذکور با دقت مناسبی به‌دست آمده است. در مرحلۀ دوم، ابتدا یک قاب ساختمانی مهاربندی چندین طبقه انتخاب شده و در نرم‌افزار Opensees شبیه‌سازی می‌شود. در این شبیه‌سازی، اتصالات دارای ورق گاست، یک بار با فرض رفتار مفصلی کامل و بار دیگر با فرض رفتار واقعی به‌دست‌آمده در مرحلۀ قبل، مدل می‌شوند. مقایسۀ رفتار این دو قاب تحت بارگذاری زلزله نشان داد که اتصال تیر به ستونِ دارای ورق گاست، لنگر قابل‌توجهی را منتقل می‌کند و در دسته‌بندی اتصالات نیمه‌گیردار قرار می‌گیرد. بااین‌حال نشان داده شد که اثر مدل‌سازی نیمه‌گیرداری این اتصالات در رفتار خطی و غیرخطی سازه، به‌علت سختی جانبی بالای قاب فولادی مهاربندی، ناچیز است.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Influence of Gusset Plate Connection Stiffness on the Behavior of Steel Braced Frames

نویسندگان English

Seyyed Mohyeddin Ghodratian Kashan 1
Seyed Hassan Sharbatdar Hosseini 3
1 Faculty of Civil Engineering, Sharif University of Technology
3 College of Engineering, University of Tehran
چکیده English

Steel connections are often divided into two categories; either fully pin or fully fixed. However, in practice, pin connections show some degree of constraining and fixed connection will not provide a behavior of absolute constraining. Thus, the behavior of connections does not completely align with these two categories. Definitely, this issue has effects on the characteristics of structures. However, in designing of ordinary steel buildings, these effects have neglected and it’s assumed that the behavior of the connection is an ideal one.  In this paper, beam to column connection is evaluated where the brace joints them through a gusset plate. While the implementation of gusset plate may produce considerable amount of constraining, this connection is modeled as mere pin connection. This research is carried out in two main phases. In the first phase, an experimental study on braced frame connections is selected and modeled using Abaqus software.  The behavior of the connection is evaluated and compared with test results. In the second phase, a multistory braced building frame is selected and simulated in the Opensees software. In this simulation, connections with gusset plate are modeled in two different methods. In first method, fully pin behavior is considered while in the second method, actual behavior obtained in the previous phase, is modeled. These two different models are analyzed under the same earthquake loading. The results show that the beam to column connection with gusset plate, could transmit significant bending moment and should be classified as semirigid connections. However, it is shown that due to large lateral stiffness of braced frames, modeling the semirigidity has negligible effect on linear and nonlinear behavior of the structures.

کلیدواژه‌ها English

Steel Connections
Gusset Plate
Semi-Rigid Connection
Steel Braced Frame
[1] Astaneh-Asl, A. (1982), “Cyclic behavior of double angle bracing members with end gusset plates”, The University of Michigan, Report No. UMEE 82R7, pp.249-256.
[2] Astaneh-Asl, A., and Goel, S.C. (1984), “Cyclic in-plane buckling of double angle bracing”, Journal of Structural Engineering, 110(9), pp.2036-2055.
[3] Astaneh-Asl, A., Goel, S.C., and Hanson, R.D. (1985); “Cyclic out-of-plane buckling of double angle bracing”, Journal of Structural Engineering, 111(5), pp.1135-1153.
[4] American Institute of Steel Construction (2023).  16th Edition, Second Printing.
[5] Johnson, S.M. (2005), “Improved seismic performance of special concentrically braced frames”, Department of Civil Engineering, University of Washington, Seattle, Washington.
[6] Herman, D. (2007), “Further improvements on and understanding of special concentrically braced frame systems”, Department of Civil Engineering, University of Washington, Seattle, Washington.
[7] Kotulka, B. (2007), “Analysis for a design guide on gusset plates used in special concentrically braced frames”, Thesis for Master of Science in Engineering, Department of Civil Engineering, University of Washington, Seattle, Washington, USA.
[8] Lehman, D.E., Roeder, C.W., Herman, D., Johnson, S.M., and Kotulka, B. (2008), “Improved seismic performance of gusset plate connections”, Journal of Structural Engineering, 134(6), pp.890-901.
[9] Roeder, C.W., Lehman, D.E., and Yoo, J.H. (2005), “Improved design of steel frame connections”, International Journal of Steel Structures, 5(2), pp.141-153.
[10] Yoo, J.H., Lehman, D.E., and Roeder, C.W. (2008), “Influence of connection design parameters on the seismic performance of braced frames”, Journal of Constructional Steel Research, 64(6), pp.607-623.
[11] Nascimbene, R., Rassati, G.A., and Wijesundara, K.K. (2012), “Numerical simulation of gusset plate connections with rectangular hollow section shape brace under quasi-static cyclic loading”, Journal of Constructional Steel Research, 70, pp.177-189.
[12] Salawdeh, S., English, J., Goggins, J., Elghazouli, A.Y., Hunt, A., and Broderick, B.M. (2017), “Shake table assessment of gusset plate connection behaviour in concentrically braced frames”, Journal of Constructional Steel Research, 138, pp.432-448.
 [13]عبادی، پ.، و آرونی، م. (۱۳۹۹)، "اثر اتصالات انتهایی مهاربند‌ها (گاست‌پلیت‌ها) در نحوۀ توزیع نیرو‌ها در ستون‌ها در طراحی مهاربند‌های ضربدری با فولاد نرم"، کنفرانس بین‌المللی مهندسی عمران، معماری، توسعه و بازآفرینی زیرساخت‌های شهری در ایران، تهران، ایران.
[14] Stoakes, C.D., and Fahnestock, L.A. (2011), “Cyclic flexural testing of concentrically braced frame beam-column connections”, Journal of Structural Engineering, 137(7), pp.739-747
[15] Chou, C.C., Liu, J.H., and Pham, D.H. (2012), “Steel buckling-restrained braced frames with single and dual corner gusset connections: seismic tests and analyses”, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 41, pp.1137-1156
[16] Lai, J.W. (2012), “Experimental and analytical studies on the seismic behavior of conventional and hybrid braced frames”, A dissertation for the degree of Doctor of Philosophy in Engineering – Civil and Environmental Engineering, University of California, Berkeley, CA, USA.
[17] Cui, Y., Asada, H., Kishiki, S., and Yamada, S. (2012), “Ultimate strength of gusset plate connections with fillet welds”, Journal of Constructional Steel Research, 75, pp.104-115
[18] Rosenstrauch, P.L., Sanayei, M., and Brenner, B.R. (2013), “Capacity analysis of gusset plate connections using the Whitmore, block shear, global section shear, and finite element methods”, Engineering Structures, 48, pp.543-557.
[19] Fang, C., Yam, M.C.H., Cheng, J.J.R., and Zhang, Y. (2015), “Compressive strength and behaviour of gusset plate connections with single-sided splice members”, Journal of Constructional Steel Research, 106, pp.166-183
[20] Wang, P., Wang, Z., Pan, J., Zheng, Y., and Liu, D. (2019), “Cyclic behavior of steel beam to CFT column connections with gusset plates”, Advances in Civil Engineering, 2019(1), pp.3798671.
 [21]قاسمی، ح. (۱۳۷۷)، "مطالعۀ تأثیر رفتار اتصالات نیمه‌گیردار بر رفتار سازه‌های فولادی"، پایان‌نامۀ کارشناسی ارشد مهندسی عمران گرایش سازه، دانشکده فنی، دانشگاه تهران.
 [22]اصل عربی، غ. (۱۳۷۸)، "بررسی رفتار دینامیکی سازه‌های فولادی با اتصالات نیمه‌صلب"، پایان‌نامۀ کارشناسی ارشد مهندسی عمران گرایش سازه، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه یزد.
 [23]فرشچی، ح.، سروقد مقدم، ع.، و احمدی جزنی، ر. (۱۳۹۰)، "بررسی تحلیلی-آزمایشگاهی اثر مقاومت اتصالات در قاب‌های مهاربند ضربدری"، عمران مدرس، دوره ۱۱، شماره۴، ص: 69-82.
 [24]یادگاری، م. (۱۳۹۶)، "تأثیر سختی و گیرداری اتصال مفصلی در رفتار قاب‌های بادبندی فولادی"، پایان‌نامۀ کارشناسی ارشد مهندسی عمران گرایش سازه، گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد رودهن.
 [25]دلاویز، آ.، محصولی، م.، و استکانچی، ه. (۱۳۹۹)، "اثر رفتار نیمه‌صلب اتصال تیر به ستون در قابلیت اعتماد قاب فولادی"، دوازدهمین کنگرۀ ملی مهندسی عمران، ۷ و ۸ خرداد ۱۳۹۹، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران.
 [26]اصغری، ا. (۱۳۹۵)، "بررسی شکل‌پذیری قاب‌های فولادی مهاربندی‌شدۀ ضربدری واقع در دو دهانۀ میانی مجاور هم"، نشریه مهندسی عمران فردوسی، سال بیست و هفتم، شماره۲، ص ۵۷-۷۴.
 [27]استاندارد ۲۸۰۰، (۱۳۹۴)، آیین‌نامه طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله (ویرایش چهارم)، مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی.

  • تاریخ دریافت 17 شهریور 1404
  • تاریخ بازنگری 01 اردیبهشت 1405
  • تاریخ پذیرش 19 اردیبهشت 1405
  • تاریخ اولین انتشار 19 اردیبهشت 1405
  • تاریخ انتشار 01 دی 1404