نشریه علمی سازه و فولاد

نشریه علمی سازه و فولاد

ارزیابی ناپایداری موضعی جان ستون ساخته‎‌شده از جفت نیمرخ IPE تحت اثر بارگذاری فشاری دوطرفه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران
چکیده
زمینۀ پژوهش: پایداری چشمه اتصال، از عوامل تعیین‌کنندۀ عملکرد اتصالات گیردار فولادی است. برای جلوگیری از ناپایداری‌های موضعی در جان و بال ستون از ورق‌های پیوستگی استفاده می‌شود. در این مقاله، ظرفیت موضعی ستون‌های ساخته‌شده از نیمرخ‌های IPE تحت اثر بارگذاری فشار دوطرفه بررسی می‌شود. ضوابط موجود برای تعیین ظرفیت حالت حدی کمانش فشاری جان و ورق‌های پیوستگی، بر اساس نتایج تحقیق بر روی مقاطع بال‌پهن توسعه یافته‌اند و اطلاعات محدودی در مورد رفتار مقاطع جفت IPE تحت اثر بارهای متمرکز وجود دارد.
روش پژوهش: در ابتدا مدل اجزای محدود برای بررسی پدیدۀ ناپایداری موضعی ایجاد و دقت آن با استفاده از داده‌های آزمایشگاهی ارزیابی شد. ستون‌های جفت IPE به‌همراه ورق‌های پیوستگی در نرم‌افزار آباکوس شبیه‌سازی شدند. برای بررسی رفتار ‌کمانش در نمونه‌ها، از تحلیل استاتیکی Riks با اعمال نقص اولیه معادل ۰/۰۰۱٪ شکل مود اول کمانش استفاده شد. برای ستون و صفحات بارگذاری از المان C3D8R و برای ورق‌های پیوستگی از المان پوسته‌ای S4در شبیه‌سازی استفاده شد. برای مدل‎سازی اتصال جوش، ورق‌های پیوستگی نیز با قید Embedded Region مدل شد. در ادامه، رفتار ۱۵ نمونه ستون جفت IPE تحت اثر بارگذاری متمرکز فشار دوطرفه بررسی شد.
یافته‌ها: ظرفیت جان و ورق‌های پیوستگی ستون‌ها با استفاده از ضوابط آیین‌نامۀ AISC 360-22 تعیین و با نتایج تحلیل اجزای محدود مقایسه شد. نتایج حاصل از تحلیل اجزای محدود نشان می‌دهد ظرفیت مؤثر کمانش فشاری جان در ستون‌های بدون ورق پیوستگی، بین ۱۳۲٪ تا ۱۸۹٪ مقادیر نظری آیین‌نامه است. همچنین ظرفیت مؤثر ورق‌های پیوستگی تحت اثر فشار دوطرفه در بازۀ ۹۱% تا ۱۴۷% مقادیر نظری قرار دارد. بر این اساس، موارد اصلاحی و پیشنهادهای مربوطه برای تعیین ظرفیت جان و ورق‌های پیوستگی در ستون‌های جفت IPE ارائه شد.
نتیجه‌گیری: نتایج این پژوهش بیانگر آن است که روابط آیین‌نامه‌ای در پیش‌بینی مقاومت موضعی مقاطع جفت، محافظه‌کارانه عمل می‌کنند. با استفاده از ضرایب و روابط پیشنهادی این پژوهش، می‌توان ظرفیت واقعی مقاطع را با دقت بالاتری تخمین زد. کاربرد مهندسی نتایج این تحقیق، بهینه‌سازی طراحی اتصالات گیردار است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Assessment of Local Web Instability in Double‑IPE Built‑Up Column Subjected to Double Compression Loading

نویسندگان English

Nima Fakhar Hasani
Yousef Hosseinzadeh
Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran
چکیده English

Background: The stability of the panel zone plays a critical role in the performance of steel moment-resisting beam‑to‑column connections. Continuity plates are commonly used to prevent local instability in the column web and flanges; however, existing design provisions are primarily based on studies of wide‑flange sections, and limited information is available regarding the behavior of double‑IPE built‑up columns under concentrated compression. This study investigates the local load‑bearing capacity and instability mechanisms of double‑IPE built‑up column webs subjected to double compression loading.
Methods: A finite element model was developed to simulate local instability under concentrated load, and its accuracy was validated using available experimental data. The static Riks analysis method was employed to examine buckling behavior, incorporating initial imperfections equal to 0.001% of the first buckling mode shape. Subsequently, the behavior of 15 double‑IPE built‑up column specimens under double compression loading conditions was examined.
Results: The web and continuity plate capacities were evaluated using the AISC 360-22 provisions. The findings indicate that the actual web compression buckling capacity ranges from 132% to 189% of the theoretical predictions for columns without continuity plates, while the effective load‑bearing capacity of continuity plates ranges from 91% to 147% of the theoretical values. Finally, recommendations were developed for determining the capacities of the web and continuity plates in built-up IPE columns.
Conclusion: Current design code criteria are overly conservative in predicting the local capacity of double sections. The proposed coefficients and relations proposed in this study enable a more accurate estimation of the actual capacity of columns.

کلیدواژه‌ها English

IPE Built-up Column
Concentrated Load
Local Instability
Web Compression Buckling
Continuity Plate
[1] Specification for Structural Steel Buildings, ANSI/AISC 360-22, (2022), AISC, American Institute of Steel Construction, Incorporated. Chicago, IL.
[2] Fakhar hasani, N., and Hosseinzadeh, Y. (2025), "Determination of the bearing capacity of the flange and web of box sections under concentrated loads," Journal of Structural and Construction Engineering, 12(9), pp.82-104.
[3] Timoshenko, S.P., and Gere, J.M. (2012), "Theory of elastic stability", Courier Corporation.
[4] Chen, W.F., and Oppenheim, I.J. (1974), "Web buckling strength of beam-to-column connections", Journal of the Structural Division, 100(1), pp.279-285.
[5] Newlin, D., and Chen, W.F. (1971), "Strength and Stability of Column Web in Welded Beam-to-Column connections fritz engineering laboratory," Report 333.14, Lehigh University, Bethlehem, Pa.
[6] Sherbourne, A.N., and Murthy, D.N.S. (1978), "Computer simulation of column webs in structural steel connections", Computers and Structures, 8(3-4), pp.479-490.
[7] Elgaaly, M., and Salkar, R. (1991), "Web crippling under edge loading", In Proceedings of AISC National Steel Construction Conference Chicago, IL. American Institute of Steel Construction, Incorporated.
[8] Chen, S.J., and Chen, G.K. (1993), "Fracture of steel beam to box column connections", Journal of the Chinese Institute of Engineers, 16(3), pp.381-394.
[9] Hajjar, J.F., Dexter, R.J., Ojard, S.D., Ye, Y., and Cotton, S.C. (2003), "Continuity plate detailing for steel moment-resisting connections", Engineering Journal, 40(4), pp.189-211.
[10] Chou, C.C., and Uang, C.M. (2007), "Effects of continuity plate and transverse reinforcement on cyclic behavior of SRC moment connections", Journal of Structural Engineering, 133(1), pp.96-104.
[11] Tran, A.T., Hassett, P.M., and Uang, C.M. (2013), "A flexibility-based formulation for the design of continuity plates in steel special moment frames", Engineering Journal, 50(3), pp.181-200.
[12] Salkar, R., Salkar, A., and Davids, W. (2015), "Crippling of webs with partial depth stiffeners under patch loading", Engineering Journal, 52(4), pp.221-232.
[13] Mashayekh, A., and Uang, C.M. (2018), "Experimental evaluation of a procedure for SMF continuity plate and weld design", Engineering Journal, 55(2), pp.109-122.
[14] Jazany, R.A., and Ghobadi, M.S. (2017), "Design methodology for inclined continuity plate of panel zone", Thin-Walled Structures, 113, pp.69-82.
[15] Norwood, J. (2018), "Effect of Continuity Plate Eccentricity on the Performance of Welded Beam-to-Column Connections", University of Arkansas.
[16] Rodilla, J.A., and Kowalkowski, K. (2021), "Determination of capacities of eccentric stiffeners part 1: experimental studies", Engineering Journal, 58(2), pp.79-98.
[17] Rodilla, J.A., and Kowalkowski, K. (2021), "Determination of capacities of eccentric stiffeners part 2: analytical studies", Engineering Journal American Institute OF Steel Construction, 58(2), pp.99-122.
[18] Fakhar hasani, N., and Hosseinzadeh, Y. (2025), "Determination of the continuity plate capacity in box section columns," Journal of Structural and Construction Engineering, 12(9), pp.66-81.
[19] ABAQUS. Abaqus/CAE User’s Manual. V2021: Dassault Systems, Incorporaterd. Dassault Systems. http://www.simulia.com.
[20] Bruneau, M., Uang, C.M., and Whittaker, A.S. (1998), "Ductile design of steel structures", 389, New York: McGraw-Hill.
[21] Rodilla, J. A., and Kowalkowski, K. (2019), "Analysis and design of eccentric stiffeners part of moment connections to column flanges", Final Report for AISC, Chicago, IL.

  • تاریخ دریافت 18 آبان 1404
  • تاریخ بازنگری 28 دی 1404
  • تاریخ پذیرش 30 دی 1404
  • تاریخ اولین انتشار 15 فروردین 1405
  • تاریخ انتشار 15 فروردین 1405