نشریه علمی سازه و فولاد

نشریه علمی سازه و فولاد

تاثیر نوع اتصال گیردار بر سختی جانبی قاب‌های خمشی فولادی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه عمران، واحداراک، دانشگاه آزاد اسلامی، اراک، ایران
2 دانشجوی دکترای عمران، واحد اراک، دانشگاه آراد اسلامی، اراک، ایران
10.22034/jss.2026.582612.1037
چکیده
زمینه و هدف: در آیین‌نامه AISC، اتصالات گیردار از پیش‌تاییدشده‌ای معرفی شده که عملکرد لرزه‌ای قابل‌قبولی برای قاب‌های خمشی تضمین می‌کنند. تعدادی از این اتصالات در مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ایران آورده شده است. در طراحی‌های متداول، نوع اتصال در مدلسازی نرم‌افزاری لحاظ نمی‌شود و تمامی اتصالات خمشی به یک صورت تعریف می‌گردند. این در حالی است که رفتار واقعی هر اتصال تفاوت‌های قابل‌توجهی در سختی جانبی، جذب انرژی و شکل‌پذیری ایجاد می‌کند. هدف این تحقیق، بررسی تأثیر سه نوع اتصال گیردار شامل WUF-W، WFP و BFP بر سختی جانبی قاب‌های خمشی فولادی به‌صورت ترکیبی آزمایشگاهی و عددی می‌باشد.
روش پژوهش: سه قاب خمشی فولادی در مقیاس کامل با دهانه ۲/۸ و ارتفاع ۱/۸ متر ساخته شدند. مقاطع تیر و ستون به‌ترتیب معادل IPE270 و IPB180 در نظر گرفته شد و اصل تیر ضعیف-ستون قوی کنترل گردید. نمونه‌ها تحت پروتکل بارگذاری چرخه‌ای ATC-24 با کنترل تغییرمکان قرار گرفتند. تغییرمکان تسلیم قاب ۲۰ میلی‌متر و بارگذاری تا ۱۰۰ میلی‌متر ادامه یافت. مدلسازی عددی با آباکوس انجام شد. از المان‌های C3D8R، مدل سخت‌شوندگی هم‌بازگشت و معیار فون-میسز استفاده گردید. جوش‌ها با قید صلب و پیچ‌ها با المان‌های جامد و پیش‌تنیدگی شبیه‌سازی شدند. نتایج عددی با داده‌های آزمایشگاهی اعتبارسنجی شدند. پارامترهای سختی اولیه، فراتسلیم، سکانتی، انرژی پلاستیک و میرایی از منحنی‌های هیسترزیس استخراج گردید.
یافته‌ها: استفاده از ورق‌های فوقانی و تحتانی در اتصال WFP نسبت به WUF-W، سختی اولیه را ۸۳ درصد و مقاومت نهایی را ۸۹ درصد افزایش می‌دهد. اما شکل‌پذیری را ۹ درصد و میرایی را ۱۷ درصد کاهش می‌دهد. اتصال BFP با سختی اولیه ۰/۴۶ و مقاومت ۲۱/۵ تن، عملکرد میانی دارد. در اتصال WUF-W، مفصل پلاستیک در چشمه اتصال تشکیل می‌شود، اما در دو اتصال دیگر به ستون مجاور منتقل می‌گردد. مقایسه نتایج عددی و آزمایشگاهی تطابق خوب با خطای ۶ تا ۱۲ درصد را نشان می‌دهد.
نتیجه‌گیری: انتخاب اتصال باید بر اساس اولویت طراحی باشد. در مناطق لرزه‌خیز، اتصال WUF-W با بالاترین شکل‌پذیری و میرایی و تشکیل مفصل پلاستیک در تیر توصیه می‌شود. برای سختی و مقاومت بالا، اتصال WFP مناسب‌تر است. برای تعمیرپذیری و رفتار متعادل، اتصال BFP پیشنهاد می‌گردد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

The effect of rigid connection type on lateral stiffness of steel bending frames

نویسندگان English

Mehdi Alirezaei 1
Mohammad Mir Hossini 1
Khosro Pilevarian 2
Ehsanollah Zeighami 1
1 Department of Civil Engineering, Ar.C., Islamic Azad University, arak, Iran
2 Ph.D. Candidate, Department of Civil Engineering Arak Branch, Islamic Azad University, Arak, Iran
چکیده English

Background: The AISC prequalifies several rigid connections that ensure acceptable seismic performance for steel moment frames. Some of these connections are included in the Iranian National Building Code, Part 10. In conventional design practice, the connection type is typically ignored in numerical modeling, and all rigid connections are modeled similarly. However, the actual behavior of each connection can create significant differences in lateral stiffness, energy dissipation, and ductility. The aim of this study is to investigate the effect of three rigid connection types, including WUF-W, WFP, and BFP, on the lateral stiffness of steel moment frames through a combined experimental and numerical approach.
Methods: Three full-scale steel moment frames with a span of 2.8 m and height of 1.8 m were constructed. Beam and column sections were considered equivalent to IPE270 and IPB180, respectively, and the strong column-weak beam principle was controlled. The specimens were subjected to the ATC-24 cyclic loading protocol under displacement control. The yield displacement of the frame was 20 mm, and loading continued up to 100 mm. Numerical modeling was performed using Abaqus. C3D8R elements, combined isotropic-kinematic hardening model, and von-Mises yield criterion were used. Welds were simulated using tie constraints, and bolts were modeled using solid elements with prestressing. Numerical results were validated against experimental data. Key stiffness parameters including initial, post-yield, and secant stiffness, as well as cumulative plastic energy and damping, were extracted from hysteresis curves.
Results: The use of top and bottom flange plates in the WFP connection compared to WUF-W increases the initial stiffness by 83% and ultimate strength by 89%. However, it reduces ductility by 9% and damping by 17%. The BFP connection with an initial stiffness of 0.46 and ultimate strength of 21.5 tons shows intermediate performance. In the WUF-W connection, the plastic hinge forms in the panel zone, while in the other two connections, it is transferred to the adjacent column. Comparison of numerical and experimental results shows good agreement with an error of 6% to 12%.
Conclusion: The choice of connection should be based on design priorities. In seismic regions, the WUF-W connection with the highest ductility and damping, and plastic hinge formation in the beam, is recommended. For high stiffness and strength, the WFP connection is more suitable. For repairability and balanced behavior, the BFP connection is suggested.

کلیدواژه‌ها English

Moment frame
lateral stiffness
Rigid connection
Connection plates
Pre-approved connections
دوره 20، شماره 52 - شماره پیاپی 53
در حال انجام
تابستان 1405

  • تاریخ دریافت 31 اردیبهشت 1405
  • تاریخ بازنگری 04 مرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 06 مرداد 1405
  • تاریخ اولین انتشار 06 مرداد 1405
  • تاریخ انتشار 01 تیر 1405