نشریه علمی سازه و فولاد

نشریه علمی سازه و فولاد

ارزیابی تأثیر طول بارگذاری بر ظرفیت سخت‌کننده‌های عرضی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران
2 گروه سازه، دانشکده عمران ، دانشگاه تبریز
چکیده
زمینه و هدف: در اتصالات فولادی، استفاده از سخت‌کننده‌های عرضی موجب افزایش ظرفیت جان و بال اعضا در برابر ناپایداری‌های موضعی ناشی از بارهای متمرکز می‌شود. در این مقاله، تأثیر طول بارگذاری بر ظرفیت سخت‌کننده‌های عرضی تحت اثر بارگذاری فشار دوطرفه بررسی می‌شود. ضوابط موجود برای تعیین ظرفیت فشاری سخت‌کننده‌های عرضی، متغیر طول بارگذاری را در نظر نمی‌گیرد و اطلاعات محدودی در مورد ناپایداری موضعی مقاطع فولادی تحت اثر بارهای متمرکز با طول بارگذاری متفاوت وجود دارد.
روش پژوهش: در ابتدا مدل اجزای محدود برای بررسی پدیده ناپایداری موضعی ایجاد و دقت آن با استفاده از داده‌های آزمایشگاهی ارزیابی شد. مقاطع فولادی به همراه سخت‌کننده‌های عرضی در نرم‌افزار آباکوس شبیه‌سازی شدند. جهت بررسی رفتار ‌کمانش در نمونه‌ها، از تحلیل Static Riks با لحاظ کردن رفتار غیرخطی هندسی و اعمال نقص اولیه معادل 001/0% شکل مود اول کمانش استفاده شد. برای ستون و صفحات بارگذاری از المان جامدC3D8R و برای سخت‌کننده‌های عرضی از المان پوسته‌ای S4در شبیه‌سازی استفاده شد. اتصال جوش سخت‌کننده‌های عرضی نیز با قیدEmbedded Region مدل گردید. در ادامه، رفتار 54 نمونه تحت اثر بارگذاری متمرکز فشار دوطرفه بررسی شد.
یافته‌ها: نتایج حاصل از تحلیل اجزای محدود نشان داد که افزایش طول بارگذاری موجب افزایش ظرفیت جان مقاطع فولادی و سخت‌کننده‌های عرضی می‌شود. همچنین ظرفیت فشاری سخت‌کننده‌های عرضی با استفاده از ضوابط آیین‌نامه AISC 360-22 تعیین و با نتایج تحلیل اجزای محدود مقایسه شد. ظرفیت مؤثر این اجزا تحت اثر فشار دوطرفه بین 35% تا 96% مقادیر نظری پیش‌بینی شده توسط آیین‌نامه تعیین شد. بر این اساس، موارد اصلاحی و پیشنهادهای مربوطه برای تعیین ظرفیت سخت‌کننده‌های عرضی در مقاطع فولادی ارائه شد.
نتیجه‌گیری: نتایج این پژوهش نشان داد که طول بارگذاری متغیر تأثیر گذاری بر ظرفیت سخت‌کننده‌های عرضی می‌باشد. همچنین روابط آیین‌نامه‌ای در پیش‌بینی ظرفیت این اجزا، غیر محافظه‌کارانه عمل می‌کنند. با استفاده از رابطه پیشنهادی این پژوهش، می‌توان ظرفیت واقعی سخت‌کننده‌های عرضی را با دقت بالاتری تخمین زد. کاربرد مهندسی نتایج این تحقیق، بهینه‌سازی طراحی اتصالات فولادی می‌باشد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Assessment of Bearing Length impact on Capacity of Transverse Stiffeners

نویسندگان English

Nima Fakhar Hasani 1
Yousef Hosseinzadeh 2
1 Ph.D. Student, Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran
2 Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz
چکیده English

Background: In steel connections, transverse stiffeners are utilized to increase the web and flange capacity against local instabilities induced by concentrated loads. This paper investigates the effect of bearing length on the capacity of transverse stiffeners subjected to double concentrated compression loading. Existing design provisions for determining the compressive capacity of transverse stiffeners do not account for the bearing length variable, and limited information is available regarding the local instability of steel sections under concentrated loads with varying bearing lengths.

Methodology: Initially, a finite element model was created in ABAQUS to investigate the local instability phenomenon, and its accuracy was validated against experimental data. To evaluate the buckling behavior of the specimens, a Static Riks analysis was performed, incorporating geometric non-linearity and an initial geometric imperfection equal to 0.001% of the first buckling mode shape. C3D8R solid elements were assigned to the steel member and loading plates, while S4 shell elements were used for the transverse stiffeners. The welded connections of the stiffeners were modeled using the Embedded Region constraint. Subsequently, a parametric study comprising 54 numerical models was conducted to evaluate their behavior under double concentrated compression loading.

Findings: Results from the finite element analysis demonstrated that increasing the bearing length enhances both web capacity and transverse stiffener capacity. Additionally, the compressive capacity of the transverse stiffeners was evaluated using AISC 360-22 provisions and compared with the numerical results. The effective capacity of these components under double compression loading ranged from 35% to 96% of the theoretical values predicted by the specification. Consequently, a modified equation and recommendations were proposed for determining the capacity of transverse stiffeners.

Conclusion: The results of this research indicated that bearing length is a governing parameter influencing the capacity of transverse stiffeners. In addition, existing specification provisions are unconservative in predicting the capacity of these components. By using the proposed equation, the actual capacity of transverse stiffeners can be estimated with higher accuracy. The engineering application of these research findings lies in the optimization of steel connection design.

کلیدواژه‌ها English

Bearing Length
Transverse Stiffener
Concentrated Load
Web Compression Buckling
Local Instability

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 09 مهر 1405

  • تاریخ دریافت 15 شهریور 1405
  • تاریخ بازنگری 06 مهر 1405
  • تاریخ پذیرش 09 مهر 1405
  • تاریخ اولین انتشار 09 مهر 1405
  • تاریخ انتشار 09 مهر 1405