نشریه علمی سازه و فولاد

نشریه علمی سازه و فولاد

ارزیابی عددی عملکرد لرزه‌ای وصله تیر دارای فیوز تعویض‌پذیر در اتصال ستون‌درختی قاب خمشی فولادی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشکده فنی مهندسی،دانشگاه علم و فرهنگ، تهران،ایران
2 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، گروه مهندسی عمران، دانشگاه علم و فرهنگ، تهران، ایران
3 گروه مهندسی عمران، دانشگاه ملی مهارت، تهران، ایران
چکیده
زمینه و هدف: اتصالات تیر به ستون از اجزای کلیدی در سازه‌های فولادی هستند و نقش اساسی در انتقال نیرو و تأمین عملکرد لرزه‌ای قاب‌های خمشی ایفا می‌کنند. با توجه به تعمیرپذیری محدود قاب‌های خمشی فولادی متداول و هزینه‌بر بودن بازسازی آن‌ها پس از زلزله، توسعه اتصالات مجهز به اجزای تعویض‌پذیر، به‌عنوان یکی از رویکردهای نوین برای محدود کردن آسیب و تسهیل بازگشت سریع سازه به بهره‌برداری، مورد توجه قرار گرفته است. هدف این پژوهش، بررسی رفتار لرزه‌ای اتصال ستون‌درختی مجهز به فیوز برشی تعویض‌پذیر در ناحیه جان تیر است.
روش پژوهش: تحلیل عددی رفتار این سیستم با استفاده از روش اجزای محدود غیرخطی، در نرم‌افزار ABAQUS انجام شد. مدل عددی ابتدا با استفاده از نتایج مطالعات پیشین اعتبارسنجی شد و سپس تأثیر پارامترهای هندسی شامل ابعاد تیر و ستون، ضخامت فیوز و طول دستک بر رفتار هیسترزیس، سختی، ظرفیت باربری و انرژی تجمعی مستهلک‌شده مورد بررسی قرار گرفت. همچنین، وزن فیوزهای پیشنهادی با مجموع وزن ورق‌های وصله بال و جان در نظر گرفته‌شده برای یک وصله متداول تیر مقایسه شد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که تغییرشکل‌های غیرارتجاعی عمدتاً در عضو فیوز متمرکز شد و آسیب اعضای اصلی اتصال محدود ماند. افزایش ضخامت فیوز از ۱۵ به ۲۰ میلی‌متر، انرژی تجمعی مستهلک‌شده را حدود ۲۰ درصد افزایش داد. همچنین، در میان پارامترهای بررسی‌شده، افزایش ضخامت اعضای اصلی اتصال و فیوز تأثیر بیشتری بر ظرفیت باربری، اتلاف انرژی و پایداری چرخه‌ای اتصال داشت و اثر تغییر طول دستک در محدوده بررسی‌شده محدودتر بود. افزون بر این، برای ضخامت‌های ۱۵ و ۲۰ میلی‌متر، مجموع وزن دو فیوز در مقایسه با مجموع وزن چهار ورق وصله بال و جان در نظر گرفته‌شده برای یک وصله متداول تیر، به‌ترتیب ۷۶ و ۶۸ درصد کمتر بود.
نتیجه‌گیری:
در مجموع، اتصال پیشنهادی با محدود کردن آسیب به عضو فیوز، حفظ نسبی سلامت اعضای اصلی و کاهش قابل‌توجه وزن اجزای وصله، قابلیت مناسبی برای افزایش تعمیرپذیری و تسهیل بهره‌برداری مجدد قاب‌های خمشی فولادی پس از زلزله دارد. بااین‌حال، با توجه به رفتار نیمه‌گیردار اتصال، انجام مطالعات تکمیلی برای افزایش سختی آن می‌تواند دامنه کاربرد این سیستم را در سازه‌های فولادی گسترش دهد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Numerical Seismic Performance Assessment of a Replaceable-Fuse Beam Splice in a Steel Column-Tree Moment-Frame Connection

نویسندگان English

Seyed Ali Razavi 1
Amir reza Karami 2
Sima Aramesh 3
1 Faculty of Engineering and Technology, University of Science and Culture, Tehran, Iran
2 M.Sc. Graduate, Department of Civil Engineering, University of Science and Culture, Tehran, Iran
3 Department of Civil Engineering, National University of Skills, Tehran, Iran
چکیده English

Background:
Beam-to-column connections are essential for load transfer and seismic performance of moment-resisting frames. Given the limited repairability and post-earthquake rehabilitation of conventional steel moment frames, connections incorporating replaceable components have attracted attention as an approach to limiting damage and facilitating return to service. This study aims to investigate the seismic behavior of a column-tree connection equipped with a replaceable shear fuse located in the beam web region.

Methods:
The system was numerically analyzed in ABAQUS using nonlinear finite element modeling. The numerical model was validated against previous studies. Subsequently, the effects of geometric parameters, including the beam and column dimensions, fuse thickness, and stub beam length, on the hysteretic response, stiffness, load-carrying capacity, and cumulative dissipated energy were investigated. In addition, the weight of the proposed fuses was compared with the weight of flange and web splice plates assumed for a conventional beam splice.

Results:
The results showed that inelastic deformations were concentrated in the fuse member, while damage to the main connection components was limited. Increasing the fuse thickness from 15 to 20 mm increased the cumulative dissipated energy by approximately 20%. Among the investigated parameters, increasing the thickness of the main connection components and the fuse more strongly affected the load-carrying capacity, energy dissipation, and cyclic stability of the connection, whereas the effect of varying the stub beam length within the range was less pronounced. Furthermore, for fuse thicknesses of 15 and 20 mm, the total weight of the two fuses was 76% and 68% lower, respectively, than the combined weight of the four flange and web splice plates assumed for a conventional beam splice.

Conclusion:
Overall, by localizing damage within the fuse member, preserving the integrity of the main structural members, and significantly reducing the weight of the splice components, the proposed connection demonstrates promising potential for improving repairability and facilitating the post-earthquake return to service of steel moment-resisting frames. However, given the semi-rigid behavior of the connection, further studies aimed at increasing its stiffness could broaden the applicability of this system in steel structures.

کلیدواژه‌ها English

Steel Moment-Resisting Frame
Column-tree
Beam-to-Column Connection
Nonlinear Analysis
Replaceable Shear Fuse

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 01 مهر 1405

  • تاریخ دریافت 11 فروردین 1405
  • تاریخ بازنگری 19 مرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 26 مرداد 1405
  • تاریخ اولین انتشار 01 مهر 1405
  • تاریخ انتشار 01 مهر 1405