نشریه علمی سازه و فولاد

نشریه علمی سازه و فولاد

بررسی عملکرد لرزه‍‌ای اتصال مستقیم جوشی تقویت نشده (WUF-W) به ستون قوطی شکل در دو حالت اجرای ورق پیوستگی با جوش شیاری نفوذ کامل و جوشکاری به روش الکترواسلاگ

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشگاه علم و فرهنگ
2 گروه عمران دانشکده فنی مهندسی،دانشگاه علم و فرهنگ، تهران،ایران
چکیده
زمینه و هدف:
اتصالات تیر به ستون جعبه‌ای به دلیل محدودیت اجرای ورق‌های پیوستگی داخلی، از نواحی حساس قاب‌های خمشی فولادی هستند و عملکرد لرزه‌ای آن‌ها به جزئیات اجرایی وابسته است. این پژوهش تأثیر روش اتصال ورق پیوستگی افقی به جداره ستون را بر رفتار چرخه‌ای اتصال و توانایی آن در ایجاد مکانیزم تیر ضعیف–ستون قوی بررسی می‌کند.
روش پژوهش:
دو نمونه اتصال تیر به ستون جعبه‌ای در مقیاس واقعی طراحی و ساخته شدند و مطابق پروتکل AISC 341-22 تحت بارگذاری چرخه‌ای قرار گرفتند. هندسه و مشخصات سازه‌ای نمونه‌ها مشابه بود و تفاوت اصلی، روش اتصال ورق پیوستگی داخلی به جداره ستون بود؛ در نمونه N01 از جوش الکترواسلاگ (ESW) و در نمونه N02 از جوشکاری قوس الکتریکی دستی (SMAW) استفاده شد. پس از ساخت، کیفیت جوش‌ها بررسی و رفتار هیسترزیس، منحنی‌های پوش، مکانیزم خرابی و ظرفیت اتلاف انرژی ارزیابی شد.
یافته‌ها:
نتایج نشان داد که در نمونه N01، با وجود کنترل کیفیت جوش، آسیب زودهنگام در ناحیه اتصال رخ داد و سپس پارگی جوش اتصال بال تیر به وجه ستون و تغییرشکل موضعی جداره ستون مشاهده شد. تمرکز آسیب مانع توسعه قابل‌توجه مفصل پلاستیک در تیر شد و نمونه تنها به حدود ۰٫۷ برابر ظرفیت پلاستیک اسمی تیر (0.7Mp) دست یافت. در مقابل، نمونه N02 با توسعه تغییرشکل‌های پلاستیک در تیر به حدود ۱٫۳ برابر ظرفیت پلاستیک اسمی تیر (1.3Mp) رسید. ضریب سخت‌شوندگی پس از تسلیم برای نمونه‌های N01 و N02 به‌ترتیب حدود ۱- و ۷٫۸ درصد بود. انرژی تلف‌شده تجمعی نمونه N02 حدود ۲۳۲ کیلوژول بود؛ درحالی‌که این مقدار برای نمونه N01 حدود ۱۲۸ کیلوژول بود. بنابراین، انرژی تلف‌شده نمونه N02 حدود ۱٫۸ برابر نمونه N01 به دست آمد.
نتیجه‌گیری:
تأمین مقاومت اجزای اتصال و تأیید کیفیت اولیه جوش، به‌تنهایی عملکرد لرزه‌ای مطلوب اتصالات ستون جعبه‌ای را تضمین نمی‌کند. جزئیات اجرایی داخلی در این نوع اتصالات می‌توانند مسیر گسترش آسیب را تغییر دهند و مانع استفاده از ظرفیت واقعی تیر شوند. بنابراین، توسعه جزئیاتی با قابلیت کنترل کیفیت بهتر و اطمینان‌پذیری بیشتر، برای بهبود عملکرد لرزه‌ای این اتصالات و دستیابی به مکانیزم مطلوب تیر ضعیف–ستون قوی اهمیت دارد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Seismic Performance of Welded Unreinforced Flange–Welded Web (WUF-W) Connections to Box Columns with Continuity Plates Using Complete Joint Penetration Groove Welds and Electroslag Welding

نویسندگان English

Seyed Ali Razavi 1
Amin Kermani 2
2 Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Science and Culture, Tehran, Iran
چکیده English

Background:
Beam-to-box-column connections are critical regions of steel moment-resisting frames due to limitations associated with installing internal continuity plates. Their seismic performance strongly depends on the reliability of construction details. This study investigates the effect of the installation method of horizontal continuity plates on the cyclic behavior of beam-to-box-column connections and their ability to develop the desirable weak-beam–strong-column mechanism.
Methods:
Two full-scale beam-to-box-column connection specimens were designed, fabricated, and tested under cyclic loading according to the AISC 341-22 loading protocol. Both specimens had similar geometry and structural characteristics, with the primary difference being the method used to connect the internal continuity plate to the column wall. Electroslag welding (ESW) was used for specimen N01, whereas shielded metal arc welding (SMAW) was employed for specimen N02. Following fabrication, weld quality in the connection region was inspected, and the hysteretic response, envelope curves, failure mechanisms, and cumulative energy dissipation capacity were evaluated.

Results:
The results indicated that, despite weld quality control, premature damage occurred in the connection region of specimen N01. Fracture of the continuity-plate weld at a drift ratio of approximately 1.5% caused damage concentration and prevented the development of a significant plastic hinge in the beam. Consequently, specimen N01 reached only approximately 0.7 times the nominal plastic moment capacity of the beam (0.7Mp). In contrast, specimen N02 developed substantial plastic deformations in the beam and reached approximately 1.3 times the nominal plastic moment capacity (1.3Mp). The post-yield stiffness ratios of specimens N01 and N02 were approximately −1% and 7.8%, respectively. The cumulative dissipated energy of specimen N02 was approximately 232 kJ, about 1.8 times the 128 kJ recorded for specimen N01.

Conclusion:
The findings demonstrate that satisfying the required strength of connection components and confirming initial weld quality do not necessarily ensure satisfactory seismic performance of beam-to-box-column connections. Internal construction details can significantly influence damage development and prevent effective utilization of the beam’s plastic capacity. Therefore, connection details with improved constructability, quality-control capability, and reliability are essential for enhancing the seismic performance and ductile behavior of box-column connections.

کلیدواژه‌ها English

Beam-to-box-column connection
internal continuity plate
electroslag welding
cyclic behavior
plastic hinge
steel moment-resisting frame
دوره 20، شماره 54 - شماره پیاپی 55
در حال انجام
زمستان 1405

  • تاریخ دریافت 12 مهر 1405
  • تاریخ بازنگری 27 مهر 1405
  • تاریخ پذیرش 01 دی 1405
  • تاریخ اولین انتشار 01 دی 1405
  • تاریخ انتشار 01 دی 1405