ظرفیت باربری و رفتار برشی تیرورق‌های I-شکل خمیده در افق و اثر نقص اولیه در رفتار برشی آن‌ها

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده عمران و محیط زیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

چکیده

چکیده: نیاز به هدایت روان و ایمن ترافیک و محدودیت‌های ناشی از کمبود فضای شهری باعث تمایل چشم‌گیر طراحان به استفاده از پل‌های خمیده فولادی شده است. این سازه‌ها از لحاظ زیبایی نیز مورد پسند معماران و شهرسازان می‌باشند. در این مقاله، تیرورق‌های دارای انحنای افقی مختلف با مشخصات و ابعاد واقعی توسط آیین‌نامه AASHTO طراحی شده و به دو صورت تک-تیرورقی و داخل سیستم پل توسط نرم‌افزار اجزا محدود آباکوس مدل‌سازی و برای دستیابی به رفتار و ظرفیت برشی تیرورق‌ها تحلیل شده‌اند. هدف این تحقیق تبیین رفتار، مکانیزم زوال برشی و برآورد مقاومت برشی تیرورق‌ها در سیستم پل و مقایسه آن با تک-تیرورق‌های معادل‌ با استفاده از تحلیل غیرخطی هندسی- مادی می‌باشد. نتایج نشان می‌دهد که رفتار برشی، مقاومت برشی نهایی و مقاومت کمانشی برشی تک-تیرورق‌ها و سیستم پل مشابه یکدیگر بوده، ولی سختی الاستیک دو حالت مذکور، متفاوت می‌باشند. همچنین مدل تک-تیرورقی بدلیل عدم درنظر گرفتن سختی قایم قاب‌های عرضی و اندرکنش بین تیرورق‌ها قادر به پیش‌بینی صحیح زوال برشی در برخی از پانل‌های میانی تیرورق‌های داخلی نیست. در این تحقیق همچنین اثر نقص اولیه هندسی در رفتار برشی تیرورق‌های با انحنای مختلف مطالعه شده است. نتایج نشان می‌دهند که نقص اولیه تاثیری در مقاومت برشی نهایی تیرورق‌های خمیده نداشته ولی باعث کاهش این مقاومت در تیرورق‌های مستقیم می‌گردد. آیین‌نامه AASHTO از تاثیر نقص اولیه در مقاومت برشی تیرورق‌ها صرف‌نظر می‌نماید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

The Shear Loading Capacity and Behavior of Horizontally Curved Steel I-girder Bridges, and the Imperfection Effect

نویسندگان [English]

  • M. M. Alinia
  • M. Mohammadzadeh
Department of Civil Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this study, horizontally curved steel I-girder bridges having various radii of curvatures in practical dimensions, and designed via the AASHTO standards are modeled and analyzed via the finite element software ABAQUS. The aim of these material-geometric non-linear analyses are to characterize the shear behavior, the shear failure mechanism and the shear resistance of steel I-girders in the complete bridge systems and in their equivalent single girders. Results demonstrated that the shear behavior, the ultimate shear resistance, the shear buckling resistance of single-girders and bridge system are similar; whereas the initial stiffness of the two approaches differ. Furthermore, the equivalent single-girders are incapable of predicting the correct mechanism of the shear failure in some interior panels of the bridge system; due to the negligencs of the true horizontal and vertical stiffness of cross-frames, and also due to the interaction of girders. In addition, it is shown that under a specified geometric imperfection pattern, the ultimate shear resistance of curved I-girders is insensitive to the imperfection magnitudes; whereas, the ultimate shear resistance of straight I-girders reduces with the increase of imperfection magnitudes. The AASHTO provisions however, do not require the consideration of geometric imperfections on the ultimate shear resistance of I-girders.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Horizontally Curved Steel Bridges
  • Shear Failure Mechanism
  • Cross Frames
  • Ultimate Shear Resistance
  • Geometrical Imperfection

مراجع

[1] C.G. Salmon, J.G. Johnson, F.A. Malhas, Steel Structures: Design and Behavior; Emphasizing Load and Resistance Factor Design, Prentice hall, 2008.
[2] R.D. Ziemian, Guide to Stability Design Criteria for Metal Struct, John Wiley & Sons, 2010.
[3] AASHTO, Guide Specifications for Horizontally Curved Highway Bridges, in, American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington DC, 1980.
[4] Guidelines for the Design of Horizontally Curved Girder Bridges (Draft), in, Hanshin Expressway Public Corporation and Steel Structure Study Committee, Japan, 1988.
[5] AASHTO, LRFD Bridge Design Specifications, in, American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington DC, 2004.
[6] J. Mozer, R. Ohlson, C.G. Culver, Horizontally Curved Highway Bridges: Stability of Curved Plate Girders, Technical Report, Carnegie-Mellon University, Pittsburgh, 1971.
[7] H. Nakai, T. Kitada, R. Ohminami, K. Fukumoto, Experimental Study on Shear Strength of Horizontally Curved Plate Girders, Japan Society of Civil Engineers, 1984(350) (1984) 281-290.
[8] N.E. Shanmugam, M. Mahendrakumar, V. Thevendran, Ultimate Load Behavior Of Horizontally Curved Plate Girders, Journal of Constructional Steel Research, 59(4) (2003) 509-529.
[9] S.K. Jung, D.W. White, Shear Strength Of Horizontally Curved Steel I- Girders – Finite Element Analysis Studies, Journal of Constructional Steel Research, 62(4) (2006) 329-342.
[10] Abaqus 6.13, Hibbitt, Karlsson & Sorensen Inc, 2013.
[11] A. Zureick, D.W. White, N. Phoawanich, J. Park, Shear Strength of Horizontally Curved Steel I-Girders — Experimental Tests, Technical Report, No.02-4, Federal Highway Administration, Washington, 2002.
[12] J.L. Hartmann, An Experimental Investigation of the Flexural Resistance of Horizontally Curved Steel I-Girder Systems, University of Maryland, College Park, 2005.
[13] D.G. Linzell, Studies of a Full-Scale Horizontally Curved Steel l-Girder Bridge System Under Self- Weight, Georgia Institute of Technology, Atlanta, 1999.
[14] D.W. White, A.H. Zureick, N. Phoawanich, S.-K. Jung, Development of Unified Equations for Design of Curved and Straight Steel Bridge I Girders, Technical Report, American Iron and Steel Institute, Federal Highway Administration, Atlanta, 2001.
[15] J.S. Davidson, M.A. Keller, C.H. Yoo, Cross-Frame Spacing and Parametric Effects in Horizontally Curved I- Girder Bridges, Journal of Structural Engineering, 122(9) (1996) 1089- 1096.
[16] M.M. Alinia, M. Shakiba, H.R. Habashi, Shear Failure Characteristics of Steel Plate Girders, Thin-Walled Structures, 47(12) (2009) 1498-1506.
[17] M.M. Alinia, A. Gheitasi, M. Shakiba, Post buckling and ultimate state of stress in steel plate girders, Thin-Walled Structures, 49(4) (2010) 455-464
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 49، شماره 4
اسفند 1396
صفحه 733-744

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار