بررسی رفتار لرزه‌ای اتصالات بال سوراخ شده با سوراخ لوبیایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شرق، تهران، ایران

2 عمران استادیار دانشگاه آزاد واحد تهران شرق ایران

چکیده

به علت بوجود آمدن آسیب در اتصالات بال جوش شده تقویت نشده در زلزله 1994 نورتریج، اتصالات خمشی مقطع تیر کاهش یافته و در بعد از آن اتصالات بال سوراخ شده برای جلوگیری از گسیختگی ترد زودرس در اتصالات جوشی رایج شد. در این مقاله، عملکرد لرزه­ای اتصالات مقاوم خمشی با بال سوراخ شده با سوراخ لوبیایی را که به عنوان یک روش ساده برای اتصالات بال سوراخ شده در نواحی لرزه­ای، مورد بررسی قرار می‌دهد. اتصالات بال سوراخ شده با بوجود آوردن سوراخ بوسیله مته بروی بال‌های بالا و پایین، در امتداد محور اصلی تیر برای ایجاد یک منطقه ضعیف کنترل شده مفصل پلاستیک جهت کمتر شدن تمرکزهای تنش در لبه‌های اتصال، ایجاد می­شوند. در این بررسی، بوسیله تعدادی از مطالعات تحلیلی، بر اساس تحقیقات آزمایشگاهی قبلی، برای ارزیابی اثر استفاده از سوراخ لوبیایی در اتصالات بال سوراخ شده بر پتانسیل شکست در اتصالات جوش شده نفوذی در مقایسه با اتصالات بال سوراخ شده انجام می­شود. سوراخ‌های لوبیایی با نسبت‌های متفاوت هندسی و نسبت‌های مقاومت برشی چشمه اتصال استفاده گردید تا بهینه ترین طرح بدست آید که از شکست زودرس در جوش‌های شیاری با نفوذ کامل جلوگیری شود. نتایج نشان داد که طول بهینه سوراخ‌های لوبیایی در نسبت طول لوبیایی به قطر سوراخ تقریباً برابر عدد 2 می­باشد که این نسبت با توجه به الگوی ثابت قطر سوراخ‌ها که بوسیله مطالعات قبلی بدست آمده است می‌تواند سبب کاهش کرنش پلاستیک در جوش نفوذی اتصال مستقیم تیر به ستون به طور متوسط به اندازه 28% و کاهش کرنش پلاستیک در کنار سوراخ‌ها به اندازه 70% شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Study of Seismic Behavior of Drilled Flange Connection with Slot Hole

نویسندگان [English]

  • pouya shademan heidari 1
  • Roohollah Ahmady Jazany 2
1 civil engineering AIU east tehran branch
2 Department of civil Engineering AIU East tehran branch tehran iran
چکیده [English]

Extensive damages in welded unreinforced flange (WUF) connections in 1994 Northridge earthquakes has led to the idea of using reduced beam section (RBS) connections and Drilled Flange (DF) connection to prevent brittle failure modes in welded joints. In this paper, the seismic behavior of DF moment-resisting connection with slot holes as an easy-to-construct method for DF connection in seismic regions was investigated. DF connection is made by drilling at top and bottom beam flange along beam main axis to establish an intentional weak point to reduce stress concentration at the beam to column flange welded connection. In this investigation, Finite Element models which were validated with previous experiments were utilized to consider the effect of slot holes in DF connection compared to circular holes on rupture potential of the beam to column welded connection. The utilized FE models of DF connection with various geometric properties and different panel zone strength ratios were developed to investigate the optimum slot hole configuration and reduce the rupture potential at CJP groove weld. The results showed that the optimum drilled slot holes can shift the plastic strain at the beam to column welded connection having the ratio of slot hole length to hole diameter (L/D) by up to 2. Using the configuration of the latter holes, the plastic strain at the beam to column weld connection and around the holes decreases approximately by up to, on average, 28 and 70% respectively compared to corresponding values of DF connection with circular holes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Drilled Flange (DF) connection
  • welded unreinforced flange (WUF) connections
  • Drilled flange connection with slot hole
  • reduced beam section (RBS) connections
  • panel zone
 [1] Youssef. NFG, Bonowitz. D, Gross. JL. A, survey of steel moment resisting frame buildings affected by the 1994 Northridge earthquake, NIST, Report No. NISTIR 5625, Gaithersburg, MD, (1995).
[2] FEMA, State of the art report on connection performance, Report No, FEMA-355D, Federal Emergency Management Agency, (2000).
[3] Engelhardt. M. D, Fry. G, Johns. S, Venti. M, Holliday. S, Behavior and design of radius cut reduced beam section connections, Rep. No. 00/17, SAC, California, (2000).
[4] Uang. C, Yu. Q, Noel. S, Gross. J, Cyclic testing of Steel Moment Connections Rehabilitated with RBS or Welded Haunch, Journal of Structural Engineering (ASCE), 126(1) )2000( 57-68.
[5] Roeder. CW, Connection Performance for Seismic Design of Steel Moment Frames, Journal of Structural Engineering (ASCE), 128(4) (2002) 517-525.
[6] Lee. C, Jung. J, Oh. M, Koo. E, Experimental Study of Cyclic Seismic Behavior of Steel Moment Connections Reinforced with Ribs, Journal of Structural Engineering (ASCE), 131(1) (2005) 108-118.
[7] Chou. C, Wu. C, Performance Evaluation of Steel Reduced Flange Plate Moment Connections, Journal of Earthquake Engineering and Structural Dynamic, 36(14) (2007) 2083–97.
[8] Pachoumis. DT, Galoussi.s EG, Kalfas. CN, Christitsas. AD, Reduced beam section moment connections subjected to cyclic loading Experimental analysis and FEM simulation, Journal of Engineering Structure, 31(1) (2009) 216-223.
[9] M.GH. Vetr, M. Miri, A. Haddad, Seismic Behavior of a New Reduced Beam Section Connection by Drilled Holes Arrangement (RBS_DHA) on the Beam Flanges through Experimental Studies, 15th World Conference of Eathquake Engineering(15WCEE), Lisbn, Portugal, (2012).
[10] Ghassemieh. M, Kiani. J, Seismic Evaluation of Reduced Beam Section Frames Considering Connection Flexibility, Structural Design of Tall and Special Buildings, (2013) 1248-1269.
[11] Farrokhi. H, Danesh. F, Eshghi. SA, Modified Moment Resisting Connection for Ductile Steel Frames Numerical and experimental investigation, Journal of Constructional Steel Research  65(10-11) (2009) 2040-2049.
[12] Ardavan. Atashzaban, Iman. Hajirasouliha, Roohollah. Ahmady. Jazany, Mohsen Izadinia, Optimum drilled flange moment resisting connections for seismicregions, Journal of Constructional Steel Research, (2015).
[13] Roohollah. Ahmady. Jazany, Improved design of drilled flange (DF) moment resisting connection for seismic regions, Bulletin Earthquake Engineering, 16 )2017( 1987-2020.
[14]Hancock.JW, MackenzieAC,  On the mechanisms of ductile failure in high strength steels subjected to multi-axial stress states, J Mech Phys Solids 24 (1976) 147–169.
[15]Kanvinde. AM, Deierlein. GG, Continuum based micromodels for ultra low cycle fatigue crack initiation in steel structures, Proceedings of thestructures congress and  exposition, ASCE, Reston, VA, (2005).
[16]Kanvinde. AM, Deierlein. GG, A cyclic void growth model to assess ductil efracture in structural steel due to ultra low cycle fatigue, J Eng Mech, 133(6) (2007) 701–712.
[17] AISC, Seismic Provisions for Structural Steel Buildings, Chicago (IL), American Institute of Steel Construction, (2016).
[18] ANSYS, Release 16 reference manual, Swanson Analysis Systems, Inc, (2000).
[19] El-Tawil. S, Mikesell. T, Vidarsson. E, Kunnath. S, Strength and ductility of FR welded bolted connections,  Report No, SAC/BD-98/01, Sacramento, CA, SAC Joint Venture, (1998).
[20] ATC. 24, Guidelines for cyclic seismic testing of components of steel structures, Applied Technology Council, (1992).