بررسی رفتار لرزه‌ای اتصالات بال سوراخ شده تیر با آرایش مایل سوراخ‌ها

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمراندانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران، تهران، ایران

2 گروه مهندسی عمران سازه، زلزله و ژئوتکنیک ، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران، تهران، ایران

3 پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله، تهران، تهران، ایران

4 عضو هیأت علمی- پژوهشگاه نیرو (NRI)

چکیده

اتصالات گیردار جوشی تقویت نشده در زلزله 1994 نورتریج در ناحیه جوش‌های نفوذی بال تیر به ستون دچار شکست ترد و زودرس شدند، محققان به منظور بهبود رفتار لرزه‌ای اتصالات صلب، اتصالات با مقطع کاهش یافته تیر را پیشنهاد دادند. شکست ترد جوش نفوذی و کمانش پیچشی جانبی بال تیر در محل تشکیل مفصل پلاستیک در اتصالات کاهش یافته بال تیر، سبب شد تا شکل‌های اصلاح شده از این نوع اتصالات پیشنهاد گردند. از شکل‌های نوین این نوع اتصالات می‌توان به اتصالات سوراخ‌کاری شده بال تیر با ردیف‌های سوراخ‌کاری موازی اشاره کرد. در این مطالعه، به منظور بهبود عملکرد اتصالات با ردیف‌های سوراخ‌کاری موازی بال تیر، از آرایش‌های سوراخ‌کاری مایل بال تیر نسبت به محور تیر همراه با تغییر قطر سوراخ‌ها استفاده شد. بررسی‌ها نشان داد که در آرایش سوراخ‌کاری مایل، مقدار دوران پلاستیک مقطع در این نوع اتصال 0/059 رادیان است که 7/3 درصد بیشتر از دوران پلاستیک اتصال برش دایره‌ای بال تیر می‌باشد. همچنین در مناسب‌ترین نمونه آرایش سوراخ‌کاری مایل، شاخص کرنش پلاستیک معادل مرکز و گوشه خط جوش نفوذی به ترتیب تا92/3 و87/7 درصد نسبت به اتصال برش دایره‌ای بال تیر، کاهش یافته است. شاخص میسز مرکز و گوشه خط جوش نفوذی اتصال سوراخ‌کاری مایل به ترتیب تا45/5 و 39/9 درصد نسبت به اتصال برش دایره‌ای بال تیر، کاهش یافته است که نمایانگر عملکرد مناسب‌تر و حساسیت کمتر این نوع اتصال در مقابل شکست ترد جوش نفوذی اتصال تیر به ستون در مقایسه با اتصال برش دایره‌ای بال تیر و اتصالات با آرایش سوراخ‌کاری موازی می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of seismic behavior of drilled flange connection with inclined arrangement of holes

نویسندگان [English]

  • Peyman Shadman 1
  • Armin Aziminejad 2
  • abdolreza sarvghad moghadam 3
  • Mohammad Ali Jafari 4
1 Civil engineering department,Islamic azad university, science and research branch, Tehran, Iran
2 Civil engineering department,Islamic azad university, science and research branch, Tehran, Iran
3 IIEES,Tehran,Iran
4 Faculty of Niroo Research Institute (NRI)
چکیده [English]

Since unreinforced welded connections were brittle and prematurely fractured in the connections of ​​the beam-to-column penetration welds in the 1994 Northridge earthquake, the researchers proposed radius-cut flange reduction connections to improve the seismic behavior of rigid connections. The brittle failure of the weld in the beam-to-column connection and the lateral buckling of the beam flange in the reduced sections of the beam flange led to propose the modified forms of this type of connection. The new type of connection includes drilled flange connection with parallel rows of holes. In order to improve the performance of these drilled flange connections, in this study, beam flange drilling arrangements were used with an inclined arrangement of holes with different hole diameters. The study showed that in the inclined arrangement of a hole, the amount of plastic rotation is 0.059 radians, which is 7.3% more than the plastic rotation of the same radius-cut flange reduction connection. Also, in the best connection sample with the most suitable oblique drilling arrangement, the equivalent plastic strain index in the center and corner of the complete joint penetration weld line decreased to 92.3% and 87.7%, respectively, compared to conventional radius-cut flange reduction connections. Mises index in this connection in the center and corner of the complete joint penetration weld line decreased to 45.5% and 39.9% compared to radius-cut flange reduction connections, respectively. This indicates better performance and less sensitivity of this type of connection to the problems of the complete joint penetration weld line of ​​the beam-to-column connection compared with conventional radius-cut flange reduction connections and these drilled flange connections with the parallel arrangement.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Drilled Flange Connection (DFC) with inclined arrangement of holes
  • cyclic behavior
  • Equivalent Plastic Strain Index (EPEQI)
  • Pressure Index (PI)
  • Mises Index (MI)
[1] N.F. Youssef, D. Bonowitz, J.L. Gross, A survey of steel moment-resisting frame buildings affected by the 1994 Northridge earthquake, US National Institute of Standards and Technology, 1995.
[2] E.P. Popov, T.-S. Yang, S.-P. Chang, Design of steel MRF connections before and after 1994 Northridge earthquake, Engineering Structures, 20(12) (1998) 1030-1038.
[3] S.W. Han, G.U. Kwon, K.H. Moon, Cyclic behaviour of post-Northridge WUF-B connections, Journal of Constructional Steel Research, 63(3) (2007) 365-374.
[4] Tzong-Shuoh Yang, E.P. Popov, experimental and analytical studies steel connections and energy dissipators, Earthquake Engineering Research Center College of Engineering University of California at Berkeley, Report No. UCB/EERC-95/13 (1995).
[5] H. Farrokhi, F. Danesh, S. Eshghi, A modified moment resisting connection for ductile steel frames (Numerical and experimental investigation), Journal of Constructional Steel Research, 65(10-11) (2009) 2040-2049.
[6] M. Vetr, A. Haddad, Study of drilled flange connection in moment resisting frames, in:  Report No. 3732, International Institute of Earthquake Engineering and Seismology Tehran; Iran, 2010.
[7] M. 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, in:  15th world conference of earthquake engineering, Lisbon, Portugal, 2012.
[8] S.J. Lee, S.E. Han, S.Y. Noh, S.-W. Shin, Deformation capacity of reduced beam section moment connection by staggered holes, in:  International conference on sustainable building, Seoul, Korea, 2007.
[9] A. Atashzaban, I. Hajirasouliha, R.A. Jazany, M. Izadinia, Optimum drilled flange moment resisting connections for seismic regions, Journal of Constructional Steel Research, 112 (2015) 325-338.
[10] R. Rahnavard, A. Hassanipour, N. Siahpolo, Analytical study on new types of reduced beam section moment connections affecting cyclic behavior, Case Studies in Structural Engineering, 3 (2015) 33-51.
[11] R.A. Jazany, Improved design of drilled flange (DF) moment resisting connection for seismic regions, Bulletin of Earthquake Engineering, 16(5) (2018) 1987-2020.
[12] P.S. Heidari, A. Aziminejad, A. Moghadam, M.A. Jafari, Evaluation of drilled flange connections with combined arrangements of holes and notches, Bulletin of Earthquake Engineering, 18(14) (2020) 6487-6532.
[13] J. Hancock, A. Mackenzie, On the mechanisms of ductile failure in high-strength steels subjected to multi-axial stress-states, Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 24(2-3) (1976) 147-160.
[14] A. Kanvinde, G. Deierlein, Continuum based micro-models for ultra low cycle fatigue crack initiation in steel structures, in:  Structures Congress 2005: Metropolis and Beyond, 2005, pp. 1-11.
[15] A. Kanvinde, G. Deierlein, Cyclic void growth model to assess ductile fracture initiation in structural steels due to ultra low cycle fatigue, Journal of engineering mechanics, 133(6) (2007) 701-712.
[16] AISC360-16, Specification for structural steel buildings, American Institute of Steel Construction, Chicago, IL,  (2016).
[17] N.B. Regulations, Design and implementation of steel buildings, (2013), (in Persian). .
[18] AISC341-16, Seismic provisions for structural steel buildings, American Institute of Steel Construction,  (2016).
[19] C. Roeder, State of the art report on connection performance, Federal Emergency Management Agency (FEMA) Bulletin, (355D) (2000).
[20] AISC358-16, Prequalified connections for special and intermediate steel moment frames for seismic applications, in, American National Standard and American Institute of Steel Construction, 2016.
[21] A.S.f. Testing, Materials, ASTM A370: standard test methods and definitions for mechanical testing of steel products, in, ASTM West Conshohocken, 2014.
[22] A. Guide, Ansys Meshing User’s Guide, Últim accés Maig, 28 (2016).
[23] S. El-Tawil, T. Mikesell, E. Vidarsson, S.K. Kunnath, Strength and ductility of FR welded-bolted connections, SAC Report,  (1998) 98-01.