مطالعه رفتار چرخه ای ستون های مشبک با بستهای افقی و مایل و ارائه المان جایگزین

بیابان نورد, مصطفی; بهنام فر, فرهاد; زیباسخن, حسن

doi:10.22060/ceej.2017.11306.5003

|
|
|
ارجاع به این مقاله
RIS EndNote BibTeX APA MLA Harvard Vancouver
|
اشتراک گذاری

	مطالعه رفتار چرخه ای ستون های مشبک با بستهای افقی و مایل و ارائه المان جایگزین
مقاله 9، دوره 50، شماره 1، فروردین و اردیبهشت 1397، صفحه 97-110 \| اصل مقاله [English] اصل مقاله (1915 K)
نوع مقاله: مقاله پژوهشی
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22060/ceej.2017.11306.5003
نویسندگان
مصطفی بیابان نورد¹؛ فرهاد بهنام فر ²؛ حسن زیباسخن²
¹مهندس محاسب، مهندسین مشاور، تهران، ایران
²دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران
چکیده
ساخت ستون‌های مشبک یکی از روش‌هایی است که در هنگام نیاز به مقاطع بزرگتر برای حمل نیروهای وارده و عدم وجود پروفیل ساختمانی مناسب از آن استفاده می‌شود. در این روش دو پروفیل ساختمانی توسط بست های افقی یا مورب به یکدیگر متصل شده و تشکیل یک پروفیل واحد را می‌دهند. در این مقاله رفتار جانبی ستون‌های مشبک با بست افقی و مورب با استفاده از مدل-سازی اجزاء محدود مورد بررسی قرار می‌گیرد. سپس با بارگذاری در دو حالت یکطرفه و چرخه‌ای، پارامترهای رفتاری غیرخطی ستون شامل سختی جانبی در نواحی ارتجاعی و خمیری، برش تسلیم و سطح منحنی‌های هیسترزیس محاسبه می‌گردد. افزایش بار محوری تا حدود 20 درصد ظرفیت ستون سختی، مقاومت، و ظرفیت جذب انرژی را به میزان قابل ملاحظه کاهش می‌دهد و پس از آن نرخ افت این پارامترها کاهش می‌یابد. ستون‌های دارای بست مورب به دلیل یکپارچگی بیشتر ناشی از عملکرد خرپایی بست‌ها به خصوص در سربارهای محوری زیاد عملکرد بهتری نسبت به ستون مشبک دارای بست موازی از خود نشان می‌دهند. با توجه به نتایج بدست آمده از مدل‌های غیرخطی اجزاء محدود، یک سوپر المان که توانایی مدل کردن رفتار این نوع ستون‌ها را با عضوی یکپارچه با رفتار مشابه دارا می‌باشد، معرفی می‌شود. این سوپر المان که با جایگزین کردن یک المان با تعداد درجات آزادی محدود به جای مدل اجزاء محدود با تعداد المان‌ها و درجات آزادی زیاد بدست می‌آید، سرعت انجام محاسبات را افزایش داده و قابلیت درنظر گرفتن تغییرشکل‌های برشی بست‌های افقی و مورب در مدل‌های کلی را ایجاد می‌کند.
کلیدواژه‌ها
ستون مشبک؛ بست افقی؛ بست مورب؛ سوپر المان؛ اجزاء محدود
موضوعات
تحلیل خطی و غیر خطی
عنوان مقاله [English]
Cyclic Behavior of Battened and Latticed Columns and Proposing a Substitute Super-Element
نویسندگان [English]
M. Biabannavard¹؛ F. Behnamfar²؛ H. Zibasokhan²
¹Senior Structural Engineer, Consulting Engineers, Tehran, Iran
²Department of Civil Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
چکیده [English]
In this paper, lateral behavior of latticed columns is investigated by the finite element method. I-shape rolled sections of IPE120 to IPE200 are used for latticed column specimens in this study. Shell and solid elements are used for plate sections and welds in the finite element model, respectively. The columns considered are under gravity and lateral loads. Variation of gravity load ratio is investigated. Boundary conditions of the FE models are clamped at bottom and rotation restrained at top. Lateral loads are applied to the columns to cause bending about the non-material axis crossing the latticed side of the column. Non-linear characteristics of these columns including lateral elastic and plastic stiffness values, shear yielding and dissipation of energy (hysteretic curves area), are derived under monolithic and cyclic loading. Based on this study, increasing axial gravity loads, decreases initial stiffness considerably. It also decreases lateral capacity of the columns. Initial stiffness and lateral capacity reduction is considerably affected by axial load ratios under 0.2 (i.e., 20 percent of axial capacity of the column) and after that reduction rate decreases. A super-element that is able to consider behavior of these columns with an integrated section is proposed based on results of the nonlinear finite element analysis. This super-element considerably increases the computation speed by substituting an element with only six degrees of freedom in place of a finite element model with a large number of elements.
کلیدواژه‌ها [English]
Latticed Column, Batten Plate, Lacing, Super-Element, finite element


مراجع
[1] R.A. Williamson, M.N. Margolin, Shear effects in design of guyed towers, Journal of the Structural Division, 92(5) (1996) 213-233. [2] J.L. Fung, C. Glauster, B.G. Johnston, Behavior of Laced and Battened Structural Members, Journal of the Structural Division , 96(7) (1970) 1377-1401. [3] S.E. Svensson, J. Kragerup, Collapse loads of laced columns, Journal of the Structural Division, 109(4) (1982) 1367-1384. [4] A. Gjelsvik, Buckling of built-up columns with or without stay plates, Journal of Engineering Mechanics, 121(10) (1990)1142-1159. [5] M.R. Banan, A. Fouladi, A super - element based on finite element method for latticed columns computational aspect and numerical results, Journal of Advanced Materials in Engineerig (Esteghlal), 22(1) (2003) 57-73 (In Persian). [6] D.R. Sahoo, D.C. Rai, Built-up battened columns under lateral cyclic loading, Thin-Walled Structures, 45(5) (2007) 552-562. [7] B. Hosseini Hashemi, M.A. Jafari, Experimental evaluation of elastic critical load in batten columns, Journal of Constructional Steel Research, 65(1) (2009) 125-131. [8] B. Hosseini Hashemi, M.A. Jafari, Experimental evaluation of cyclic behavior of batten columns, Journal of Constructional Steel Research, 78 (2012) 88-96. [9] K.E. Kalochairetis, C.J. Gantes, Numerical and analytical investigation of collapse loads of laced built-up columns, Computers and Structures, 89(11) (2011) 1166-1176. [10] C.J. Gantes, K.E. Kalochairetis, Axially and transversely loaded Timoshenko and laced built-up columns with arbitrary supports”, Journal of Constructional Steel Research, 77 (2012) 95-106. [11] A. Poursamad Bonab, B. Hosseini Hashemi, Analytical investigation of cyclic behavior of laced built-up columns, Journal of Constructional Steel Research, 73(2012) 128-138. [12] B. Hosseini Hashemi, A. Poursamad Bonab, Experimental investigation of the behavior of laced columns under constant axial load and cyclic lateral load, Engineering Structures, 57 (2013) 536-543. [13] K.E. Kalochairetis, C.J. Gantes, X.A. Lignos, Experimental and numerical investigation of eccentrically loaded laced built-up steel columns, Journal of Constructional Steel Research, 101 (2014) 66-81. [14] S. Tahouni, Steel structures design, Dehkhoda Publications, (1996) (In Persian). [15] INBC, Iranian National Building Code (INBC), Part 10: Steel Structures, Ministry of Housing and Urban Development, Tehran, Iran, 2014 (In Persian).
آمار تعداد مشاهده مقاله: 410 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 199