بررسی عددی کمانش محلی مقطع کاهش‌یافته (RBS) در تیرهای فولادی
محورهای موضوعی : آنالیز سازه - زلزله
Alireza Zaferani
1
(Department of Civil Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran.)
pasha pasha
2
(nnnnn)
پرهام معمارزاده
3
(دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد)
کلید واژه: تیر با مقطع کاهش‌یافته(RBS), کمانش موضعی, قاب فولادی خمشی, مفصل پلاستیک,
چکیده مقاله :
استفاده از سیستم‌های قاب خمشی فولادی در بین طراحان بسیار رواج دارد، اما یک نقطه ضعف اصلی در این سیستم‌ها، محل تشکیل مفصل پلاستیک در ناحیه اتصال تیر به ستون می‌باشد. از این رو ایده استفاده از تیر‌ها با مقطع کاهش‌یافته پیشنهاد مناسبی برای دور کردن محل تشکیل مفصل پلاستیک از ناحیه اتصال تیر به ستون به ناحیه کاهش‌یافته تیر می‌باشد. با استفاده از تیرهای فولادی با مقطع کاهش‌یافته، یک فیوز شکل‌پذیر در تیر ایجاد می‌شود که مانع از انتقال تنش‌ها و کرنش‌های غیر‌ارتجاعی به محل اتصال تیر به ستون (در ناحیه جوش) می‌شود. یکی از مشکلات اصلی در تیرهای فولادی با مقطع کاهش‌یافته، ایجاد کمانش‌های موضعی در ناحیه کاهش‌یافته تیر می‌باشد. به تبع این کمانش‌های موضعی در بال و جان تیر در ناحیه کاهش یافته، مقاومت این تیر‌ها نسبت به تیرهای معمولی کاهش پیدا می‌کند. در این مقاله تحلیل اجزای محدود برای تیرهای فولادی با مقاطع مختلف انجام گرفته است تا مشخص گردد در تیرهای فولادی با مقاطع کاهش‌یافته مختلف درچه میزان دریفت، دچار کمانش موضعی می‌شوند. کمانش‌های محلی در ناحیه کاهش‌یافته تیرهای فولادی معمولا در مقاطع با ابعاد کوچک در دریفت 3% ایجاد می‌شود. اما برای مقاطع با ابعاد بزرگتر این کمانش‌ها در دریفت‌های پایین‌تری ایجاد می‌شود. این کمانش‌ها ابتدا از ناحیه بال تیرهای کاهش‌یافته مقطع، آغاز و به جان تیر کشیده می‌شود.
The use of steel moment frame systems is very popular among designers, but the main weakness in these systems is the plastic joint formation in the beam-to-column connection zone. Therefore, the idea of using beams with a reduced section (RBS) is a good suggestion to remove the plastic joint from the beam-to-column connection zone. By using steel beams with a reduced cross-section, a ductile fuse is created in the beam, which prevents the transfer of inelastic stresses and strains to the beam-to-column joint (in the welding zone. One of the main problems in steel beams with a reduced cross-section is buckling in the reduced zone of the beam. As a result of this local buckling in the wing and the life of the beam in the reduced zone, the resistance of these beams decreases compared to ordinary beams. In this article, the behavior of IPE300 beam with a reduced cross-section has been tested under cycling loading. Also, finite element analysis has been done for steel beams with different cross-sections to determine how much drift will cause local buckling in beams with different reduced cross-sections. Local buckling in the reduced zone of steel beams usually occurs in sections with small dimensions in 3% drift. But for sections with larger beam dimensions, these bucklings are created in lower drifts. These bucklings first start from the reduced wing zone of RBS beams and extend to the beam.
[1] Engelhardt MD،Fry GT،Jones S،Venti M،Holiday S. Behavior and design of radius-cut،reduced beam section connections. SAC Background Document SAC. BD-00; 2000.
[2] Uang C.M, Yu K, Noel Sh, Gross J. "Cyclic testing of steel moment connections rehabilitated with RBS or welded haunch." Journal of Structural Engineering126.1 (2000): 57-68.
[3] Roeder CW. Connection performance for seismic design of steel moment frames. Journal of Structural Engineering. 2002 Apr;128(4):517-25.
[4] Lee CH, Jeon S, Kim JH, Uang CM. Effects of panel zone strength and beam web connection method on seismic performance of reduced beam section steel moment connections. Journal of Structural Engineering. 2005 Dec;131(12):1854-65.
[5] گرامی محسن، غزنوی اسكوئی ا، بررسی اثر اتصال RBS در سختی اتصال و تغییر مكان جانبی، سومین کنگره ملی مهندسی عمران، تبریز، 1386.
[6] Deylami A, Moslehi Tabar A, Promotion of cyclic behavior of reduced beam section connections restraining beam web to local buckling, Thin-Walled Struct. 73 (2013) 112–120.
[7] Kassegne S, Development of a closed-form 3-D RBS beam finite element and associated case studies. Engineering structures, 2007. 29(7): p. 1580-1595.
[8] Swati AK, Vesmawala G, ‘Study of steel moment connection with and without reduced beam section.’, Case Studies in Structural Engineering 1 (2014): 26-31
[9] Morshedi M, Dolatshahi K, Maleki Sh. Double reduced beam section connection, J. Constr. Steel Res. 138 (2017) 283–297.
[10] Fanaie N., Faegh SS, Partovi F. an improved and innovative formulation for calculating amplified elastic story drift induced by RBS connections in steel moment frames. Journal of Constructional Steel Research, 2019. 160: p. 510-527.
[11] Hong JK, Sloped RBS moment connections at roof floor subjected to cyclic loading: Analytical investigation. International Journal of Steel Structures, 2019. 19(1): p. 329-33
[12] Bompa D, Elghazouli AY. Ultimate cyclic response of steel reduced beam section connections. in 3rd European Conference on Earthquake Engineering & Seismology (3ECEES), International Conference Center Bucharest, Romania, 2022.
[13] Atashzaban A, Hajirasouliha I, Jazany RA, Izadinia M. Optimum drilled flange moment resisting connections for seismic regions. Journal of Constructional Steel Research. 2015 Sep 30;112:325-38.
[14] مقدم حسین صادق، فنائی نادر. اثر سوراخكاری تیر در بهبود عملكرد اتصال صلب تیر فولادی به ستون CFT دارای سخت کننده‌های خارجی، چهارمین کنفرانس ملی پژوهش‌های کاربردی در مهندسی عمران، تهران، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، دوره 4، بهمن1395.
[15] Kazerani S, Fanaie N, Soroushnia S, Seismic behavior of drilled beam section in moment connections. Numerical Methods in Civil Engineering, 2017.1(4): p.1-6.
[16] اخوان سید محمد، خسروی حسین. بررسی تاثیر اشکال تیر با مقطع کاهش‌یافته در بال و جان (DFC-RBW-RBS) در ضریب رفتار قاب خمشی فولادی. کنفرانس ملی پژوهش‌های کاربردی در مهندسی عمران معماری و شهرسازی، تبریز، دانشگاه سراج تبریز، 1396.
[17] FEMA, FEMA 355 State of the Art Report on Systems Performance of Steel Moment Frames Subject to Earthquake Ground Shaking, FEMA Washington, DC, 2000.
[18] Davarpanah M, Ronagh H, Memarzadeh P, Behnamfar F, Cyclic behavior of welded elliptical-shaped RWS moment frame, Journal of Constructional Steel Research, (2020). 175: p. 106319.
[19] Nazaralizadeh, H, Ronagh H, Memarzadeh P, Behnamfar F, Cyclic performance of bolted end-plate RWS connection with vertical- slits. Journal of Constructional Steel Research, 2020. 173: p. 106236.
[20] Tabar AM, Alonso-Rodriguez A, Tsavdaridis KD, Building retrofit with reduced web (RWS) and beam (RBS) section limited-ductility connections. Journal of Constructional Steel Research, 2022. 197: p. 107459.
[21] Zaferani AR, Javadi P, Memarzadeh P. A hybrid-sandwiching system for buckling-restraining of reduced beam sections. Journal of Constructional Steel Research, 2023. 209: p. 108026.
[22] ANSI/AISC 358—16, Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications, American Institute of Steel Construction, Chicago, (2016), 358-316.
[23] ANSI/AISC 341—16, Seismic provisions for structural steel buildings. American Institute of Steel, Construction. Chicago, (2016), 16–341