26045

مطالعه و ارزيابي جزئيات بندي ورق هاي پيوستگي ستون هاي پرشده با بتن در قاب هاي خمشي

كارشناسي ارشد

مهندسي عمران - سازه

1397

1400/3/8

دكتر محسنعلي شايانفر

مهندسي عمران

با توجه به افزايش كاربرد ستون‌هاي پرشده با بتن در سال‌هاي اخير، جزئيات‌بندي مختلفي براي اتصال تير به اين ستون‌ها ارائه شده است. اين جزئيات‌بندي‌ها معمولاً با استفاده از پيچ عبوري، پيچ دو سر بسته يا ورق‌هاي پيوستگي (ورق ديافراگم) طراحي و اجرا مي‌شوند. بر اساس استاندارد AISC 341 (2016)، استفاده از ورق‌هاي پيوستگي داخلي (ديافراگم داخلي) و داراي سوراخ، در اتصالات تير به ستون‌هاي پرشده با بتن مجاز مي‌باشد. با اين حال، به جز در آيين‌نامه‌هاي كشورهاي ژاپن و چين، الزامات كنترلي يا طراحي خاصي در اين مورد ارائه مشاهده نمي‌شود. البته مطالعات انجام شده نشان مي‌دهد كه روابط ارائه شده در اين آيين‌نامه‌ها، گاهي با خطا همراه بوده و محدوديت‌هايي براي رده مصالح و ابعاد اجزا نيز وجود دارد. در مطالعه حاضر سعي شده است تا اثر حضور اين ورق‌هاي پيوستگي و جزئيات‌بندي آن‌ها بر روي مقاومت نهايي اتصال و مقاومت برشي چشمه اتصال، مورد ارزيابي قرار گيرد. به اين منظور پارامترهاي مختلفي از جمله نسبت بعد ستون به ضخامت ديواره آن (2γ)، نسبت عرض بال تير به عرض بال ستون (β)، نسبت ارتفاع تير به بعد ستون (η)، ضخامت بال تير، ضخامت ورق پيوستگي و قطر سوراخ آن و پارامتر‌هاي غير هندسي مانند نسبت نيروي محوري وارد بر ستون، استفاده از مصالح فولادي و بتني با رده‌هاي مختلف، در نظر گرفته شدند. پس از صحت‌سنجي نتايج مدلسازي در نرم‌افزار آباكوس، نمونه‌ها در دو گروه براي بررسي مقاومت نهايي اتصال و مقاومت برشي چشمه اتصال، دسته‌بندي شدند. نمونه‌هاي گروه اول به منظور بررسي مقاومت نهايي اتصال و بر اساس معيار ستون قوي – تير ضعيف و نمونه‌هاي گروه دوم به منظور بررسي مقاومت برشي چشمه اتصال و بر اساس معيار تير قوي – ستون ضعيف، طراحي شدند. در نمونه‌هاي گروه اول، علاوه بر بررسي تأثير هر يك از پارامترهاي معرفي شده بر روي مقاومت نهايي اتصال، أثرگذاري پارامترهاي مرتبط با تير و ستون بر روي ميزان مشاركت ورق‌هاي پيوستگي در تأمين اين مقاومت نيز مورد بررسي قرار گرفت. در نمونه‌هاي گروه دوم، اثر تغيير جزئيا‌ت‌بندي ورق پيوستگي و تغيير ضخامت ديواره ستون، بر روي رفتار اجزاء چشمه اتصال و ميزان مشاركت هركدام از اين اجزا در تحمل نيروي برشي، مورد مطالعه قرار گرفت. در اين مطالعه مقادير 28، 18، 13 و 9 براي 2γ، مقادير 37/0، 556/0 و 741/0 براي β و مقادير 767/0، 1/1 و 43/1 براي η در نظر گرفته شد. نتايج به‌دست آمده نشان مي‌دهد كه تغيير پارامتر β در مقايسه با ديگر پارامترها، بر مقاومت نهايي اتصال و ميزان مشاركت ورق‌هاي پيوستگي در تأمين اين مقاومت، تأثير بيشتري دارد. همچنين در محدوده در نظر گرفته شده براي پارامترهاي تير و ستون در مطالعه حاضر، مي‌توان استفاده از قطر سوراخ برابر با يك‌ سوم تا نصف بعد ستون را براي ورق‌هاي پيوستگي طراحي شده بر اساس استاندارد AISC 341 (2016)، پيشنهاد نمود. همچنين نتايج به‌دست آمده در خصوص مقاومت برشي چشمه اتصال، نشان مي‌دهد كه حضور ورق پيوستگي به صورت مستقيم، سبب افزايش مقاومت برشي چشمه اتصال نمي‌شود، اما با ايجاد محصورشدگي براي بتن و انتقال نيروي وارده به جان‌هاي ستون، سبب افزايش مشاركت اين اجزا در تحمل برش چشمه اتصال مي‌شود.

1400/11/18

Study and Evaluation of Continuity Plate Detailing of Concrete Filled Tubes in Moment Frames

5/29/2022 12:00:00 AM

Due to the increasing use of concrete filled tube (CFT) columns in recent years, various details have been provided for connecting beams to these columns. These details are usually designed and executed using through bolts, blind bolts, or continuity plates (diaphragms). According to AISC 341 (2016), the use of internal continuity plates (internal diaphragms) with holes are permitted in the connections of beam to CFT columns. However, except in the regulations of Japan and China, there are no specific design requirements for this detailing. However, studies show that the relationships presented in these regulations sometimes are not accurate and there are limitations for using materials and dimensions of components. In the present study, we have tried to investigate the effect of using these continuity plates and their detailing on the ultimate strength of the connection and shear strength of the panel zone. For this purpose, various parameters such as the ratio of width to thickness of column flange (2γ), ratio of beam width to column flange width (β), beam depth to column depth ratio (η), beam flange thickness, continuity plate thickness and hole diameter, and non-geometric parameters such as the ratio of axial force to column’s axial capacity, and using different grades of steel and concrete materials, were considered. After validating the modeling results in Abacus software, the samples were classified into two groups to evaluate the ultimate strength of connection and shear strength of the panel zone. The specimens of the first group were designed to investigate the ultimate strength of the connection based on the criterion of strong column - weak beam and the specimens of the second group were designed based on the criterion of strong beam - weak column to investigate the shear strength of the panel zone and. In the specimens of the first group, in addition to investigating the effect of each of the introduced parameters on the ultimate strength of connection, the effect of the beam and column parameters on the participation of continuity plates in providing this strength was also investigated. In the specimens of the second group, the effect of changing the detailing of the continuity plate and changing the wall thickness of the column on the behavior of the panel zone and the degree of participation of each of these components in bearing the shear force was studied. In this study, the values of 28, 18, 13 and 9 were considered for 2γ, the values of 0.37, 0.556 and 0.741 for β and the values of 0.767, 1.1 and 1.43 for η. The results showed that the change of parameter β has a greater effect on the final connection strength and the degree of participation of the connection sheets in providing this resistance compared to other parameters. Also, in the range considered for the beam and column parameters in the present study, it can be suggested to use a hole diameter equal to one third to one-half of the column dimension for the connection sheets designed according to AISC 341 (2016). Also, the results obtained regarding the shear strength of the panel zone showed that the presence of the continuity plate does not directly affect the shear strength of the panel zone, but it will change the participation of these components in the bearing by creating confinement for concrete and transferring force to the walls of column.

ستون هاي پرشده با بتن , ورق پيوستگي , مقاومت نهايي اتصال , چشمه اتصال , بارگذاري يكنواخت