فهرست مطالب

نشریه سازه و فولاد
سال شانزدهم شماره 36 (تابستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/07/09
  • تعداد عناوین: 6
|
  • امیر علی رستگاری، مهدی قاسمیه* صفحات 1-15

    در اتصالات جوشی تنش های پسماند پس از چرخه گرمایش و سرمایش جوشکاری در نواحی اطراف حوضچه مذاب و مناطقی که تحت تاثیر حرارت جوشکاری قرار دارند ظاهر می شوند و باعث کاهش یکپارچگی خواص مکانیکی فلز می شوند که می تواند به عنوان یک عامل در کاهش کارایی و خدمت پذیری قطعات ساخته شده، موثر باشد. در عمل، شناسایی و بررسی این تنش ها فرآیندی دشوار و پرهزینه ای است. برای حل این مشکل می توان از روش های عددی مانند روش اجزاء محدود برای شناسایی و بررسی تنش ها و تغییر شکل های ناخواسته جوشکاری استفاده کرد. در این پژوهش با توجه به اهمیت تنش های پسماند در اتصالات ساختمانی، با استفاده از نرم افزار ABAQUS به بررسی و تحلیل عددی آن ها در یک اتصال جوشی پرداخته شده است. به این منظور، ابتدا برای منبع حرارتی مدل دوبیضی گون گلداک در نظر گرفته شده است و برای اطمینان از درستی روش تحلیل به کمک این شیوه، نتایج این مدل با نتایج یکی از تحقیقات پیشین مورد مقایسه قرار گرفته است و سپس، اثر شار حرارتی به کمک زیربرنامه DFLUX در محیط برنامه نویسی فرترن بر مدل اصلی اعمال گردیده است. پس از به دست آوردن تاریخچه دمایی تمامی گره های تحلیل حرارتی، از آن ها به عنوان شرایط اولیه تحلیل مکانیکی برای شناسایی تنش های پسماند در قطعه استفاده شده است. نتایج حاصل از تحلیل مکانیکی نشاندهنده مقادیر بزرگی از تنش های پسماند در محل اتصالات بوده که مقدار این تنش ها در برخی از نواحی جوش و اطراف آن با تنش تسلیم فلز برابر بود. بررسی ها نشان می دهد که  در اثر جوشکاری در اطراف اتصال، فلز مبنا به ناحیه پلاستیک وارد شده است و وجود تغییر شکل های باقیمانده پس از سرد شدن ناحیه جوشکاری در این منطقه گواه این ادعا می باشد.

    کلیدواژگان: اتصالات جوشی، تنش های پسماند، تغییرشکل پلاستیک، مدل سازی اجزای محدود
  • فرزاد مقرون، محسن ایزدی نیا* صفحات 17-29

    خرابی پیشرونده در قاب های ساختمانی به گسترش یک خرابی موضعی اولیه در تمام و یا بخشی از سازه به صورت زنجیروار اطلاق می شود. این پدیده به دنبال حذف یک و یا چند جزء باربر آغاز و در نهایت منجر به خرابی کل و یا بخشی از سازه خواهد شد. مطالعات پیشین عمدتا تحلیل خرابی پیشرونده را به شیوه پیشنهادی آیین نامه ها و تحت بارگذاری ثقلی با ترکیب بار تعریف شده انجام داده اند. در این مطالعه پدیده خرابی پیشرونده در قاب های خمشی فولادی تجهیز شده به مهاربند دروازه ای تحت بارگذاری لرزه ای مورد بررسی قرار گرفت. سپس با معرفی گروه های متعدد شتاب نگاشت، اثر مشخصات لرزه ای شتاب نگاشت ها مانند بیشینه شتاب، شاخص آریاس، محتوای فرکانسی و مولفه قایم مورد بررسی قرار گرفتند. همچنین تحلیل خرابی پیش رونده با حذف ستون های کناری و میانی در سناریوهای متعدد حین زمین لرزه دیده شده است. نتایج نشان داد که بیشینه شتاب و پریود غالب تاثیر زیادی تا حدود 66 درصد، بر پاسخ قاب ها داشته ولیکن اعمال مولفه قایم تاثیر ناچیزی بر پاسخ قاب ها داشته است.

    کلیدواژگان: خرابی پیشرونده، قاب مهاربندی دروازه ای، تحلیل دینامیکی غیرخطی، مشخصات زمین لرزه، اپنسیس
  • سید محمدرضا مرتضوی*، محمد فراهانی صفحات 31-43

    یکی از مهم ترین عوامل در طراحی ساختمان ها، عملکرد لرزه ای سازه آن ها در برابر بارهای جانبی است. در سازه ها سیستم های باربر جانبی مسیول انتقال بارهای جانبی به زمین هستند. دیوار برشی فولادی نیز در سیستم های باربر جانبی به کار گرفته می شود که مزایایی از جمله سهولت اجرا، سرعت بالای اجرا، اقتصادی بودن، قابلیت تعمیر و تعویض و قابلیت اجرا در سازه های موجود دارد. از این رو تحقیق بر روی این سیستم می تواند به طراحی سازه ها و مقاوم سازی ساختمان های موجود  کمک کند. دیوار برشی فولادی در دو نوع کلی سخت نشده و سخت شده وجود دارد. در تحقیق حاضر تلاش شده است که بهترین شکل هندسی دیوار برشی فولادی از نظر عملکرد لرزه ای، مشخص شود. حجم مصالح به کار رفته در نمونه ها یکسان در نظرگرفته شده است تا عملکرد لرزه ای آنها در شرایطی برابر مقایسه گردد و این موضوع، جنبه نوآورانه ی این تحقیق است. هفت مدل المان محدود دیوار برشی فولادی با شکل های سخت نشده و سخت شده مختلف ساخته شد و با روش تحلیل استاتیکی غیرخطی و بارگذاری های خطی فزاینده و چرخه ای تحلیل گردید. به عنوان نتیجه می توان گفت، نمونه های سخت شده عملکرد لرزه ای بهتری نسبت به دیوار برشی فولادی سخت نشده دارند و سختی، جذب انرژی پلاستیک و شکل پذیری بالاتری دارند. نمونه های با شکل جدید پیشنهادی نیز عملکرد لرزه ای بهتری نسبت به نمونه های سخت شده ی معمولی دارند و سختی، مقاومت، جذب انرژی پلاستیک و شکل پذیری آن ها بالاتر است و تغییر صفحه خارج از صفحه کمتر و توزیع تنش بهتری دارند.

    کلیدواژگان: دیوار برشی فولادی، دیوار برشی فولادی سخت شده، دیوار برشی فولادی سخت نشده، سخت کننده
  • محمدرضا ایوبی، محمدسهیل قبادی* صفحات 45-59

    در مقاله پیش رو به مقاوم سازی اتصالات خمشی WFP در ستون های مزدوج با ورق پوشش سراسری از طریق ارایه روش طراحی و دیتیل مقاوم سازی پرداخته شده است. از مشکلات اتصال مذکور، کیفیت نامطلوب جوش شیاری با نفوذ کامل در محل اتصال ورق روسری به ورق پوشش ستون و یا استفاده از جوش گوشه یک طرفه با مقاومت ناکافی، کمانش خارج از صفحه ورق پوشش ستون در تراز اتصال تیر به ستون و در نتیجه عملکرد لرزه ای نامناسب و رفتار نیمه صلب آن می باشد. از این رو سعی شد با استفاده از مطالعات تحلیلی و آزمایشگاهی مزایای مقاوم سازی این اتصال معیوب به کمک سخت کننده های جانبی تی شکل مورد ارزیابی قرار گیرد. به همین منظور نمونه آزمایشگاهی و مدل اجزاء محدود بر مبنای روش طراحی پیشنهادی ساخته شد و رفتار چرخه ای آن، پتانسیل گسیختگی جوش اتصال و حالت شکست آن تحت بار چرخه ای با نمونه معیوب مقایسه شد. نتایج نشان داد که طرح پیشنهادی ضمن آنکه در گروه اتصالات کاملا صلب طبقه بندی می شود مقاومت و شکل پذیری لازم برای پذیرش شرایط قاب خمشی ویژه مطابق با آیین نامهAISC  را دارد. با انجام آنالیز حساسیت بر روی سخت کننده تی شکل از طریق تغییر ابعاد آن و بررسی شاخص های خسارت صحت روش طراحی پیشنهادی اثبات گردید. بررسی ها نشان داد روش مقاوم سازی مذکور روشی مناسب برای اتصال معیوب معرفی شده می باشد.

    کلیدواژگان: ستون دوبل، سخت کننده های تی شکل، رفتار لرزه ای، شکست جوش، منحنی هیسترزیس
  • محمد بهمنی*، اشرف صادق مقدسی، سید عبدالنبی رضوی صفحات 61-77

    میراگر های ویسکوز یکی از سیستم های کنترل غیر فعال است که سبب می شود تقاضای لرزه ای المان های سازه ای ساختمان کاهش یابد و خرابی ساختمان به حداقل رسد. از طرفی چینش مناسب میراگرهای ویسکوز در افزایش عملکرد آن بسیار موثر است و از لحاظ اقتصادی استفاده از میراگر ویسکوز در تمامی طبقات به صرفه نمی باشد. در این پژوهش میراگرهای ویسکوز بر اساس چهار روش توزیع شامل توزیع ضریب میرایی به صورت یکنواخت، توزیع متناسب با نیروی برشی طبقات، توزیع براساس انرژی کرنشی برشی طبقات و توزیع براساس انرژی کرنشی برشی طبقات موثر، بر اساس FEMA 356  طراحی می گردند. با هدف یافتن روش توزیع بهینه، پاسخ های لرزه ای سازه شامل حداکثر نسبت دریفت، حداکثر شتاب نسبی طبقات و انرژی کرنشی، استخراج شده و نتایج حاصل از بهسازی به چهار روش ذکر شده با شاخص های عملکرد پیشنهادی مقایسه می شود. در این تحقیق با معرفی دو شاخص عملکرد جدید که شامل وزن دهی به پارامترهای مختلف پاسخ سازه با توجه به سطوح عملکرد متفاوت می باشد، پاسخ های ساختمان تحت روش های متفاوت توزیع میرایی مورد بررسی و مقایسه قرار گیرد. با توجه به اثر هر یک از روش های توزیع ضریب میرایی بر شاخص های عملکرد پیشنهادی سازه، می توان اذعان داشت که توزیع ضریب میرایی براساس طبقات موثر در مقایسه با سایر روش های توزیع ضریب میرایی، از عملکرد مناسب تری برخوردار است. نتایج حاصل از تحلیل تاریخچه زمانی نشان داد استفاده از میراگرهای ویسکوز در ساختمان های محک به صورت میانگین باعث بهبود 50 درصدی در شاخص عملکرد سازه های متوسط و بلند مرتبه و همچنین بهبود 40 درصدی در شاخص نیروی سازه های متوسط و بلند مرتبه که تحت شتاب نگاشت حوزه های دور قرار گرفته اند می شود.

    کلیدواژگان: میراگرهای ویسکوز، توزیع ضریب میرایی، سازه های فولادی، شاخص عملکرد، شاخص نیرو
  • مازیار فهیمی فرزام*، طاهره دهقان کلجاهی، علی سلطانی صفحات 79-97

    سیستم های کنترل غیرفعال به دلیل عدم نیاز به منبع انرژی خارجی، هزینه کم، نصب آسان و طراحی ساده همواره در سازه های عمرانی به کار برده شده اند. میراگر ویسکوز لزج یکی از توسعه یافته ترین ابزار کنترل غیرفعال است که از طریق تبدیل انرژی مکانیکی به حرارت، انرژی ورودی به سازه را مستهلک می کند. در روش های متداول طراحی میراگر ویسکوز، میرایی مورد نیازی که لازم است توسط میراگرهای ویسکوز در سازه تامین شود به سختی سازه بستگی دارد. در این مقاله به منظور توزیع میرایی ویسکوز در ارتفاع ساختمان، روش توزیع متناسب با دریفت بین طبقه ای بر اساس تغییر شکل های مد اول (IDPD) به کار برده شده است و جهت محاسبه میرایی کل میراگرها از پنج روش مختلف تعیین سختی طبقات استفاده شده است. در نهایت از میان این پنج روش، روشی که در آن پاسخ های ساختمان کنترل شده با میراگر ویسکوز انطباق بیشتری با هدف طراحی داشته باشند روش مطلوب خواهد بود. همچنین به منظور ارزیابی هزینه طراحی جهت انتخاب روش مناسب، مقایسه ای از نظر میرایی کل مورد نیاز (به عنوان معیار هزینه) برای رسیدن به هدف طراحی مورد نظر انجام شده است. سازه های مورد بررسی، ساختمان های 3، 9 و 20 طبقه معیار پروژه سک می باشند. به منظور تحلیل تاریخچه زمانی ساختمان ها از چهار رکورد معیار حوزه نزدیک با اثر پرتابی و چهار رکورد معیار حوزه دور استفاده شده است. نتایج نشان دهنده ی تاثیر متفاوت روش های مختلف محاسبه ی سختی طبقات در انطباق با هدف طراحی می باشد و به همین دلیل لازم است برای دستیابی به هدف طراحی مورد نظر از بین روش های تعیین سختی مختلف روش سختی مناسب انتخاب گردد.

    کلیدواژگان: میراگر ویسکوز لزج، روش توزیع IDPD، هزینه طراحی، ساختمان های سک، تحلیل تاریخچه زمانی
|
  • Pages 1-15

    In the welded joints, residual stresses appear in the areas around the melting pool and the areas that are affected themselves by the welding heat after the completion of heating and cooling welding cycle. The residual stresses reduce the integrity of the metal’s mechanical properties and also the serviceability of the made parts. Recognition and investigation of these stresses is a complicated and pricey process in operation. One can use numerical methods such as finite element for recognizing and investigating the tensions and unwanted welding deformations in order to solve the problem. In this research, regarding the importance of these stresses in construction fittings, a thorough numeric research on the stresses in welding joints has been conducted using Abaqus software. To this purpose, GOLDAK double ellipsoid model has been considered for heating source primitively to ensure the reliability of this evaluating method. Using this technique, the outcome of this model has been compared with the existing technical literature. The heat flux has been encoded in Fortran programming environment with the help of DFLUX subroutine and applied to the original model. Once the temperature history of all thermal analysis groups obtained, mechanical loading analysis will start to identify the residual stress in the fragment. The results demonstrated large amounts of residual stress at the joint site. The amounts of these stresses in some parts of the joint were as much as the yield stress of metal; i.e. to say the metal was formed as plastic at the end of the welding process.

    Keywords: Welded joints, Residual stresses, Plastic deformations, Finite element modeling
  • Pages 17-29

    The progressive collapse in building frames refers to the spread of an initial localized chain collapse in all or some parts of the structure. This phenomenon occurs following the removal of one or more load-bearing elements and eventually leads to the total or partial collapse of the structure. In previous studies, the progressive collapse has been analyzed mainly using the method proposed in building codes under gravitational loading with a defined load combination. This study aims to investigate the progressive collapse of steel moment-resisting frames equipped with gate (hat) bracing under seismic loading. For this purpose, the effect of the seismic properties of the acceleration records such as peak ground acceleration (PGA), Arias intensity, frequency content, and a vertical component are examined, following the introduction of several acceleration groups. Next, progressive collapse analysis with side and middle column removal is simulated under various scenarios during an earthquake. The results showed a high effect of about 66% PGA and predominant period on frame responses and, at the same time, a slight effect of the vertical component application on frame responses.

    Keywords: Progressive Collapse, Gate (hat) Bracing Frame, Nonlinear Dynamic Analysis, Earthquake Characteristics, OpenSees
  • Pages 31-43

    Seismic performance is one of the most important factors in designing of structures. Lateral load bearing systems in structures are responsible to transfer lateral loads into the ground. Steel plate shear wall as a load bearing system in structures has some advantages such as easy and fast implementation, being economical, repairable, changeable and applicable on existing structures. Therefore, more research on these systems can help to design and retrofitting of existing structures. There are two general types of steel plate shear wall: stiffened and unstiffened. In this study, it is tried to determine the best geometrical shape of steel plate shear wall in terms of seismic performance. Material volume which are applied in all models are the same in order to compare their seismic performance in an equal circumstances and this is the innovative aspect of this study. Seven different stiffened and unstiffened steel plate shear walls are modeled using FEM in this paper. All models are analyzed with non-linear static analysis and linear incremental and cyclic loading. It is investigated that stiffened models had better performance in terms of seismic behavior in comparison with unstiffened models. These models also had more stiffness, more ductility and they absorb more plastic energy. Proposed models with new and innovative forms had better seismic performance, higher stiffness, higher strength, higher plastic energy absorption and higher ductility compare to usual stiffened models. In addition, these models had controlled out of plane displacement and better stress distribution.

    Keywords: Steel plate shear wall, Stiffened steel plate shear wall, Unstiffened steel plate shear wall, Stiffener
  • Pages 45-59

    In the present paper, the retrofitting of welded moment connections with welded flange plate (WFP) in Double-I built-up columns with overall cover plate is discussed by presenting the design method and retrofitting details. The problems of above-mentioned connection include the unfavorable quality of groove weld with full penetration at the connection of the flange plate and the column cover plate, or in worse conditions, using one-sided fillet weld with insufficient strength, the out-of-plane buckle of the column cover plate at the level of the beam-to-column connection, and as a result, its inappropriate seismic performance and its partially restrained behavior. Thus, it was tried to evaluate the advantages of strengthening this defective connection with the help of T- stiffeners using analytical and experimental studies. For this purpose, the experimental test and the finite elements model were made based on the proposed design method, and its cyclical behavior, rupture potential of weld connection, and failure mode under cyclical load were compared with the defective sample. The results indicated that the proposed design, while being classified in the group of fully restrained connections, has the necessary strength and ductility to accept the conditions of the special moment-resisting frame according to the AISC. By performing a sensitivity analysis on the T- stiffener by changing its dimensions and examining the damage indices, the accuracy of the proposed design method was proved. The examinations indicated that the aforementioned retrofitting method is a proper method for the introduced defective connection.

    Keywords: Double-I column, T-stiffeners, Seismic performance improvement, Fracture of weld, Hysteresis Curve
  • Pages 61-77

    Viscous dampers are one of the passive control systems that reduce the seismic demand of the structural elements of a building and minimize the building damage. However, the proper arrangement of viscous dampers greatly affects their increased performance, and it is not economical to use viscous dampers in all floors. In this study, the viscous dampers are designed according to four distribution methods based on FEMA 356: uniform damping coefficient distribution, distribution proportional to shear force of floors, distribution based on shear strain energy of floors and distribution based on shear strain energy of effective floors. In order to find the optimal distribution method, the seismic responses of the structure including the maximum drift ratio, maximum relative acceleration of floors, and strain energy are extracted and the results obtained from the rehabilitation in the four methods are compared with the proposed performance indices. Considering the effect of each method of damping coefficient distribution on the structural performance indices, it can be argued that the damping coefficient distribution based on the effective floors has a more appropriate performance compared to other methods of damping coefficient distribution. The results of time history analysis show that the viscous dampers used in the benchmark buildings cause a 50% improvement in the performance index of mid- and high-rise structures and also a 40% improvement in the force index of mid- and high-rise structures under the far-field acceleration.

    Keywords: Viscous dampers, damping coefficient distribution, steel structures, performance index, force index
  • Pages 79-97

    Passive control systems have always been used in civil structures due to the lack of external energy source, low cost, easy installation and simple design. The fluid viscous damper is one of the most advanced passive control devices that dissipates the energy input to the structure by converting mechanical energy into heat. In conventional viscous damping design methods, the required damping required to be provided by viscous dampers in the structure depends on the stiffness of the structure. In this paper, in order to distribute the viscous damping at the height of the building, the distribution method is used in proportion to the inter-story drift proportional distribution determined on the basis of the first mode deformations and five different methods for determining the stiffness of the stories are used to calculate the total damping. Finally, of the five methods, the one in which the responses of the controlled building to the viscous damper are more in line with the design goal would be the preferred method. Also, in order to evaluate the design cost to choose the appropriate method, a comparison has been made based on the total damping required (as a cost criterion) to achieve the desired design goal. The studied structures are 3, 9 and 20 story benchmark buildings of SAC project. In order to analyze the time history of buildings, four benchmark near field records with the effect of Fling Step and four benchmark field far records have been used. The results show the different effects of different methods of calculating the stiffness of floors in accordance with the design goal and therefore it is necessary to choose the appropriate stiffness method from different methods to determine the desired design goal.

    Keywords: Fluid viscous dampers, IDPD distribution method, design cost, SAC buildings, time history analysis