Abstract
Bolted Column Base Plate (BCBP) connections are widely used to connect steel columns to the concrete foundations. This paper conducts a parametric study on the initial stiffness of bolted base plate with Square Hollow Section (SHS) column connection, through an extended 3-D Finite Element Modeling (FEM). Different features of the connection such as material behavior, geometric details, typical contact phenomena and large displacements are also considered in the modeling. A comparison between experimental test and FEM is carried out to illustrate the ability of the numerical method to simulate the connection behavior. An analytical explanation on the initial stiffness of the connection is introduced. The parameters for numerical study were appointed and finally, using regression analysis, a power function describing the initial stiffness of the connection is obtained. The prediction equation has the ability to acquire initial stiffness of the SHS connections considering prying forces and there is also a reasonable accuracy in estimating SHS end-plate and base-plate bolted connections
چکیده
اتصالات صفحه زیر ستون پیچی (BCBP) به طور گسترده در متصل کردن ستون های فولادی به شالوده های بتنی بکار می روند. این مقاله یک مطالعه پارامتریک بر روی سختی اولیه صفحه زیر ستون پیچی اتصال ستون با مقطع توخالی مربعی (SHS)، از طریق یک مدلسازی المان محدود سه بعدی توسعه یافته انجام می دهد. ویژگی های مختلف اتصال از قبیل رفتار مواد، جزئیات هندسی، پدیده های تماسی نوعی و تغییرمکان های بزرگ نیز در مدلسازی منظور می شوند. یک مقایسه بین آزمایش تجربی و FEM برای نمایش قابلیت روش عددی در شبیه سازی رفتار اتصال انجام می شود. یک تفسیر تحلیلی راجع به سختی اولیه اتصال مطرح می شود. پارامترهای برای مطالعه عددی تعیین شدند و در نهایت با استفاده از تحلیل رگرسیون، یک تابع قوی که سختی اولیه اتصال را توصیف می کند، حاصل شد. معادله پیش بینی قابلیت تعیین سختی اولیه اتصالات SHS را با در نظر گرفتن نیروهای کاوشی دارد و هم چنین یک دقت منطقی در برآورد اتصالات پیچی صفحه زیر ستون و صفحه انتهایی SHS وجود دارد.
واژگان کلیدی: اتصال صفحه زیر ستون، صفحه زیر ستون، سختی اولیه، مدلسازی المان محدود، مطالعه پارامتریک
1. مقدمه
اتصالات در قاب های فولادی دارای تاثیر عمده ای بر روی رفتار کل سازه هستند. در تحقیقات اجرا شده بر روی قاب های فولادی آسیب دیده در زلزله های مختلف، اثبات می شود که اکثر خرابی ها در قاب ها از طریق گسیختگی های در اتصالات آنها آغاز شدند. رفتارهایی از قبیل سختی، مقاومت، و شکل پذیری در مشخصات ممان- دوران (M-θ) اتصالات پیچی یا پیچی/جوشی ارائه می شوند [1، 2]. اتصالات صفحه زیر ستون پیچی (BCBP) معمول ترین اتصالات مفصلی یا نیمه صلب بکاررفته برای اتصال قاب های فولادی به شالوده های بتنی هستند. اتصالات BCP معمولا در انتقال بارهای محوری و ممان های قاب های فولادی به شالوده های بتنی بکار می روند. در یک اتصال نوعی صفحه زیر ستون، ستون به صفحه زیر ستون از طریق جوش پرکننده طولی متصل می شود و میله های مهاری پایداری اتصال را در حالت لنگرهای بزرگ یا نیروهای آپلیفت فراهم می کنند [3]. آزمایش های تجربی معتبرترین روش به منظور بدست آوردن پاسخ ممان- دوران این انواع اتصالات هستند؛ بااین وجود، تنوع پارامترهای مختلف آشکارسازی تمام جنبه های رفتار اتصال را محدود می کند که توسط تعداد محدودی از آزمایش ها انجام شده اند. بعلاوه، زمان و هزینه زیاد اجرای آزمایش های تجربی و پیدایش تکنولوژی محاسباتی پیشرفته منجر به شبیه سازی پارامتریک حالات پیچیده با استفاده از روش المان محدود شده است…