This paper presents an innovative bolt model suitable for the three dimensional finite element analysis (FEA) of the semirigid beam-to-column bolted connections. The model is particularly useful for the moment-rotation relationship of beam-tocolumn connections, especially in cases where the connectors such as endplates, angles, T-stubs, are not particularly thin. In this paper, the bolt tensile behavior is firstly discussed by using a refined finite element model, in which the complex geometries of both external and internal threads were modeled. Then, the bolt behavior predicted by the commonly used models was compared with that of the refined FEA to appraise the accuracy of these models. The comparison shows most of the models commonly used can not predict accurately the axial stiffness, carrying capacity and ductility of bolt simultaneously. Afterwards, an innovative bolt model was proposed and the model accorded with the refined FEA for single bolts. Finally, the proposed model was applied to analyze the moment-rotation behavior of several experimented and well documented connections with different configurations. The results indicate that the proposed model is feasible and efficient

چکیده

این مقاله مدل خلاقانه بولتی که برای تحلیل المان محدود (FEA) سه بعدی اتصالات پیچی نیمه گیردار تیر-ستون مناسب است معرفی می کند. این مدل به ویژه برای رابطه لنگرخمشی-دوران اتصالات تیر-ستون به خصوص در مواردی که اتصال دهنده ها مانند صفحه های انتهایی، نبشی ها، پایه ستون T شکل ضخامت کمی ندارند قابل استفاده است. در این مقاله، رفتار کششی بولت در ابتدا با بهره گیری از المان محدود اصلاح شده تشریح می شود که در آن هندسه پیچیده رزوه های خارجی و داخلی مدل می شود. سپس، رفتار بولت که با مدل های کاربرد پیش بینی شده است با رفتار FEA مقایسه می شود تا دقت این مدل ها ارزیابی شود. مقایسه بین این دو نشان می دهد اغلب مدل های پرکاربرد نمی توانند سختی محوری، ظرفیت باربری و شکل پذیری بولت را همزمان پیش بینی کنند. سپس، مدلی خلاقانه برای بولت پیشنهاد شد و مدل با المان محدود اصلاح شده برای بولت های تکی مطابقت داده شد. در پایان، مدل پیشنهادی برای تحلیل رفتار لنگرخمشی-دوران چند اتصال آزمایش شده و مشهور با آرایش های مختلف بکار گرفته شد. نتایج نشان می دهند که این مدل پیشنهادی قابل اجرا و کارآمد است.

1-مقدمه

چند اتصال تیر-ستون پیچی معمولی در شکل 1 مشاهده می شود. به سبب تغییرشکل اتصال دهنده ها (مانند صفحات انتهایی، پایه ستون های T شکل، نبشی ها و بولت ها) و بال ستون، زاویه بین تیر و ستون زمانی که اتصال تحت لنگر خمشی قرار می گیرد تغییر می کند. این پدیده رفتار نیمه گیردار اتصالات تیر-ستون نام دارد. اتصالات نیمه گیردار توان بالقوه‌ای دارند که ممکن است با تغییر سختی اتصال جهت بهینه کردن توزیع لنگرخمشی در اعضای متصل شده بکار گرفته شود. علاوه براین، هزینه اتصالات نیمه گیردار عموماً کمتر از اتصالات گیردار است...