مطالعه رفتار چرخه ای ستون های مشبک با بست های افقی و مایل و ارائه المان جایگزین

ساخت ستون‌های مشبک یکی از روش‌هایی است که در هنگام نیاز به مقاطع بزرگتر برای حمل نیروهای وارده و عدم وجود پروفیل ساختمانی مناسب از آن استفاده می‌شود. در این روش دو پروفیل ساختمانی توسط بست های افقی یا مورب به یکدیگر متصل شده و تشکیل یک پروفیل واحد را می‌دهند. در این مقاله رفتار جانبی ستون‌های مشبک با بست افقی و مورب با استفاده از مدلسازی اجزاء محدود مورد بررسی قرار می‌گیرد. سپس با بارگذاری در دو حالت یکطرفه و چرخه‌ای، پارامترهای رفتاری غیرخطی ستون شامل سختی جانبی در نواحی ارتجاعی و خمیری، برش تسلیم و سطح منحنی‌های هیسترزیس محاسبه می‌گردد. افزایش بار محوری تا حدود 20 درصد ظرفیت ستون سختی، مقاومت، و ظرفیت جذب انرژی را به میزان قابل ملاحظه کاهش می‌دهد و پس از آن نرخ افت این پارامترها کاهش می‌یابد. ستون‌های دارای بست مورب به دلیل یکپارچگی بیشتر ناشی از عملکرد خرپایی بست‌ها به خصوص در سربارهای محوری زیاد عملکرد بهتری نسبت به ستون مشبک دارای بست موازی از خود نشان می‌دهند. با توجه به نتایج بدست آمده از مدل‌های غیرخطی اجزاء محدود، یک سوپر المان که توانایی مدل کردن رفتار این نوع ستون‌ها را با عضوی یکپارچه با رفتار مشابه دارا می‌باشد، معرفی می‌شود. این سوپر المان که با جایگزین کردن یک المان با تعداد درجات آزادی محدود به جای مدل اجزاء محدود با تعداد المان‌ها و درجات آزادی زیاد بدست می‌آید، سرعت انجام محاسبات را افزایش داده و قابلیت درنظر گرفتن تغییرشکل‌های برشی بست‌های افقی و مورب در مدل‌های کلی را ایجاد می‌کند.

Cyclic Behavior of Battened and Latticed Columns and Proposing a Substitute SuperElement

In this paper, lateral behavior of latticed columns is investigated by the finite element method. Ishape rolled sections of IPE120 to IPE200 are used for latticed column specimens in this study. Shell and solid elements are used for plate sections and welds in the finite element model, respectively. The columns considered are under gravity and lateral loads. Variation of gravity load ratio is investigated. Boundary conditions of the FE models are clamped at bottom and rotation restrained at top. Lateral loads are applied to the columns to cause bending about the nonmaterial axis crossing the latticed side of the column. Nonlinear characteristics of these columns including lateral elastic and plastic stiffness values, shear yielding and dissipation of energy (hysteretic curves area), are derived under monolithic and cyclic loading. Based on this study, increasing axial gravity loads, decreases initial stiffness considerably. It also decreases lateral capacity of the columns. Initial stiffness and lateral capacity reduction is considerably affected by axial load ratios under 0.2 (i.e., 20 percent of axial capacity of the column) and after that reduction rate decreases. A superelement that is able to consider behavior of these columns with an integrated section is proposed based on results of the nonlinear finite element analysis. This superelement considerably increases the computation speed by substituting an element with only six degrees of freedom in place of a finite element model with a large number of elements.