مطالعه عددی حالت حدی برش قالبی در صفحات گاست با اتصال جوشی

پدیده‌ی برش قالبی یک حالت حدی رایج حاکم بر مقاومت فلز پایه در اتصالات جوشی است. مطالعات اندکی پیرامون این حالت حدی در اتصالات جوشی انجام شده، ضمن اینکه چارچوب آیین‌نامه‌های فعلی‌ جهت محاسبه مقاومت برش قالبی نیز اساسا برای اتصالات پیچی ارائه شده است. در مطالعات معدود انجام شده در این خصوص نیز، مشخصات مکانیکی فولاد مورد استفاده با فولاد رایج در ایران تفاوت داشته، ضمن اینکه مطالعه تحلیلی و عددی جامعی نیز صورت نگرفته است. در این پژوهش، ابتدا مدل عددی با استفاده از روش اجزا محدود و بهره‌گیری از مدل‌سازی «خرابی برای فلزات شکل‌پذیر» ساخته شده، سپس، فرضیات روش مدل‌سازی با مقایسه نتایج عددی و داده آزمایشگاهی موجود مورد صحت‌سنجی قرار گرفته است. در ادامه نمونه‌هایی از اتصال جوشی صفحه گاست مورد مطالعه قرار گرفته و توزیع کرنش و تنش و همچنین مسیر پارگی برش قالبی در آن‌ها بررسی شد. نتایج نشان داد که مکانیزم خرابی برش قالبی در اتصالات جوشی متفاوت با اتصالات پیچی می‌باشد؛ که وجود قید اضافی در برابر فرآیند باریک شدگی فلز پایه در مجاورت فلز جوش از عوامل اصلی این تفاوت می‌باشد. مطالعه قیاسی بین مقاومت اسمی پیش‌بینی شده توسط معادله aisc و ظرفیت‌های به دست آمده از تحلیل عددی نشان داد که این معادله به طور میانگین 36% محافظه‌کارانه است. بر این اساس، معادله جدیدی ارائه شد که مقاومت اسمی محاسبه شده توسط آن کمتر از 5% محافظه کارانه بوده، ضمن اینکه ضرایب افزایش بار و کاهش مقاومت نیز قابلیت اطمینان مورد نیاز در طراحی را ایجاد خواهد نمود.

numerical study of block shear limit state in welded gusset plates

the block shear failure is a common limit state that governs the base metal strength in welded connections. the framework for block shear strength prediction adopted by current design specifications is originally based on research results on bolted joints. also, in the past few studies conducted on welded connections, the mechanical properties of the steel used are distinct from the commonly applied steel in iran. in this paper, first, a nonlinear finite element model with ductile damage capability was developed and validated against available test results on welded gusset plate connections. then, a parametric study was performed on connection length, connection width, welding configuration, and gusset plate thickness, in which, the strain and stress distribution, as well as the block shear rupture path, were investigated. the results showed that the mechanics of block shear failure in welded connections is different from bolted ones for reasons like stress triaxiality development in tensile failure plane due to the existence of additional constraint against necking of base metal fibers adjacent to the weld. evaluation of existing block shear strength equations revealed that the aisc block shear design equations provide so conservative capacities, on average 36%, for welded connections. accordingly, a new block shear strength equation was developed, such that, the predicted nominal block shear strengths are, on average about 5% on the conservative side; however, using the lrfd load and resistance factors in the design along with this equation, the safety needed for this limit state is ensured.