تاثیر نوع روش طراحی وصله پیچی در عملکرد لرزه ای و پیش پذیرفتگی اتصالات تیر به ستون درختی

استفاده از اتصالات تیر به ستون درختی در قاب‌های خمشی فولادی، به دلیل انجام جوشکاری قسمت‌های بحرانی در کارخانه و سهولت نصب در کارگاه، بیش از گذشته موردتوجه طراحان و مجریان قرارگرفته است. این در حالی است که تاکنون تاثیر نوع روش طراحی وصله پیچی در پیش پذیرفتگی این نوع از اتصالات به‌منظور استفاده در سیستم‌های قاب خمشی ویژه بررسی نشده است. هدف اصلی تحقیق حاضر، بررسی تاثیر نوع روش طراحی وصله پیچی در عملکرد لرزه‌ای و پیش پذیرفتگی اتصالات تیر به ستون درختی است. بدین منظور در این مطالعه، سه روش طراحی وصله پیچی موجود در آیین‌نامه‌های طراحی که عبارت‌اند از: طراحی بر اساس اتصال لغزش بحرانی، طراحی بر اساس اتصال پیش‌تنیده و طراحی بر اساس وصله ضعیف با استفاده از تحلیل المان محدود غیرخطی در نرم‌افزار آباکوس موردبررسی قرارگرفته است. نتایج تحلیل‌های انجام‌شده نشان داد که نوع روش طراحی وصله تاثیر بسزایی در مقاومت خمشی اتصال ندارد. درحالی‌که نوع وصله در تعیین پیش پذیرفتگی اتصال، میزان انرژی مستهلک‌شده و مقدار شاخص‌های خسارت ناشی از زلزله در محل اتصال تیر ریشه به ستون نقش مهمی ایفا می‌کند. در این تحقیق، نمونه اتصال‌های تیر به ستون درختی طراحی‌شده بر اساس لغزش بحرانی و اتصال پیش‌تنیده جزء اتصالات پیش پذیرفته طبقه‌بندی شدند. درصورتی‌که اتصال تیر به ستون درختی طراحی‌شده بر اساس وصله ضعیف، به دلیل نیمه صلب بودن، نمی‌تواند به‌عنوان یک اتصال پیش پذیرفته در نظر گرفته شود. درنهایت، به‌منظور بهره بیشتر از لغزش پیچ‌ها به‌عنوان یک مود شکل‌پذیر، جهت کاهش شاخص‌های خسارت ناشی از زلزله، پیشنهاد می‌شود که وصله تیر بر اساس اتصال پیش‌تنیده طراحی شود.

Effect of Bolted Splice Design Method on Seismic Performance and Prequalification of Column-Tree Connections

Moment resisting steel frames (MRSFs) are widely used as a lateral load resisting system in steel structures in very high seismic regions. The seismic performance of this system depends mainly on the behavior of beamtocolumn moment connections such that trivial damages in the connections may lead to the collapse of the whole structure or at least postearthquake demolition of the structure. In the 1994 Northridge earthquake, beamtocolumn connections in the MRSFs damaged noticeably and unexpectedly. Several researchers then proposed various suggestions to improve the seismic performance of beam to column connections. One of these suggestions was using a columntree system to avoid the lowquality fieldwelded moment connections. These days, columntree connections are widely used in the special moment resisting frames (SMRFs) buildings due to their wellknown ease of installation and inspection of welding zone, especially in the high seismic areas. However, the prequalification and seismic behavior of these connections had not been evaluated well prior to this research; hence the structural designers usually consider these connections as the prequalified connection for using in the SMRFs without following a robust and validated approach. Therefore, in this study, the effect bolted splice design method on the prequalification and cyclic response of the columntree connections were investigated using experimentally validated finite element analysis in ABAQUS FEA software. The columntree connection must be designed such that the ductile failure modes occur prior to the brittle failure modes. This may be achieved through an appropriate design approach. Based on the bolted joint type in the AISC specification (i.e., pretensioned joint and slipcritical joint) and removing plastic hinge from the column edge (weakened bolted splice), there are three bolted splice design methods available. These are bolted splice design methods based on the slip critical joint, pretensioned joint, and weak splice plates. This research studied three samples to evaluate the effects of the bolted splice design methods on the prequalification and seismic behavior of the connection. The results show that the columntree connection prequalification depends on the bolted splice design methods; moreover, the bolted splice design method influences the monotonic and cyclic behavior, strength, stiffness, fracture tendency, ductility, and energy dissipation characteristics of the connection. Also, it is observed that based on the moment strength and rotational stiffness of the bolted splice, the columntree connection is classified as a rigid or semirigid moment connection. This is a significant point that needs to be taken into account in the columntree moment frame design. The structural designers should consider these effects in their design approach for the columntree connections. The columntree connection with its bolted splice designed based on the pretensioned joint exhibits a reduction in the fracture tendency and increase in the ductility of the connection and also a smaller number of required bolts. For these reasons, it is recommended that the pretensioned joint method be implemented in designing a bolted splice instead of the slipcritical joint method.