Av Jason McCormick
Førsteamanuensis, Civil & Miljøteknikk, University Of Michigan, Ann Arbor, MI, USA

Øyeblikksforbindelser laget av rektangulære og firkantede hule strukturelle seksjoner (HSS) har fått mindre hensyn sammenlignet MED HSS-TIL-HSS-tilkoblinger bestående av aksialt lastede medlemmer (T -, Y -, cross-og K-tilkoblinger). De fleste statiske studier med fokus på disse forbindelsene har vurdert Vierendeel truss systemer. Disse systemene er ofte dannet av kvadratiske eller rektangulære topp og bunn akkorder som er forbundet med kvadratiske eller rektangulære vertikale web (gren) medlemmer (Figur 1). Som et resultat av denne konfigurasjonen gjennomgår akkord-til-web-tilkoblingen betydelig bøyning sammen med skjær og aksiale belastninger og betraktes ikke som en festet tilkobling som vanligvis gjøres i typiske truss-systemer. Opprinnelig unnfanget I 1896 Av Arthur Vierendeel, var DET ikke før HSS ble utviklet at potensialet For Vierendeel takstoler begynte å bli realisert (Korol et al. 1977), men deres bruk krevde en forståelse av hvordan man overfører øyeblikk mellom HSS-TIL-HSS T-tilkoblinger.

Mange av de tidlige studiene av disse tilkoblingene fokuserte på evnen til forbindelsen til å utvikle hele øyeblikkskapasiteten til grenmedlemmet. Jubb og Redwood (1966) viste at når grendelen hadde en lik bredde til akkorddelen (β=1), kunne HSS-medlemmets fulle øyeblikkskapasitet oppnås uten forsterkning. Denne studien vurderte imidlertid ikke det potensielle tapet av momentkapasitet på grunn av tilstedeværelsen av aksial belastning. På den annen side, Korol et al. (1977) viste at forbindelser med en mindre grenbredde enn akkordet ikke kunne utvikle grenens fulle øyeblikkskapasitet uten forsterkning gjennom en serie med 29 forskjellige tilkoblingstester som vurderte 5 forskjellige konfigurasjoner (uarmerte, grenflensforsterkende plater, akkordflensstivere, haunch og avkortet pyramide). Generelt reduseres styrken og stivheten til uarmerte Vierendeel-type tilkoblinger med en økning i akkord slankhetsforhold (B / t) og reduksjon i gren-til-akkordbreddeforhold (β). Som et resultat kan ikke-stivede vierendeel truss-type tilkoblinger bare betraktes som stive (dvs. gjennomgå minimal relativ rotasjon mellom akkord og gren) når gren – til-akkordbreddeforholdet er 1,0 og akkord slankhetsforholdet er lavt eller forbindelsen er forsterket (Packer 1993).

fordi de maksimale øyeblikkene i disse leddene kan forekomme ved overdreven store deformasjoner, blir en lignende tilnærming til den som brukes for aksialt lastede firkantede og rektangulære HSS-ledd, der ved en endelig bæreevne eller en deformasjon eller rotasjonsgrense brukes til å karakterisere designmomentet (Wardenier 1982). AISC 360-10 (Kapittel K3) vurderer tre grensetilstander for kvadratiske OG rektangulære HSS T-tilkoblinger under statisk in-plan bøying: akkordveggplastifisering, sidevegg lokal avkastning og lokal avkastning av grenen på grunn av ujevn lastfordeling. Akkordveggplastifisering oppstår som et resultat av at bredden på grenelementet er mindre enn bredden på akkordet (β ≤ 0,85) som krever at spennings-og kompresjonsbelastningene som produseres av bøyemomentet, overføres gjennom akkordets relativt fleksible ansikt i stedet for direkte til de stivere sideveggene. Grensetilstandsligningen (AISC 360-10 Ligning K3-6) kan utledes fra utbyttelinjeteori (Figur 2):

Mn er den nominelle momentkapasiteten til forbindelsen, Fy er den angitte minimumsutbyttestyrken til akkordet, Hb er den totale høyden på grenen, h er lastlengdeparameteren lik høyden på grenen dividert med bredden på akkordet (antar en 90o vinkel mellom akkord og grenelement som er typisk For Vierendeel takstoler), og qf er en parameter for å redusere leddets kapasitet i nærvær av aksial kompresjon i akkordet.

de to andre grensetilstander er forbundet med forbindelser hvor bredden av grenen medlem er lik eller nesten lik bredden av akkord (β > 0.85) som betyr at spennings – og kompresjonsbelastningene som er utviklet i flensene til grenelementet, overføres nesten direkte inn i akkordens stivere sidevegger. Grensetilstanden for sidevegg lokal avkastning (AISC 360-10 Ligning K3-7) av En t-tilkobling kan deretter utledes fra web local yielding ligning for konsentrerte krefter anvendt i en avstand fra enden av medlemmet større enn dens dybde (aisc 360-10 Ligning J10-2):

Mn = 0.5Fyt(Hb + 5t)2
Ligning 2

for lokal avkastning av grenen på grunn av ujevn lastfordeling (AISC 360-10 Ligning K3-8) i En t-tilkobling brukes en effektiv breddetilnærming for å redusere kapasiteten til bracing-elementet for å oppnå det nominelle øyeblikket som brukes av bøylen:

Fyb er den angitte minimumsavkastningsstyrken til grenen, Zb Er plastseksjonsmodulen til grenen om bøyeaksen, beoi er den effektive bredden på grenen, Bb er den totale bredden på grenen, og tb er grenens designveggtykkelse.Fordi det er begrenset eksperimentelle bevis for å støtte spesifikke designmodeller For Vierendeel truss tilkoblinger (T-tilkoblinger) under out-of-plane bøying, analoge grensetilstander som de for in-plane bøying brukes (Packer et al. 2010). En ekstra grensetilstand for akkordforvrengningsfeil utvikler seg fra dreiemomentet som påføres akkordet av grenelementet som følge av ut-av-planet-øyeblikket. Dette dreiemomentet kan føre til rhomboidal forvrengning av akkordet. De nominelle moment-ligningene for bøying utenfor plan kan finnes I Aisc 360-10-Ligningene K3-9, K3-10, K3-11 og K3-12. Ligningene for både in-plane og out-of-plan bøyning Av T-tilkoblinger er lik de som har blitt vedtatt internasjonalt (Packer et al. 2010).de ovennevnte design ligninger ble avledet vurderer Vierendeel truss systemer under statiske belastninger. En nylig studie (Fadden et al. 2015) har fremmet dette arbeidet for å vurdere oppførselen til kvadratiske OG rektangulære HSS-TIL-HSS-øyeblikksforbindelser under store sykliske belastninger for bruk i rørbaserte seismiske momentrammesystemer (mellomliggende og spesielle momentrammer). Et slikt system ser ut til å dra nytte av de utmerkede aksiale, bøyende og vridningsegenskapene, høy styrke-til-vektforhold og arkitektonisk behagelig natur av kvadratisk OG rektangulær HSS. Den høye torsjonsmotstanden kan føre til en reduksjon i bjelkens laterale avstivning, mens det høye styrke-til-vekt-forholdet resulterer i lavere seismisk masse. Imidlertid må slike tilkoblinger være i stand til å gjennomgå stabil plasthinging av stråleelementet der 80% av plastkapasiteten til stråleelementet opprettholdes til enten 0,2 rad. (IMF) eller 0.4 rad. (SMF) av inter-story drift (AISC 341-10). Gitt at dagens seismiske utformingen av øyeblikk ramme systemer krever mesteparten av uelastisk atferd å skje i strålen medlem, strålen medlem også må nå sin fulle plast kapasitet før gjennomgår lokal knekking. Fadden Og McCormick (2014a) vurderte både eksperimentelle og endelige elementmodeller for å bestemme begrensende breddetykkelse og dybdetykkelseskrav for HSS under bøyning, siden de som er angitt i dagens Aisc-Seismiske Bestemmelser (AISC 341-10) i stor grad ble utviklet basert på tester av sykliske aksialt lastede hss-medlemmer.for å bestemme passende konfigurasjon og detaljering krav for å møte denne styrke og duktilitet etterspørsel, fire forskjellige tilkoblingskonfigurasjoner ble eksperimentelt testet: to direkte sveiset uarmert tilkoblinger (uovertruffen og matchet) og to forsterkede tilkoblinger (gjennom plate og ekstern membran plate). Alle tilkoblingene benyttet EN HSS 10x10x5 / 8 kolonne. De direkte sveisede tilkoblingene benyttet prekvalifiserte CJP-sveiser som spesifisert i AWS D1. 1 (2010). For den uovertruffen tilkoblingen var strålen EN HSS 12x8x3 / 8 (β = 0.8) tyder på at plastifisering av kolonneflaten kan være en bekymring. For den samsvarende tilkoblingen var strålen EN HSS 12x10x3 / 8 (β = 1,0) slik at lastene kunne overføres direkte inn i sideveggen. AISC loading protocol for prekvalifisering av seismiske øyeblikkstilkoblinger ble benyttet (AISC 341-10) for å laste tilkoblingene. Oppførselen til tilkoblingene var som forventet med uovertruffen tilkobling viser deformasjon på kolonnen ansiktet, mens matchet tilkoblingen var i stand til å overføre lasten til kolonnen sideveggene. Imidlertid mislyktes begge forbindelsene på grunn av brudd i grunnmetallet i kolonnen ved tåen til sveisens hjørne(Figur 3). Denne sprø feilen ved rotasjoner på 0,4 rad. og 0,5 rad. henholdsvis bekreftet at direkte sveisede tilkoblinger ikke gir riktig oppførsel for seismiske applikasjoner.

de forsterkede tilkoblingene ble deretter utviklet med tanke på plate og eksterne membranplater som ofte brukes i brede flensbjelke-TIL-HSS-kolonneforbindelser for å gi en bedre mekanisme for å overføre spennings-og kompresjonskreftene til kolonnens sidevegg og minimere spenningskonsentrasjoner plassert på sveisene.. For disse tilkoblingene var bjelkene hss 12X8X3/8 (β = 0.8) medlemmer. Informasjon om den spesifikke prosedyren som brukes til å designe og detaljere disse tilkoblingene, finnes I Fadden and McCormick (2014b) Og Fadden et al. (2015). Plassert under samme lasting som de ikke-forsterkede tilkoblingene, viste forbindelsene en mer stabil oppførsel med plasthengslet som oppstod vekk fra kolonneflaten på enden av den gjennomgående eller ytre membranplaten (Figur 4). Begge tilkoblingene var også i stand til å nå 0,4 rad. lokal knekking som resulterte i nedbrytning av øyeblikkets kapasitet. Brudd startet imidlertid på hjørnet AV hss-strålen på grunn av sykling ved store rotasjonsnivåer på 0, 7 rad. En sammenligning av de normaliserte moment-rotasjonskurver for de matchede og eksterne membranplateforbindelsene kan ses i Figur 5. Samlet sett viste de forsterkede tilkoblingene løfte om BRUK AV HSS-TIL-HSS seismiske momentrammesystemer, men mer arbeid er nødvendig for å flytte disse tilkoblingene mot eventuell prekvalifisering.

AISC. (2010). «Seismiske Bestemmelser For Strukturelle Stålbygninger». ANSI / AISC 341-10. Amerikansk Institutt For Stålkonstruksjon, Chicago, IL.

AISC. (2010). «Spesifikasjoner For Stålkonstruksjoner». ANSI / AISC 360-10. Amerikansk Institutt For Stålkonstruksjon, Chicago, IL.

AWS. (2010). «Strukturell Sveisekode». ANSI / AWS D1. 1, Amerikansk Sveiseforening, Miami, FL.

Fadden, F. Og McCormick, J. (2014a). «Endelig Elementmodell Av Syklisk Bøyningsadferd av Hule Strukturelle Seksjoner». Journal Of Constructional Steel Forskning, 94, 64-75.Fadden, F. Og McCormick, J. (2014b). «HSS-TIL-HSS Seismisk Øyeblikk Tilkobling Ytelse Og Design». Journal Of Constructional Steel Forskning, 101, 373-384.Fadden, F., Wei, D. og McCormick, J. (2015). «Syklisk Testing Av Sveisede Hss-TIL-HSS Momentforbindelser for Seismiske Applikasjoner». ASCE Tidsskrift For Strukturteknikk, 141 (2), 04014109-1-14.Jubb, J. E. M. Og Redwood, R. G. (1966). «Design Av Ledd Til Boks Seksjoner». Institutt For Bygningsingeniører, Konferanse Om Industrialisert Bygning og Strukturingeniør, Institutt For Bygningsingeniører, London.Korol, R. M., El-Zanaty, M. Og Brady, F. J. (1977). «Ulike Breddeforbindelser Av Firkantede Hule Seksjoner I Vierendeel Takstoler». Kanadisk Tidsskrift For Sivilingeniør, 4, 190-201.(1993) [rediger / rediger kilde] «Moment Forbindelser mellom Rektangulære Hule Seksjoner». Journal Of Constructional Steel Forskning, 25, 63-81.

Packer, J. A., Wardenier, J., Zhao, X.-l., van Der Vegte, G. J. og Kurobane, Y. (2010). Design Guide 3: For Rektangulære Hul Seksjon (RHS) Ledd Under Overveiende Statisk Lasting 2nd Edition. CIDECT, Canada.

Wardenier, J. (1982). «Hollow Seksjon Ledd». Delft University Press, Delft, Nederland.

September 2016

Last NED PDF