de Jason McCormick
Profesor asociat, Civil & Ingineria Mediului, Universitatea din Michigan, Ann Arbor, MI, SUA

conexiunile de Moment realizate din secțiuni structurale tubulare dreptunghiulare și pătrate (HSS) au primit mai puțină atenție în comparație cu conexiunile HSS-la-HSS formate din-conexiuni). Majoritatea studiilor statice axate pe aceste conexiuni au luat în considerare sistemele de schelete Vierendeel. Aceste sisteme sunt adesea formate din coarde pătrate sau dreptunghiulare de sus și de jos care sunt conectate cu membri verticali (ramură) pătrați sau dreptunghiulari (Figura 1). Ca urmare a acestei configurații, conexiunea chord-to-web suferă o îndoire semnificativă împreună cu sarcini de forfecare și axiale și nu este considerată o conexiune fixată, așa cum se face în mod obișnuit în sistemele tipice de fermă. Conceput inițial în 1896 de Arthur Vierendeel, abia după dezvoltarea HSS a început să se realizeze potențialul pentru fermele Vierendeel (Korol și colab. 1977), dar utilizarea lor a necesitat o înțelegere a modului de transfer al momentului între conexiunile T HSS-to-HSS.

multe dintre studiile timpurii ale acestor conexiuni s-au concentrat pe capacitatea conexiunii de a dezvolta capacitatea de moment completă a membrului sucursalei. Jubb și Redwood (1966) au arătat că, atunci când secțiunea ramificată avea o lățime egală cu secțiunea coardei (XV=1), capacitatea de moment completă a membrului HSS putea fi realizată fără întărire. Cu toate acestea, acest studiu nu a luat în considerare pierderea potențială a capacității momentului datorită prezenței sarcinii axiale. Pe de altă parte, Korol și colab. (1977) a arătat că conexiunile cu o lățime mai mică a ramurii decât coarda nu au putut dezvolta capacitatea de moment completă a ramurii fără a se consolida printr-o serie de 29 de teste de conectare diferite, luând în considerare 5 configurații diferite (plăci de armare a flanșei ramificate, rigidizări ale flanșei coardei, pulpă și piramidă trunchiată). În general, rezistența și rigiditatea conexiunilor de tip vierendeel neinforțate scad odată cu creșterea raportului de armonie a coardei (B/t) și scăderea raportului lățime ramură-coardă (XV). Drept urmare, conexiunile de tip vierendeel neclintite pot fi considerate rigide (adică suferă o rotație relativă minimă între coardă și ramură) atunci când raportul lățime ramură-coardă este de 1,0 și raportul subțire al coardei este scăzut sau conexiunea este consolidată (Packer 1993).

deoarece momentele maxime din aceste îmbinări pot apărea la deformări excesiv de mari, se adoptă o abordare similară cu cea utilizată pentru îmbinările HSS pătrate și dreptunghiulare încărcate axial, unde printr-o capacitate portantă finală sau o limită de deformare sau rotație este utilizată pentru a caracteriza momentul de proiectare (Wardenier 1982). AISC 360-10 (Capitolul K3) ia în considerare trei stări limită pentru conexiunile t HSS pătrate și dreptunghiulare sub îndoire statică în plan: plastificarea peretelui coardei, randamentul local al peretelui lateral și randamentul local al ramurii datorită distribuției inegale a sarcinii. Plastificarea peretelui coardei are loc ca urmare a faptului că lățimea elementului ramificat este mai mică decât lățimea coardei (0,85), necesitând ca sarcinile de tensiune și compresie produse de momentul de îndoire să fie transferate prin fața relativ flexibilă a coardei, mai degrabă decât direct pe pereții laterali mai rigizi. Ecuația stării limită (AISC 360-10 ecuația K3-6) poate fi derivată din teoria liniei de randament (Figura 2):

Mn este capacitatea momentului nominal al conexiunii, Fy este puterea minimă de curgere specificată a coardei, Hb este înălțimea totală a ramurii, h este parametrul lungimii sarcinii egal cu înălțimea ramurii împărțită la lățimea coardei (presupunând un unghi de 90o între coardă și membrul ramurii, așa cum este tipic pentru fermele Vierendeel), iar QF este un parametru pentru a reduce capacitatea articulației în prezența compresiei axiale în coardă.

celelalte două stări limită sunt asociate cu conexiuni în care lățimea membrului ramurii este egală sau aproape egală cu lățimea coardei (XV> 0.85) ceea ce înseamnă că sarcinile de tensiune și compresie dezvoltate în flanșele elementului ramificat sunt transferate aproape direct în pereții laterali mai rigizi ai coardei. Starea limită pentru randamentul local al peretelui lateral (ecuația AISC 360-10 K3-7) a unei conexiuni T poate fi apoi derivată din ecuația de randament local web pentru forțele concentrate aplicate la o distanță de capătul membrului mai mare decât adâncimea sa (ecuația AISC 360-10 J10-2):

Mn = 0.5fyt(Hb + 5t)2
ecuația 2

pentru randamentul local al ramurii datorită distribuției inegale a sarcinii (AISC 360-10 ecuația K3-8) într-o conexiune T, se utilizează o abordare eficientă a lățimii pentru a reduce capacitatea elementului de fixare pentru a obține momentul nominal aplicat de bretele:

Fyb este puterea minimă de curgere specificată a ramurii, Zb este modulul secțiunii Plastice a ramurii în jurul axei de îndoire, beoi este lățimea efectivă a ramurii, Bb este lățimea totală a ramurii, iar tb este grosimea peretelui de proiectare a ramurii.

deoarece există dovezi experimentale limitate care să susțină modele specifice de proiectare pentru conexiunile de fermă Vierendeel (conexiuni în T) sub îndoire în afara planului, sunt utilizate stări limită similare cu cele pentru îndoirea în plan (Packer și colab. 2010). O stare limită suplimentară a eșecului distorsional al coardei se dezvoltă din cuplul aplicat coardei de către membrul ramurii ca urmare a momentului în afara planului. Acest cuplu poate duce la distorsiunea romboidală a coardei. Ecuațiile momentului nominal pentru îndoirea în afara planului pot fi găsite în AISC 360-10 ecuațiile K3-9, K3-10, K3-11 și K3-12. Ecuațiile pentru îndoirea în plan și în afara planului a conexiunilor T sunt similare cu cele care au fost adoptate la nivel internațional (Packer și colab. 2010).

ecuațiile de proiectare de mai sus au fost derivate având în vedere sistemele de schelete Vierendeel sub sarcini statice. Un studiu recent (Fadden și colab. 2015) a promovat această lucrare pentru a lua în considerare comportamentul conexiunilor de moment HSS-la-HSS pătrate și dreptunghiulare sub sarcini ciclice mari pentru utilizare în sisteme de cadre seismice de moment bazate pe tuburi (cadre de moment intermediare și speciale). Un astfel de sistem pare să profite de proprietățile excelente axiale, de îndoire și de torsiune, de raportul rezistență-greutate ridicat și de natura arhitecturală plăcută a HSS pătrat și dreptunghiular. Rezistența ridicată la torsiune poate duce la o reducere a armăturii laterale a fasciculului, în timp ce raportul rezistență-greutate ridicat are ca rezultat o masă seismică mai mică. Cu toate acestea, astfel de conexiuni trebuie să poată suferi o agățare plastică stabilă a elementului fasciculului, unde 80% din capacitatea plastică a elementului fasciculului este menținută la 0,2 rad. (FMI) sau 0,4 rad. (SMF) de drift inter-poveste (AISC 341-10). Având în vedere că proiectarea seismică actuală a sistemelor de cadre de moment necesită ca majoritatea comportamentului inelastic să apară în elementul fasciculului, elementul fasciculului trebuie, de asemenea, să-și atingă capacitatea completă de plastic înainte de a fi supus flambajului local. Fadden și McCormick (2014a) au luat în considerare atât modelele experimentale, cât și cele cu elemente finite pentru a determina cerințele limită de lățime-grosime și adâncime-grosime pentru HSS sub îndoire, deoarece cele specificate în dispozițiile seismice actuale AISC (AISC 341-10) au fost în mare parte dezvoltate pe baza testelor membrilor HSS încărcați axial ciclici.

pentru a determina cerințele de configurare și detaliere adecvate pentru a satisface această cerere de rezistență și ductilitate, au fost testate experimental patru configurații diferite de conectare: două conexiuni nearmate sudate direct (de neegalat și potrivite) și două conexiuni armate (prin placă și placă cu diafragmă externă). Toate conexiunile au utilizat o coloană HSS 10x10x5 / 8. Conexiunile sudate direct au utilizat suduri CJP precalificate, așa cum se specifică în AWS D1.1 (2010). Pentru conexiunea de neegalat, fasciculul a fost un HSS 12x8x3 / 8 (0 = 0.8) sugerând că plastificarea feței coloanei poate fi o preocupare. Pentru conexiunea potrivită, fasciculul a fost un HSS 12x10x3 / 8 (XQX = 1,0) care permite transferul sarcinilor direct în peretele lateral. A fost utilizat protocolul de încărcare AISC pentru precalificarea conexiunilor de moment seismic (AISC 341-10) pentru încărcarea conexiunilor. Comportamentul conexiunilor a fost așa cum s-a anticipat cu conexiunea de neegalat care arată deformarea la fața coloanei, în timp ce conexiunea potrivită a putut transfera sarcina pe pereții laterali ai coloanei. Cu toate acestea, ambele conexiuni au eșuat din cauza fracturii în metalul de bază al coloanei de la vârful colțului sudurii (Figura 3). Acest eșec fragil la rotații de 0,4 rad. și 0,5 rad., respectiv, a confirmat că conexiunile sudate direct nu asigură comportamentul adecvat pentru aplicațiile seismice.

conexiunile armate au fost apoi dezvoltate luând în considerare prin plăci și plăci cu diafragmă externă care sunt adesea utilizate în conexiuni cu flanșă largă la coloana HSS pentru a oferi un mecanism mai bun pentru a transfera forțele de tensiune și compresie pe peretele lateral al coloanei și pentru a minimiza concentrațiile de stres plasate pe suduri. Pentru aceste racorduri, grinzile au fost membre HSS 12x8x3 / 8 (0,8). Informații cu privire la procedura specifică utilizată pentru proiectarea și detalierea acestor conexiuni pot fi găsite în Fadden și McCormick (2014b) și Fadden și colab. (2015). Plasate sub aceeași încărcare ca și conexiunile neinforțate, conexiunile au arătat un comportament mai stabil, cu balamaua din plastic care apare departe de fața coloanei la capătul plăcii de diafragmă sau exterior (Figura 4). Ambele conexiuni au reușit, de asemenea, să ajungă la 0,4 rad. de rotație înainte de a fi supus flambajului local, ceea ce a dus la degradarea capacității momentului. Cu toate acestea, fractura a inițiat la colțul fasciculului HSS din cauza ciclismului la niveluri mari de rotație de 0,7 rad. O comparație a curbelor de rotație a momentului normalizate pentru conexiunile plăcii cu diafragmă potrivite și externe poate fi văzută în Figura 5. În general, conexiunile întărite au arătat promisiuni pentru utilizarea sistemelor de cadre seismice HSS-to-HSS, dar este nevoie de mai multă muncă pentru a muta aceste conexiuni spre eventuala precalificare.

AISC. (2010). „Dispoziții seismice pentru clădiri structurale din oțel”. ANSI / AISC 341-10. Institutul American de construcții din oțel, Chicago, IL.

AISC. (2010). „Specificații pentru clădiri structurale din oțel”. ANSI / AISC 360-10. Institutul American de construcții din oțel, Chicago, IL.

AWS. (2010). „Cod De Sudare Structurală”. ANSI / AWS D1.1, Societatea Americană de sudură, Miami, FL.

Fadden, F. și McCormick, J. (2014a). „Modelul elementului finit al comportamentului de îndoire ciclică a secțiunilor structurale goale”. Jurnalul de cercetare a oțelului constructiv, 94, 64-75.

Fadden, F. și McCormick, J. (2014b). „Performanță și proiectare a conexiunii momentului Seismic HSS-to-HSS”. Jurnalul de cercetare a oțelului constructiv, 101, 373-384.

Fadden, F., Wei, D. și McCormick, J. (2015). „Testarea ciclică a conexiunilor de moment sudate HSS-la-HSS pentru aplicații seismice”. ASCE Journal of Structural Engineering, 141 (2), 04014109-1-14.

Jubb, J. E. M. și Redwood, R. G. (1966). „Proiectarea îmbinărilor la secțiunile cutiei”. Instituția inginerilor structurali, Conferința privind clădirile industrializate și inginerul Structural, Institutul inginerilor structurali, Londra.Korol, R. M., El-Zanaty, M. și Brady, F. J. (1977). „Conexiuni inegale de lățime a secțiunilor pătrate goale în fermele Vierendeel”. Jurnalul Canadian de Inginerie Civilă, 4, 190-201.

Packer, J. A. (1993). „Conexiuni de Moment între secțiuni goale dreptunghiulare”. Jurnalul de cercetare a oțelului constructiv, 25, 63-81.

Packer, J. A., Wardenier, J., Zhao, X.-L., van der Vegte, G. J. și Kurobane, Y. (2010). Ghid de proiectare 3: pentru articulații rectangulare cu secțiune goală (RHS) sub Încărcare predominant statică ediția a 2-a. CIDECT, Canada.

Wardenier, J. (1982). „Articulații Cu Secțiune Goală”. Delft University Press, Delft, Olanda.

septembrie 2016

Descarca PDF