24134

CIV3 22

دكتري

مهندسي عمران - سازه

مهندسي عمران و حمل و نقل

1403/06/28

109 ص.

مهران زينليان دستجردي , عبدالرضا عطائي

فولاد سرد نورد شده , تير مركب , اتصال دهنده , آناليز اجزاء محدود , درجه اتصال برشي , طراحي پلاستيك , ورق فولادي

استفاده از تيرهاي مركب نسبت به تيرهاي فولادي به تنهايي، داراي مزايايي مانند افزايش سختي و مقاومت نهايي هستند و مي¬توانند طرح اقتصادي¬تري را ارائه دهند و به همين دليل به عنوان يكي از پركاربردترين عناصر در صنعت ساختمان به حساب مي¬آيند. اين تيرها متشكل از مقاطع فولادي، دال¬هاي بتني و اتصال دهنده¬ها مي¬باشند كه با قرار گرفتن مقطع فولادي در كشش و دال بتني در فشار، بهره¬وري در مقاطع فولادي افزايش يافته و اين مزيت مخصوصا در مورد مقاطع سرد نورد شده فولادي داراي اهميت است. يكي از عوامل موثر در فرآيند طراحي تيرهاي مركب، تخمين صحيح ضريب اتصال برشي حداقل كه به نوعي بيانگر ميزان حداقل اتصال¬دهنده برشي مورد استفاده در اين تيرها است، مي‌باشد. اين قطعات كه باعث نوعي يكپارچگي ميان دال بتني و تير فولادي مي¬شوند بايد به اندازه¬اي مقاومت داشته باشند كه در طي فرآيند بارگذاري دچار آسيب نگردند و همچنين داراي رفتار شكننده نباشند و مقدار آنها به‌گونه¬اي باشد كه طرحي ايمن و اقتصادي را به ارمغان بياورد. لذا، تعيين محدوديت¬هاي ضريب اتصال برشي براي تيرهاي گرم نورد شده براي مقاطع خاص مورد توجه آيين¬نامه¬هاي مختلف قرار گرفته است. در دهه¬هاي اخير، دال¬هاي مركب با استفاده از تيرهاي سرد نورد شده به دليل وزن كم و استفاده آسان بسيار مورد توجه قرار گرفته است. همچنين استفاده از ورق¬هاي موج¬¬دار فولادي ضمن كاهش زمان ساخت و هزينه¬، مي¬تواند به عنوان عنصر كششي فولادي عمل كرده و در افزايش ظرفيت خمشي تير مركب نقش داشته باشد. در اين مطالعه، به دليل سازگاري مناسب اتصالات پيچ و مهره (بولت) در تيرهاي مركب سرد نورد شده با ساير اجزاء و عدم نياز به جوشكاري، از اين نوع اتصالات استفاده شده است. علاوه بر اين، اين نوع اتصالات، مجموعه¬اي تفكيك‌پذير ايجاد كرده كه علاوه بر قابليت تعمير و تعويض تير فولادي در طول عمر سازه، جمع¬آوري راحت¬تر و ايجاد نخاله¬¬هاي ساختماني كمتر را پس از عمر مفيد تير مركب ايجاد مي¬كند كه مي¬تواند گزينه مناسبي براي ساختمان¬هاي با طول عمر كوتاه باشد.در رساله پيش رو، با استفاده از چهار نمونه آزمايشگاهي تير مركب سرد نورد شده به همراه ورق فولادي، به بررسي رفتار اين نوع تيرها پرداخته مي¬شود و با تغيير ضخامت و ارتفاع تيرهاي ¬فولادي در تير مركب، عملكرد آنها مورد ارزيابي قرار مي¬گيرد. اين تيرها با اتصال جزئي تعريف شده¬اند و پس از آزمايش، اتصالات برشي بدون آسيب باقي مي¬مانند و نتايج نشان مي¬دهند كه ممان تحليلي و تجربي به هم نزديك هستند. سپس با توسعه مدل عددي سه بعدي با استفاده از نرم افزار آباكوس و شبيه¬سازي اين تيرها، صحت¬سنجي مدل-هاي عددي در مقابل نتايج آزمايشگاهي صورت مي¬پذيرد. در مرحله بعد، مطالعات تحليلي جهت بررسي تاثير پارامترهاي مختلف روي رفتار تيرهاي مركب انجام مي¬گيرد و نتايج حاصله مورد بحث قرار مي¬گيرد. اين نتايج بيانگر اين موضوع بودند كه وجود ورق فولادي به بهبود رفتار خمشي تير مركب بين 15 تا 20 درصد مي¬انجامد و تغيير ضخامت آن تاثير بسزايي روي رفتار تير مركب نداشته و تنها با افزايش ضخامت ورق فولادي از 0.7 تا 1.5 ميلي¬متر در تير مركب، بين 5 تا 10 درصد افزايش ظرفيت باربري اتفاق مي¬افتد. در مرحله آخر و به عنوان اصلي¬ترين و مهم¬ترين هدف از اين رساله، حداقل ضريب اتصال برشي براي تيرهاي مركب با ورق فولادي و تير سرد نورد ¬شده با دهانه¬هاي مختلف و مقاطع مختلف به دست مي¬آيد و تاثير پارامترهاي مختلف مانند شكل پذيري اتصال¬دهنده¬ها، نوع بارگذاري، ظرفيت مقطع دال مركب و طول دهانه روي تعيين اين ضريب مورد بررسي قرار گرفتند و در نهايت روابطي در اين خصوص پيشنهاد گرديدند. روابط ارائه شده براي بارگذاري متمركز مي¬باشند و براي بارگذاري گسترده تقريبا مي¬بايست دو برابر شوند.

Cold-formed steel , Composite beam , Profiled steel sheeting , Shear connector , Finite element analysis , Degree of shear connection , Plastic design

Structural performance of shear connection in cold-¬formed steel composite beams with profiled steel sheeting

مهندسي عمران

The use of composite beams compared to steel beams alone has advantages such as higher stiffness and flexural strength and can provide a more economical design. For this reason, it is considered one of the most widely used elements in the construction industry. These composite beams which are composed of concrete slabs, steel beams, and several shear connectors, with the steel section being in tension and the concrete slab being in compression, the efficiency of the steel sections has increased, and this advantage is especially important in the case of cold-formed steel (CFS) sections. One of the effective factors in the design process of composite beams is the correct estimation of the minimum degree of shear connection, which somehow expresses the minimum amount of shear interface used in these beams. These parts create a type of integration between the concrete slab and the steel beam, which must be strong enough not to be damaged during loading and not have brittle behavior. To have a safe and economical composite beam design, the minimum degree of shear connection must be determined. For some specific sections in hot-rolled beams, this coefficient is determined by the design codes. In recent decades, Cold-formed steel (CFS) frames have become increasingly popular in the building industry due to their advantages such as being lightweight and relatively easy to construct. In addition, the cold-formed corrugated decks reduce construction time and cost and can act as a steel tensile element and play a role in increasing the bending capacity of the composite beam. In this study, using bolts as a cold-formed composite beam connector, in addition to compatibility with other components and no need for welding, creates a demountable set that the steel beam can be separated during use or after. This provides less waste and easier collection than other connections and they are a suitable option for short-term buildings that require demolition. In this research, four full-scale composite beam specimens comprising cold-formed double-lipped channel sections, profiled steel sheeting, concrete slabs, and bolted shear connectors were examined. Of particular interest were the thickness and height of CFS beams. These beams are defined by partial shear connection and after the test, the shear connections remain undamaged and the results show that the analytical and experimental moments are close to each other. Then, comparing the results obtained from the finite element models by developing a three-dimensional numerical model using Abaqus software, the validation of the numerical models is done against the available experimental results. Then, some numerical studies were conducted to investigate the effects of different parameters on the behavior of the composite beam and, the results are discussed. These results showed that the presence of profiled steel sheeting improves the bending behavior of the composite beam by 15-20% and changing its thickness does not have a significant effect on the behavior of the composite beam. Only by increasing the thickness of the profiled steel sheeting from 0.7 to 1.5 mm in the composite beam, between 5 and 10 percent increase in the moment capacity occurs. In the end, As the main and most important goal of this study, the minimum degree of shear connection is formulated for this type of composite beams by different length spans and cross sections and the influence of various parameters such as load configuration, span length, geometry and cross section of composite beams was investigated and finally, relations in this field were suggested. The given relations are for concentrated loading and should be approximately doubled for distributed loading.

7

94267