بررسی اجزای محدود اتصال جدید نیمه گیردار با موقعیت آسیب کنترل شده در قابهای فولادی سرد نورد شده (CFS)

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری سازه، گروه عمران، واحد تبریز، دانشگاه آزاد اسلامی، تبریز، ایران

2 گروه عمران، واحد تبریز، دانشگاه آزاد اسلامی، تبریز، ایران

3 استاد، گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

10.24200/j30.2025.67113.3437

چکیده

در این پژوهش نوع جدیدی از اتصال نیمه‌گیر‌دار با موقعیت آسیب کنترل‌شده برای قاب‌‌های فولادی سرد‌نورد شده (CFS) معرفی و رفتار آن به کمک مدل‌سازی اجزای محدود و آزمایش‌های تجربی بررسی شد. این اتصال به‌گونه‌ای طراحی شده‌است که با ایجاد یک فیوز خمشی در محل اتصال تیر به ستون، تمرکز آسیب از ستون دور شده و به ناحیه‌ای از پیش تعیین شده برای تسلیم موضعی منتقل شود. اثر پارامترهای هندسی مختلف شامل ضخامت ورق، زاویه قطعات اتصال، طول قطعه کنترلی و اندازه لبه سخت‌کننده بال بررسی شد. نتایج بیانگر آن است که افزایش ضخامت ورق موجب رشد قابل‌ ملاحظه مقاومت خمشی و افزایش سختی اولیه ‍می‌شود. افزایش طول قطعه کنترلی منجر به افزایش مقاومت خمشی تا 18 درصد و سختی اولیه تا 12 درصد می‌گردد، در حالی‌که حذف این قطعه مانع از هدایت مفصل پلاستیک به محل از پیش تعیین‌شده خواهد شد. تغییر زاویه بخش شیب‌دار اتصال مقاومت خمشی را حدود 13 درصد افزایش داد و افزایش اندازه لبه سخت‌کننده بال نیز باعث رشد مقاومت خمشی تا 35 درصد گردید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Finite element investigation of novel semi-rigid Connection with Controlled Damage Position in CFS frames

نویسندگان [English]

  • Mohammad Reza Farajpour 1
  • Jamshid Sabouri 2
  • Yousef Hosseinzadh 3
1 Ph.D. Student, Department of Civil Engineering, Ta. C., Islamic Azad University, Tabriz, Iran
2 Department of Civil Engineering, Ta. C., Islamic Azad University, Tabriz, Iran
3 Prof., The Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran
چکیده [English]

In this study, a novel semi-rigid connection with a Controlled Damage Position (CCDP) is introduced for cold-formed steel (CFS) frames, and its structural performance is thoroughly evaluated through both finite element (FE) modeling and experimental tests. The connection is specifically designed to incorporate a flexural fuse at the beam-to-column joint, thereby effectively relocating damage concentration away from the column and directing it toward a predefined region intended for controlled localized yielding. The proposed connection was fabricated using galvanized steel plates, which were carefully cut and bent to thicknesses of 1-, 2-, and 3-mm. Comparative results between FE simulations and experimental tests demonstrated excellent agreement, with the maximum deviation being less than 9%, confirming the reliability of the FE modeling approach. A detailed parametric investigation was conducted to assess the influence of key geometric parameters, including plate thickness, inclination angle of the connecting components, length of the control segment, and the size of flange stiffeners. The results indicated that increasing plate thickness significantly enhanced both the flexural strength and the initial stiffness of the connection. Furthermore, the parametric analysis revealed that extending the control segment length increased the flexural capacity by up to 18% and the initial stiffness by up to 12%, whereas removal of this segment prevented the proper localization of the plastic hinge. Increasing the inclination angle of the sloped component improved flexural capacity by approximately 13%, while enlarging the flange stiffener length enhanced the flexural resistance by up to 35%, although excessive stiffening could potentially increase the likelihood of local buckling in the beam. Among all the studied configurations, the specimen with 2-mm plates and a 70-mm control segment exhibited the highest moment capacity and initial stiffness. Moreover, the obtained moment–rotation curves confirmed that the CCDP connection provided reliable semi-rigid behavior and effectively controlled buckling within the designated fuse region; in most specimens, no local buckling was observed in either the beam or the column up to a rotation of 0.07 radians.

کلیدواژه‌ها [English]

  • cold formed steel frames (CFS)
  • semi-rigid connections
  • finite element modeling
  • moment rotation curve
  • controlled damage position and monotonic behavior