The Effect of the Unanticipated Geometrical Change of Steel Base Plates’ Mounting Holes on The Stress Distribution

Abstract

The steel base plates including various types and different number of mounting holes are used in the steel structure in order to transfer the loads from the column to the base. Because of the importance of these members in terms of strength, particularly in an earthquake, the design of them should be precisely considered. In order to provide a flawless welding process, the assembly of the column-base plate is produced in the factory as a single member. In site, the anchor rods embedded in the concrete base and the mounting holes in this assembly must overlap. Under various effects not desired, the anchor rods may be misaligned even if a template is used during the fixing of these rods. This type of problems is frequently managed by changing the geometry of holes without any analysis due to the cost and time issues of the construction. In this work, the effect of unanticipated geometrical change of mounting holes on the stress distribution is investigated by the finite element method. In order to verify the model developed for finite element model, an experiment of a shake table was also performed.

Keywords

• Steel structures,column base plate,shake table,Finite Element Method

Çelik Taban Levhalarının Bağlantı Deliklerinde Tasarıma Aykırı Geometrik Değişimin Gerilme Dağılımına Etkisi

Abstract

Çelik yapılarda, yükleri kolondan tabana aktarmak için çeşitli tiplerde ve farklı sayıda montaj deliği içeren çelik taban plakaları kullanılır. Mukavemet açısından önemi nedeniyle, özellikle bir depremde, bu elemanların tasarımları hassas bir şekilde ele alınmalıdır. Kusursuz kaynak işlemi için kolon-taban levhası tek bir eleman olarak fabrikada üretilir. Sahada, beton tabana gömülü ankraj çubukları ve bu elemanlardaki montaj delikleri üst üste gelmelidir. Bu çubukların sabitlenmesi sırasında bir şablon kullanılsa bile, istenilmeyen çeşitli etkiler altında bağlantı çubukları yanlış hizalanabilir. Bu tür problemler, inşaatın maliyet ve zaman sorunlarından dolayı genellikle herhangi bir analiz yapılmadan deliklerin geometrisi değiştirilerek yönetilir. Bu çalışmada, montaj deliklerinin istenilmeyen geometrik değişiminin gerilme dağılımı üzerindeki etkisi sonlu elemanlar yöntemi ile araştırılmıştır. Sonlu elemanlar yöntemi için geliştirilen modeli doğrulamak için bir sarsma tablası deneyi de yapılmıştır.

Keywords

• Çelik yapılar,kolon taban levhası,sarsma tablası,sonlu elemanlar yöntemi

References

1. [1] Fisher, J.M. ve Kloiber, L.A. (2006). Steel Design Guide 1: Base Plate and Anchor Rod Design.
2. [2] Akkaş, M. ve Çulha, O., “Sıcak Haddelenmiş Düşük Karbonlu Gemi İnşa Çeliklerinin Farklı Ortamlarda Soğutulmasının Mekanik Özelliklerin Değişimine Tesirinin İncelenmesi”, El-Cezeri Journal of Science and Engineering, 2018, 5(3), 862 – 874.
3. [3] Çevre ve Şehircilik Bakanlığı (2016). Çelik yapıların tasarım, hesap ve yapım esaslarına dair yönetmelik, Resmi Gazete.
4. [4] AISC 360-16, “Specification for structural steel buildings”, (2016).
5. [5] Pertold, J., Xiao, R.Y. ve Wald, F., “Embedded steel column bases: I. Experiments and numerical simulation”, Journal of Constructional Steel Research, 1999, 56(3), 253-270.
6. [6] Pertold, J., Xiao, R.Y. ve Wald, F., “Embedded steel column bases: II. Design model proposal”, Journal of Constructional Steel Research, 1999, 56(3), 271-286.
7. [7] A. P. Kulkarni, M. K. Sawant, M.S.S., “Experimental Study using Earthquake Shake Table”, International Research Journal of Engineering and Technology, 2017, 4(4), 3612-3617.
8. [8] Tsavdaridis, K.D., Shaheen, M.A., Baniotopoulos, C. ve Salem, E., “Analytical approach of anchor rod stiffness and steel base plate calculation under tension”, Structures, 2016, 5, 207-218.

9. [9] Dumas, M., Beaulieu, D. ve Picard, A., “Characterization equations for steel column base connections”, Canadian Journal of Civil Engineering, 2006, 33(4), 409–420.
10. [10] Gresnigt, A., A Romeijn, A., Wald, F. ve Steenhuis, C., “Column bases in shear and normal force”, Heron, 2008, 53 (1/2).
11. [11] Di Sarno, L., Pecce, M.R. ve Fabbrocino, G., “Inelastic response of composite steel and concrete base column connections”, Journal of Constructional Steel Research, 2007, 63(6), 819–832.
12. [12] Akşar, B., Doğru, S., Akbaş, B., “Amplified seismic loads in steel moment frames under strong ground motion”, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 2018, 33(2), 439–454.
13. [13] Akşar, B., Akbaş, B., Kaya, E. Ş., Çakır, F., “Relative story displacements and torsional effects caused by strength variations in concentrically braced frames”, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 2018, 33(1), 13–30.
14. [14] Cui, Y., “Shear behavior of exposed column base connections”, Steel and Composite Structures, 2016, 21(2), 357–371.
15. [15] Abdollahzadeh, G. ve Ghobadi, F. “Mathematical modeling of column-base connections under monotonic loading”, Civil Engineering Infrastructures Journal, 2014, 47(2), 255–272.
16. [16] Ozdemir, S., Çelik kolon taban levhalarının montajlama kusurlarına bağlı gerilme analizi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi, 2019.