Resistance of Elliptical Hollow Section T-joints Under In-plane Bending Moment

Yıl 2019, Cilt: 9 Sayı: 3, 547 - 556, 15.07.2019

Emre Özyurt , Murat Yılmaz

https://doi.org/10.17714/gumusfenbil.504444

Cited By: 2

Öz

Elliptical Hollow Sections (EHS) have become popular
in recent years due to their aesthetic and elegant appearance. Apart from its
architectural advantages, it has many advantages in terms of engineering.
However, there is no design guide for the design of the joints made of EHS. In
the structural applications, equivalent box profile approach is generally used.
Since the EHSs have two different diameters, the joint can be formed by four
different orientations. Therefore, the equivalent box profile approach may not
always yield economic and safe results.

The aim of this study is to examine the EHS T-joints
in terms of their in-plane bending moment and their failure modes by using the
equivalent box profile approach in the current design guides. This study was
carried out using the non-linear finite element software ABAQUS v.6-14.1.
Before numerical analysis, the finite element model was compared with an
existing test. According to the validation results, parameters such as finite
element type, material property, mesh size and time step taken in non-linear
analyzes were used in parametric studies.

A series of parametric analyses were carried out by taking
into account the geometrical parameters and orientation types of the main
elements. The results of the numerical analysis were compared with the
equivalent box method. According to the results of the numerical analysis, it
was found that the current method made non-economic predictions. In addition,
the type 1 and 2 and type 3 and 4 orientations have similar behavior and
strength. Therefore, an economical and safe method has been developed and
verified by comparison with numerical models.

Anahtar Kelimeler

Elliptical Hollow Section (EHS), Finite Element Method, In-plane bending moment, Orientation Type, T-joints

Düzlem İçi Eğilme Momenti Altındaki Elips Enkesitli T-birleşimlerinin Dayanımları

Öz

Elips en kesitli içi boş
profiller (EHS), son yıllarda estetik ve şık görünümlerinden ötürü popülerdir. Bu
profiller mimarisel avantajlarının dışında, mühendislik açısından da bir çok
avantajlara sahiptirler. Ancak, bu profillerden yapılmış birleşimlerin tasarımı
için herhangi bir yönetmelik mevcut değildir. Yapılan tasarımlarda genellikle
eşdeğer kutu profil yaklaşımı kullanılmaktadır. EHS’ler iki farklı çaplara
sahip oldukları için, dört farklı oryantasyon ile birleşim türü oluşturulabilmektedir.
Bu yüzden, eşdeğer kutu profil yaklaşımı her zaman ekonomik ve güvenli sonuçlar
vermeyebilir.

Bu çalışmanın amacı, mevcut
yönetmelikteki eşdeğer kutu profil yaklaşımı kullanılarak EHS T-birleşimlerinin
düzlem içi eğilme momenti etkisindeki dayanımlarını ve göçme modlarını
incelemektir. Bu çalışma, doğrusal olmayan sonlu elemanlar yazılımı olan ABAQUS
v.6-14.1 programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Sayısal analizlerden önce
sonlu elemanlar modeli mevcut bir test ile karşılaştırılarak doğrulaması
yapılmıştır. Yapılan doğrulama sonuçlarına göre, sonlu eleman tipi, malzeme özelliği,
sonlu eleman ağ aralığı ve doğrusal olmayan analizlerde ele alınan zaman adımı
gibi parametreler sayısal analizlerde kullanılmıştır.

Bir dizi parametrik
çalışma, ana elemanların geometrik özellikleri ve oriyantasyon tipleri dikkate
alınarak gerçekleştirilmiştir. Sayısal analiz sonuçları eşdeğer kutu yöntemi
ile karşılaştırılmıştır. Sayısal analiz sonuçlarına göre, mevcut yöntem ekonomik
olmayan öngörülerde bulunduğu tespit edilmiştir. Ayrıca, tip 1 ve 2 ve tip 3 ve
4 oryantasyonları benzer davranışlara ve dayanımlara sahip olduğu gözlemlenmiştir.
Bu yüzden, ekonomik ve güvenli bir yöntem geliştirilmiş ve sayısal modeller ile
karşılaştırılmaları yapılarak doğrulanmıştır.

Anahtar Kelimeler

Düzlem İçi Eğilme Momenti, Elips Enkesitli içi Boş Kesit (EHS), Oryantasyon Tipi, Sonlu Eleman Metodu, T- birleşimler

Kaynakça

• ABAQUS, V.,2014. 6.14 documentation, Dassault Systems Simula Corporation
• Boresi, A. P. ve Schmidt, R. J., 2003. Advanced Mechanics of Materials, John Wiley and Sons Press, USA.
• Bortolotti, E., Jaspart, J. P., Pietrapertosa, C., Nicaud, G., Petitjean, P. D. ve Grimault, J. P., 2003. Testing and Modelling of Welded Joints Between Elliptical Hollow Sections, Proceedings of the 10th International Sympsium on Tubular Structures, Madrid, Spain, p. 259-264.
• CEN EN 1993-1-8, 2005. Design of Steel Structures, Design of Joints, British Standart Institute, London.
• Choo, Y. S., Liang, J. X. ve Lim, L. V., 2003a. Static Strength of Elliptical Hollow Section X- Joint Under Brace Compression, Tubular Structures X, Proceedings of the 10th International Symposium, Madrid, Spain, p. 253-258.
• CYTYE, Türk Standartları Enstitüsü, 2016. Çelik Yapıların Tasarım ve Yapım Kuralları, Ankara.
• Fung, T. C., Tan, K. H. ve Nguyen, M. P., 2015. Structural Behaviours of CHS T- Joints Subjected to Static In- Plane Bending in Fire Conditions, Journal of Structural Engineering, 142, 04015155.
• Haque, T., Packer, J. A. ve Zhao, X-L., 2012. Equivalent RHS Approach for The Design of EHS in Axial Compression or Bending, Advances in Structural Engineering, 15, 107-120.
• Ozyurt, E., 2018a. Yangında Elips Enkesitli Eksenel Yük Taşıyan Çelik Kolonların Davranışı, Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, Bursa, 23, 205-206.
• Ozyurt, E. ve Wang, Y. C., 2018b. Resistance of Axially Loaded T-and X-Joints of Elliptical Hollow Sections at Elevated Temperatures–A Finite Element Study. Structures, 15-31.
• Packer, J. A., Wardenier, J., Zhao, X. L., Van der Vegte, G. J. ve Kurobane, Y., 2009. Design Guide for Rectangular Hollow Section (RHS) Joints Under Predominantly Static Loading, 2nd Edition, No.3, CIDECT.
• Packer, J. A., Choo, Y. S., Shen, W., Wardenier, J., Van der Vegte, G. J. ve Mustard, T., 2012. Axially Loaded T and X Joints of Elliptical Hollow Sections, CIDECT Final Report No. 5BW-2.
• Pietrapertosa, C. Ve Jaspart, J. P., 2003. Study of the Behaviour of Welded Joints Between Elliptical Hollow Sections, Proceedings of the 10th İnternational Symposium on Tubular Structures.
• Shen, W., Choo, Y. S., Wardenier, J. ve Van der Vegte, G. J., 2012. Static Strength of Axially Loaded Elliptical Hollow Section X Joints with Braces Welded to Wide Sides of Chord, I: Numerical Investigations Based on Experimental Tests. Journal of Structural Engineering, 140, 04013035.
• Shen, W., Choo, Y. S., Wardenier, J. ve Van der Vegte, G. J., 2013. Static Strength of Axially Loaded EHS X-Joints with Braces Welded to the Narrow Sides of the Chord. Journal of Constructional Steel Research, 88, 181-190.
• URL- 1, https://www.bimobject.com/en-us/tata-steel/product/celsius-355-ehs, 14 Aralık 2018.
• Wardenier, J., 2007. Elliptical Hollow Sections, Internal Report Prepared for Corus.
• Yura, J. A., Zettlemoyer, N. ve Edwards, I. E., 1980. Ultimate Capacity of Circular Tubular Joints, Proceedings of Offshore Technology Conference, p. 1965-1984.