Investigation of Reliabilities of Bolt Distances for Bolted Structural Steel Connections by Monte Carlo Simulation Method

Abstract

Design of the distance of bolts to each other and design of the distance of bolts to the edge of connection plates are made based on minimum and maximum boundary values proposed by structural codes. In this study, reliabilities of those distances were investigated. For this purpose, loading types, bolt types and plate thicknesses were taken as variable parameters. Monte Carlo Simulation (MCS) method was used in the reliability computations performed for all combination of those parameters. At the end of study, all reliability index values for all those distances were presented in graphics and tables. Results obtained from this study compared with the values proposed by some structural codes and finally some evaluations were made about those comparisons. Finally, It was emphasized in the end of study that, it would be incorrect of the usage of the same bolt distances in the both traditional designs and the higher reliability level designs.

Keywords

• -

Cıvatalı Çelik Yapı Birleşimlerinde Cıvata Yerleşim Mesafelerinin Güvenilirliklerinin Monte Carlo Simülasyon Metodu ile Araştırılması

Öz

Cıvatalı çelik yapı elemanı birleşimlerinde, cıvatalar arası uzaklıkların ve cıvataların çelik levha kenarına uzaklıklarının tasarımı yönetmeliklerde belirtilen minimum ve maksimum sınırlar temel alınarak yapılmaktadır. Bu çalışmada cıvatalı birleşimlerdeki cıvatalar arası ve cıvataların birleşim levhası kenarlarına olan mesafelerinin güvenilirlikleri araştırılmıştır. Bu amaçla yükleme türü, cıvata türü, birleşim levhası kalınlığı, değişken olarak alınmıştır. Bu parametrelerin tüm kombinasyonları için gerçekleştirilen güvenilirlik analizlerinde Monte Carlo Simülasyon (MCS) yöntemi kullanılmıştır. Çalışmanın sonucunda elde edilen güvenilirlik indeksi değerleri grafikler ve tablolar halinde sunularak elde edilen sonuçlar ile bazı yönetmeliklerde önerilen değer aralıkları karşılaştırılarak elde edilen bulgular üzerinde değerlendirmeler yapılmıştır. Sonuç olarak geleneksel ve güvenilirlik düzeyi daha yüksek tasarımlar için aynı cıvata aralıklarının kullanımının hatalı olacağı vurgulanmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Güvenilirlik analizi, Cıvatalı birleşimler, Cıvata mesafeleri, Cıvata yerleşimi, Monte Carlo simülasyonu

Kaynakça

1. Uzgider E, Piroğlu F, Deren H, Çağlayan Ö. Çelik Yapılar. 3. Baskı. İstanbul, Türkiye, Çağlayan Kitabevi, 2008.
2. Omurtag MH. Mukavemet. 3. Baskı. İstanbul, Türkiye, Birsen Yayınevi, 2010.
3. Türk Standartları Enstitüsü. “Çelik Yapıların Hesap ve Tasarım Kuralları”. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, Türkiye, TS648, 1980.
4. EN 1993-1-8: Eurocode 3: “Design of Steel Structures-Part 1-8: Design of Joints”, Brussels, 2005.
5. Hewitt CM. AISC Steel Construction Manual. 13th ed. Chicago, USA, American Institute of Steel Construction, 2005.
6. CAN/CSA-S16-01 National Standard of Canada. “Limit States Design of Steel Structures Canadian Standards Association”, Mississauga, Ontario, Canada, 2001.
7. British Standard. “G2000-Structural use of Steelwork in Building. Part 1: Code of Practice for Design Rolled and Welded Sections, 7th ed”. British Standard Institution, London, UK. BS 5950-1:2000.
8. Bureau Indian Standard. “General Construction in Steel- Code of Practice”, 3rd Revision, Bureau of Indian Standard, New Delhi, India, IS 800-2007, 2007.

9. Australian Building Codes Board (ABCB). “Steel Structures”, Standarts Association of Australia, Sydney, Australia, AS 4100, 1998.
10. Huh J. Dynamic Reliability Analysis for Nonlinear Structures using Stochastic Finite Element Method. PhD Thesis, The University of Arizona, Arizona, USA, 1999.
11. Huh J, Haldar A. Reliability Estimation of Buildings Subjected to Seismic Excitation. Proceedings of 8th ASCE Specialty Conference on Probabilistic Mechanics and Structural Reliability, Notre Dame, Indianapolis, USA, 2000.
12. Lee SY. Static and Dynamic Reliability Analysis of Frame and Shear Wall Structural Systems. PhD Thesis, The University of Arizona, Arizona, USA, 2000.
13. Lee SY, Haldar A. “Reliability of Frame and Shear Wall Structural Systems I-Static Loading”. Journal of Structural Engineering, 129(2), 224-232, 2003.
14. Basaga HB, Bayraktar A. “Reliability Analysis of Beams Using FEM”. Proceedings of 7th ed. International Congress on Advances in Civil Engineering, YTU, İstanbul, Turkey, 11-13 October, 2006.
15. Basağa HB, Bayraktar A, Kartal ME, Hacıefendioglu K. “Deprem Etkisindeki Binaların Güvenilirlik Analizi”. 6. Ulusal Deprem Mühendisliği Konferansı. İstanbul, Türkiye, 16-20 Ekim, 2007.
16. Cardoso JB, Almeida JR, Dias JM, Coelho PG. “Structural Reliability Analysis Using Monte Carlo Simulation and Neural Networks”. Advances in Engineering Software, 39(6), 505-513, 2008.
17. Bolandim E, Beck A, Malite M. ”Bolted Connections in Cold- Formed Steel: Reliability Analysis for Rupture in Net Section”. 139, 748-756, 2013. Structural Engineering,
18. Tsompanakis Y, Papadrakakis M. “Review of Efficient Computational Methods for Large-Scale Structural Optimization”. International Journal of Computational Engineering Science, 1(2), 331-354, 2000.
19. Papadrakakis M, Tsompanakis Y, Lagaros ND, Fragiadakis, M. “Reliability Based Optimization of Steel Frames under Seismic Computation”. Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 42(3), 585-608, 2004. using Evolutionary
20. Papadrakakis M, Lagaros ND. “Reliability-Based Structural Optimization using Neural Networks and Monte Carlo Simulation”. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 191(32), 3491-3507, 2002.
21. Papadrakakis M, Papadopoulos V, Lagaros ND. “Structural Reliability Analysis of Elastic-Plastic Structures using Neural Networks and MSC”. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 136(1-2), 145-163, 1996.
22. Bayazıt M. Mühendislikte Güvenilirlik ve Risk Analizi. 1. Baskı, İstanbul, Türkiye, Birsen Yayınevi, 2006.
23. Bayazıt M, Oğuz B. Probability and Statistics for Engineers. 1. Baskı. İstanbul, Türkiye, Birsen Yayınevi, 1998.
24. Nowak AS, Collins, KR. Reliability of Structures. 1st ed. Singapore, McGraww-Hill, 2000.
25. Soong, TT, Grigoriu M. Random Vibration of Mechanical and Structural Systems, Englewood Cliffs, NY, USA, Prentice- Hall, 1993.