Document
3-dimensional finite element modeling of beam-to-column-flexible end-plate composite connections at elevated temperature
Publisher
Sultan Qaboos University
Gregorian
2013
Language
English
English abstract
Observations from real fires have demonstrated the beneficial effects of connection on the survival time of structural members in fire. Although experimental tests provide the best means to study the joint behavior in fire, they are limited in number partly on the virtue of their high costs and limitations on the size of the furnaces used. Also joint tests conducted are primarily focused on establishing the moment-rotation relationships of isolated joints and the comprehensive understanding of the joint behavior in fire cannot be achieved based on the outcomes from experimental fire tests alone. The Finite Element Method (FEM) provides an excellent alternative in analyzing the joint behavior in fire to an acceptable degree of accuracy. This thesis presents a 3D Finite Element model developed to model the behavior of flexible endplate beam-column composite connections in fire using the general purpose Finite Element commercial code ABAQUS 6.10. Two types of flexible end-plate composite joints were modeled. The connection components for bare steel was modeled using a four noded tetrahedral element coupled with temperature and displacement using the ABAQUS standard analysis procedure. Modeling of concrete was carried out using the damaged plasticity parameters. Anti crack mesh was modeled using a truss element. Degradation of the steel properties with increasing temperature was in accordance with EC3 recommendations. Comparison between the Finite Element analysis and two isolated flexible end-plate composite connections under group 4 and group 5 fire tests were compared with respect to temperature-rotation results and failure mode of the connections. The developed model produced good results that compare well with the experimental results.
.
Description
Thesis
Member of
Resource URL
Arabic abstract
بينت التحقيقات عقب حدوث حرائق حقيقية الفوائد الجمة للوصلات الفولاذية العارية والمركبة في إطالة بقاء العناصر الانشائية المختلفة سليمة عند تعرضها الى درجات الحرارة العالية. بالرغم من أن التجارب المعملية توفر معلومات ثرية عن سلوك هذه الوصلات عند درجات الحرارة العالية إلا أن هذه التجارب عادة ما تكون مكلفة ماديا ناهيك عن محدودية أعداد الوصلات التي يمكن إجراء التجارب عليها والقيود المفروضة على الأفران المخبرية. لذلك تمثل نماذج العناصر المحددة (Finite Element Models) بديلا عمليا للتجارب المخبرية والتي لديها القدرة لتحاكي الى درجة كبيرة من الدقة النتائج التي يمكن الحصول عليها من هذه التجارب تهدف هذه الرسالة الى دراسة سلوك الوصلات الفولاذية المركبة المرنة والتي تربط الكمرة مع العمود عند درجات الحرارة العالية باستخدام برنامج العناصر المحددة, اباکوس (ABAQUS). تم تحليل نوعين من الوصلات الفولاذية المركبة المرنة ذات أبعاد مختلفة عند درجات حرارة و عزوم مختلفة. تم إستخدام النموذج التحديد خصائص عزم الدوران لهذه الوصلات تحت تأثير قوي مركزة ودرجات حرارة عالية. لذلك فقد تم استخدام عناصر مثلثية رباعية السطوع ثلاثية الأبعاد (3D tetrahedral elements) وذلك لنمذجة أجزاء الوصلات المختلفة كأجزاء الكمرة والعمود والمسامير والصفيحة الفولاذية وصفيحة الخرسانة وغيرها. أما تدهور خصائص الفولاذ عند درجات الحرارة العالية فقد تمت نمذجتها طبقا للمواصفات الأوروبية 1. 2-EC3. كما تم استخدام نموذج التدهور اللدن (Damaged plasticity model) لمحاكاة تدهور الخرسانه. لقد أظهرت الدراسة أن هناك تطابقا جيدا بين النتائج المعملية والنتائج التي تم الحصول عليها من النموذج المقترح من ناحية أنماط الانهيار وخصائص عزم الدوران للوصلات المرنة المركبة عن درجات الحرارة العالية مما يعزز الثقة في امكانية استخدام هذة النماذج في القيام بدراسات محكاة ونمذجة على وصلات اخرى مختلفة.
Category
Theses and Dissertations