Behavior of Steel Reduced Beam Web (RBW) Connections with Multi Longitudinal Voids

Abstract

Since the earthquakes in Northridge and Kobe in 1994 and 1995 respectively, many investigations have been carried out towards improving the strength and ductility of steel beam to column pre and post-Northridge connections. In order to achieve these objectives recent researches are mainly focused on three principles; reducing the beam section to improve the beam ductility, adding different kinds of slit damper to beam and column flanges to absorb and dissipate the input earthquake energy in the connection and strengthening the connection area using additional elements such as rib plates, cover plates and flange plates to keep the plastic hinges away from the column face. This research presents a reduced beam section approach via the introduction of multi longitudinal voids (MLV) in the beam web for various beam depths varying from 450mm to 912mm. ANSYS finite element program was used to simulate the three different sizes of SAC (Structural Engineering Association of California) sections, SAC3, SAC5 and SAC7. Then the modification was applied to these post-Northridge SAC sections. Results showed an improvement in the connection ductility since the input energy was dissipated uniformly along the beam length and the total rotation of the connection was over four percent radian. Keywords: Multi-Longitudinal Voids; Strength; Ductility; post-Northridge connection.

ÖZ: Northridge ve Kobe’de sırasıyla 1994 ve 1995 yıllarında meydana gelen depremler sonrasında Northridge öncesi ve sonrası, çelik kolon-kiriş bağlantılarının dayanım ve sünekliğini artırmak için birçok araştırma yapılmıştır. Bu amaçlara ulaşmak için son zamanlarda araştırmacılar üç ana prensibe odaklı çalışmaktadırlar; kirişin sünekliğini kiriş gövde kesitini azaltarak iyileştirme, bağlantıda deprem enerjisi girdisini emmek ve dağıtmak için kiriş ve kolon flanjlarına yarık amartisör ekleme, bağlantı bölgesini ek elemanlarla (örneğin, kaburga plakası, plaka kapağı ve flanj plakası kullanarak) güçlendirme ve bu yaklaşımla plastik mafsalı kolon yüzünden uzak tutma. Bu araştırmada, sunulan kirişin sünekliğini kiriş gövde kesitini azaltarak iyileştirme prensibini kullanarak, kiriş yükseklikleri 450 mm ile 912 mm arasında değişen kiriş gövdelerinde çoklu yatay boşluklar oluşturmadır. ANSYS sonlu elemanlar programı kullanılarak üç farklı boyut SAC kesitini SAC3, SAC5 ve SAC7 modellenmiştir. Bunu takiben yukarıda belirtilen değişiklikler Northridege sonrası SAC kesitlerine uygulanmıştır. Araştırma ve incelemeler, deprem enerji girdisinin kiriş boyunda eşit şekilde dağılması sonucu kolon-kiriş bağlantılarının sünekliğinde iyileşme göstermiştir ve toplam bağlantı rotasyonu yüzde dört radyanı aşmıştır. Anahtar kelimeler: Çoklu yatay böşluklar, Dayanım, Süneklik, Northridge sonrası bağlantı