بررسی اثر تنش های پسماند حاصل از جوشکاری بر رفتار دیوار برشی فولادی

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

• مجید قلهکی ¹
• فرزان خالدی ¹
• هادی معین ²

¹ دانشگاه سمنان

² دانشکده علوم مهندسی، دانشگاه سایمون فریزر برنابی، بریتیش کلمبیا، کانادا

10.22067/civil.v27i2.31946

چکیده

دیوار برشی فولادی یک سیستم باربر جانبی نوین است که در آن ورق فولادی طی فرآیند جوشکاری سنگین توسط تسمه های واسط به قاب پیرامونی متصل می شود. معمولاٌ برای اتصال ورق های فولادی به قاب پیرامونی از جوش ذوبی استفاده می شود. این جوشکاری به دلیل افزایش موضعی دما تا حد دمای ذوب در محل اتصال و سپس سرد شدن سریع محل اتصال و توزیع نامتقارن دما و کرنش های پلاستیک، باعث ایجاد تنش های پسماند در فلز جوش و فلز پایه می شود. این مسئله می تواند بر رفتار مکانیکی ورق و قاب پیرامونی تأثیرگذار باشد. در این مقاله جوشکاری ورق به اعضای محیطی به صورت دو بعدی و کوپل غیرمستقیم حرارتی- مکانیکی از طریق کدنویسی در نرم افزار آباکوس مدل سازی شده و فلاکس حرارتی به صورت سطحی و دایره ای شکل اعمال شده است. اعمال فرآیند جوشکاری و مدل سازی تنش های پسماند در ورق های دیوار برشی فولادی سه طبقه دارای اتصال گیردار نشان می دهد که میزان سختی، بار تسلیم، بار نهایی، شکل پذیری و جذب انرژی در مدل دارای تنش پسماند نسبت به مدل بدون تنش پسماند به ترتیب 7.1%، 1.3%، 1.2%، 7.1% و 3.1% کاهش یافته است.

کلیدواژه‌ها

• دیوار برشی فولادی
• جوشکاری
• تنش پسماند

---

عنوان مقاله [English]

Effect of Welding Residual Stresses on Performance of Steel Plate Shear Wall

نویسندگان [English]

• Majid Gholhaki ¹
• farzan khaledi ¹
• Hadi Moein ²

¹ Semnan University, Semnan, Iran.

² Simon Fraser University British Columbia, Vancouver, Canada.

چکیده [English]

The effect of Welding residual stresses that was created in thin infill plate of steel plate shear wall system during constructional processes was studied in this research. Residual stresses in a welded structure is the result of the non-uniform expansion and contraction and plastic deformation of the weld and surrounding base metal due to heating and cooling cycle, during welding process, this issue could affected SPSW`s behavior. In this research ABAQUS finite element software is utilized to simulation of welding process and steel plate shear wall behavior. Sequentially coupled thermo-elastic–plastic finite element computational procedure is developed to calculate temperature field and welding residual stresses in SPSW. The result shows that residual stresses created in infill plates of three story steel plate shear wall with rigid beam-column connection due to welding process makes yielding load, ultimate load, stiffness, ductility and energy absorption, decrease 1.4%, 1.26%, 7.6%, 7.3%, 3.4% respectively in model with residual stresses in comparison with model without residual stresses. Thus, the ignore of residual stresses effect due to welding in prospect of thin steel plate shear walls(SPSWs) behavior is negligible.

کلیدواژه‌ها [English]

• Steel Plate Shear Wall
• Welding residual stresses
• welding processes

مراجع

1. Sabouri-Ghomi, S., Roberts, T.M., "Nonlinear Dynamic Analysis of Steel Plate Shear Walls Including Shear and Bending Deformations", Engineering Structures, vol. 14, No.5, pp. 309-317, (1992).

2. Caccese, V. , Elgaaly, M., "Experimental Study of Thin Steel-Plate Shear Walls Under Cyclic Load", J. of Str. Engrg., ASCE, vol. 119, No. 2, pp. 573-587, (1993).

3. صبوری، سعید، قلهکی، مجید، ],«مطالعۀ آزمایشگاهی دو نمونه دیوار برشی شکل‌پذیر»، نشریۀ علمی-پژوهشی امیرکبیر/ سال نوزدهم، شمارۀ ج-68،(مهندسی عمران)، (بهار و تابستان 1387).

4. Masubuchi.k, "Analysis of Welded Structures, Residualstresses Distortion, and their Consequences", New York, Pergamon Press, (1980).

5. Yajiang,L., Jun,W., Maoai,C and Xiaoqin, S. " Finite Element Analysis of Residual Stress in Weld Zone of High Strength Steel",. Bull mater Sci, Vol.27, No.2, pp.127-132, (2004).

6. chang, P,H., Teng, T.," Numerical and Experimental Investigations on the Residual Stresses of the Butt-Welded Joints",. computional Materials Science, Vol.29, pp.511-522, (2004).

7. Syngellakis, S., Mellor, B., "Finite Element Analysis of Residual Stresses in Butt Weld", Computational Engineering & Design Group, School of Engineering Sciences, University of Southampton, Highfield, Southampton. SO17 1BJ, (1999).

8. D D, Hidekazu Murakawa, "Prediction of Welding Distortion and Residual Stress in a Thin Plate Butt-Welded Joint",. Computational Materials Science, vol. 43, pp. 353–365, (2008).

9. ATC Guidelines for Seismic Testing of Components of Steel Structures, Applied Technology Council, Report 24,. (1992).

10.قلهکی، مجید، «بررسی رفتار دیوارهای برشی فولادی شکل‌پذیر با ورق نازک و اثر نوع اتصال تیر به ستون در آنها»، رسالۀ دکتری، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی ،(1386).

11. Krutz,L, G.w., J,Segerlind, "Finite Element Analysis of Welded Structures",. Welding Journal, vol. 57, pp. 211-216, (1987)

12. Friedman, E. "Thermo-mechanical Analysis of Welding Process Using the Finite Element Method",. Jornal pf pressure vessel Technology, Trans. ASME, vol. 97, pp. 206-213, (1975).

13. معین، هادی ،«تحلیل المان محدود تنش پسماند در یک اتصال جوشی از جنس آلومینویم استحکام بالا"، پایان‌نامۀ کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، (1389).