التصرف الإنشائي للجسور المركبة الخلوية المعرضة للاحمال الساكنة و تكرارية

رسالة ماجستير

اسم الباحث : نورالهدى كاظم حسين

اسم المشرف : أ.م.د بهاء حسين العباس ;أ.م.د علي غانم عباس الخفاجي

الكلمات المفتاحية : ABAQUS, Repeated, Composite, Finite Elements, Castellated

الكلية : كلية الهندسة

الاختصاص : الهندسة المدنية

سنة نشر البحث : 2024

تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث

الخلاصة

تركزت هذه الدراسة على إجراء تحليلات تجريبية وعددية لفحص أداء الجسور الخلوية المركبة تحت التحميل المتكرر. وتهتم بدراسة عدة معاملات منها أشكال الفتحات (السداسية والدائرية والمربعة) والتباعد بين المساميرالقصية (150 مم و300 مم) مع وجود أو غياب الدعامات (التقوية). تضمنت المرحلة التجريبية اختبارات على الخصائص الميكانيكية والكيميائية للمواد. تعرضت العوارض لتحميلات متكررة و الساكن . ونتيجةً لنسبة الزيادة ، زاد ارتفاع العارضة بنسبة 50% (في منطقة الويب). وفي المرحلة التجريبية، تم تصنيع خمسة عشر مقطعًا مركبًا، ثلاثة منها عينة مرجعية. تم إنشاء الاتصال بين لوح السطح الخرساني والجسر الفولاذي (الحديدي) باستخدام المسامير الفولاذية ذات الرأس الملحومة على الحواف العلوية. يبلغ طول لوح السطح 1500 مم وعرضه 350 مم وسمكه 70 مم. العنصر الهيكلي المستخدم هو عارضة IPE 140 بطول 1500 مم. قسمت العوارض إلى خمس مجموعات بناءً على عوامل متغيرة، وكل مجموعة تضم ثلاثة جسور . كشفت الدراسة أن بعض العوامل تؤثر بشكل كبير على سلامة العوارض. فالتباعد المتناقص لمسامير القص ادى إلى زيادة في قدرة التحمل وانخفاض الانحرافات. كما أن تصميم الفتحة يؤثر بدرجة كبيرة على الأداء، حيث تتفوق التكوينات السداسية عادةً على الدائرية والمربعة بنسب تتراوح بين 28.26% و100.43% في جميع المجموعات، مما يؤكد التفوق الهيكلي للفتحات السداسية. علاوة على ذلك، تؤثر المسافة بين مسامير القص بشكل كبير على الحد الأقصى لقدرات التحميل، مما يؤدي إلى اختلافات تتراوح من 7.91% إلى 58.09%. ومن هنا تأتي أهمية تقييم تباعد وصلات القص بدقة في تصميم الجسور الخلوية المركبة. أخيرًا، تظهر طرق التقوية فاعليتها، مما يؤدي إلى زيادات متباينة في الحمولة القصوى تتراوح بين 17.89٪ و66.53٪. كما تقارن الدراسة المحاكاة الرقمية بالنتائج التجريبية باستخدام برنامج ABAQUS/Explicit. يشمل التحليل معاملات منها تكوين الفتحة وتوزيع مسامير القص و التقوية . تظهر النتائج أن معدل توافق الجسور ضمن نطاق مقبول. يؤكد تحليل العناصر المحدودة هذه النتائج، ويوضح مستوى عالٍ من الدقة يبلغ حوالي 93.67٪ في التنبؤ بالحمل النهائي وشكل المنحني (الحمل و الازاحة). توفر هذه الدراسة رؤى قيمة في تصميم الجسور الخلوية المركبة، وتؤكد على الحاجة إلى تحسين معاملات التصميم لتعزيز الكفاءة الهيكلية.

Structural Behavior of Composite Castellated Beams Under Monotonic and Repeated Loads

Abstract

The present study focuses on conducting experimental and numerical analyses to examine the performance of composite castellated beams subjected to repeated loading. This study investigates multiple parameters, such as shaped openings (hexagonal, circular, and square) and shear stud spacings of 150 mm and 300 mm, in both the presence and absence of stiffeners. The experimental work involved conducting experiments on materials’ mechanical and chemical properties. The beams underwent repeated (25%Pu-50%Pu-75%Pu-100%Pu, etc.) and monotonic loading. In addition, the extension ratio resulted in a 50% increase in the height of the web. In the experimental phase, fifteen composite sections were fabricated, with three of them serving as control samples. The connection between the concrete deck slab and the steel I-beam was established using headed steel studs welded onto the top flanges. The deck slab has dimensions of 1500 mm in length, 350 mm in breadth, and 70 mm in thickness. The structural element utilized was an I-beam, namely an IPE 140, with a length of 1500 mm. The composite beams were categorized into five groups based on variable factors. Each group is comprised of three beams. The study found that certain factors significantly impact the structural integrity of composite castellated beams. Decreased spacing increased load-carrying capabilities and decreased deflections. The design of the opening significantly affects the performance, with hexagonal configurations regularly surpassing circular and square forms in all groups, which varies from 28.26% to 100.43%, emphasizing the structural superiority of hexagonal apertures. Furthermore, the distance between shear connections significantly impacts the maximum load capacities, resulting in variations ranging from 7.91% to 58.09%. It is crucial to thoroughly evaluate the spacing of shear connectors in the design of castellated steel beams. Finally, reinforcement methods demonstrate efficacy, resulting in percentage increments in maximum load ranging from 17.89% to 66.53%. The study also compares numerical simulations and experimental findings using ABAQUS/Explicit software. The analysis includes parameters like opening configuration, shear connector distribution, and strengthening. Finite element analysis confirms these findings, demonstrating a high level of accuracy of around 94% in predicting ultimate load and load-deflection correlations. The study provides valuable insights into the design of composite castellated beams, emphasizing the need to optimize design parameters to enhance structural efficiency.