Rigid moment-resisting beam-to-HSS column connections

Er zijn een aantal Public domain verbindingsoplossingen Voor moment-resisting frames onder hoge seismische belasting beschikbaar als voorgekwalificeerde ontwerpen in AISC 358, maar geen van deze oplossingen heeft rechtstreeks betrekking op holle constructiedelen. Deze afwezigheid van volsterkte seismische momentverbindingen voor holle profielen wordt soms gezien als een barrière voor het gebruik van HSS-kolommen in dergelijke frames (waarbij wordt erkend dat W-secties meestal voor balken worden gekozen) in Noord-Amerika.

Membraanbenadering

in Japan is er een zeer groot gebruik van holle profielen als kolommen in stalen stroeve momentbestendige frames, aangezien dergelijke verbindingen vooraf zijn gekwalificeerd en de fabricagebedrijven zeer vertrouwd zijn met deze wijze van constructie. Met behulp van een (aanbevolen) procedure voor het ontwerpen van een sterke-kolom-zwakke-straal, om een volledige momentcapaciteit te bereiken, zijn gewoonlijk dwarskolomverstevigingsmiddelen nodig om axiale belastingen in de bundelflenzen over te brengen. Deze (twee) verstevigingsmiddelen kunnen zowel inwendig, uitwendig of door middel van membranen zijn, waarvan voorbeelden in Fig. 1.

Fig. 1: Diafragmaverbinding met RHS kolom: (A) extern; (B) door middel van

Ontwerpprocedures voor deze typen membraanaansluitingen worden gegeven in hoofdstuk 8 van Cidect Design Guide No.9 on Connections to HSS Columns (2004). Door het middenrif (vijg. 1 (b)) is het meest populair in Japan, maar de fabricageprocedure van het middenrif-naar-kolom is daar nu gestandaardiseerd en wordt grotendeels uitgevoerd door lasrobots in de winkel. Deze techniek, en de daaruit voortvloeiende kwaliteit verwacht, Is moeilijk te bereiken voor winkels die niet vertrouwd zijn met een dergelijke fabricage. De externe membraanmethode voor het verstijven van de kolom is een praktisch alternatief voor wijdverbreide implementatie; het is veel eenvoudiger om te fabriceren en de gevormde membranen kunnen over een HSS-kolom worden geschoven zonder het kolomelement te snijden. Dit concept is al toegepast in ernstige seismische regio ‘ s elders (b.v. Fig. 2).

Fig. 2: Extern membraan naar ronde HSS-kolomverbinding (Auckland airport, Nieuw-Zeeland)

eigen verbindingen

AISC 358 heeft de ConXtech® ConXL™ moment-verbinding voor speciale Moment-Frames (SMFs) en Intermediate Moment-Frames (IMFs) vooraf gekwalificeerd, met beam clear span-to-depth ratio ‘ s ≥ 7 (voor SMFs) en ≥ 5 (voor IMFs), en 16 in. vierkante kolommen. ConXtech® (www.conxtech.com) heeft ook ICC-ES-Kwalificatie gekregen voor een andere versie, de ConXR ™ moment connection, voor kleinere kolommen. Deze eigen verbinding (weergegeven in Fig. 3) bestaat uit kraagsamenstellingen die een compressiekraag vormen rond een vierkante HSS-kolom wanneer deze wordt bevestigd met hoge sterkte voorgespannen bouten. Tussen de kolom (met beton gevuld) en maximaal vier w-profielen wordt een stijve bi-axiale fixatie bereikt, zonder veldlassen. Kolomkragen (met een 3D-conus) worden in eerste instantie aan alle vier de hoeken van de kolom gelast en de balkkragen (ook taps toelopend) worden op dezelfde wijze aan de boven-en onderbalkflenzen gelast, vervolgens worden de balken ter plaatse in hun steunen op de kolom neergelaten en ten slotte worden de delen aan elkaar vastgezet met diagonale bouten aan de kolomhoeken. De kragen (gesmeed en bewerkt) zijn ontworpen om in wezen elastisch te blijven, met voldoende kracht om scharnieren in de balken te dwingen. In het conventionele moment frame ontwerp wordt het aantal moment-weerstand frames tot een minimum beperkt, om redenen van zuinigheid, maar met dit frame systeem wordt een “gedistribueerd moment-weerstand ruimte frame” bereikt omdat alle of de meeste bundel-kolom verbindingen zijn moment-weerstand en dit leidt tot veel grotere redundantie en robuustheid, met een verhoogde weerstand tegen progressieve ineenstorting (AISC 358). Dit gepatenteerde bi-axiale framesysteem van het in Californië gevestigde ConXtech® is door AISC 358 voorgekwalificeerd voor slechts 16 inch. vierkante HSS beton gevulde kolommen op dit moment.

Fig. 3: Model van ConXtech ® ConXL™ moment-verbinding, en met één bundel verwijderd

Een ander seismisch moment-verbindingssysteem, mogelijk toepasbaar op vierkante en rechthoekige HSS, maar momenteel niet vooraf gekwalificeerd door AISC 358, is SidePlate® (www.sideplate.com). dit systeem maakt gebruik van een reeks gelaste platen om een stijve, vaste vlakke verbinding tussen de kolom en de W-sectie Balk(s) te creëren. In de winkel worden flensafdekplaten aan de boven-en onderkant van de balk(s) gelast en zijplaten aan twee zijden van de kolom gelast. Ter plaatse, in de laatste uitvoering van dit systeem, kan de verbinding worden voltooid door de afdekplaten van de bundel vast te schroeven aan hoeken die uit de zijplaten van de kolom steken. Dit concept heeft het potentieel voor ontwikkeling als een vooraf gekwalificeerde gepatenteerde seismische moment-verbinding voor HSS-kolommen.

Geschroefde eindplaten of-beugels voor balk-naar-HSS-kolomverbindingen

het bereik van voorgekwalificeerde verbindingen in AISC 358 omvat geschroefde, niet-geschroefde en verstijfde verlengde eindplaatmomentverbindingen, alsmede de geschroefde Kaiser-beugel, die een eigen vorm is waarin gegoten stalen verstijfde beugels worden gebruikt. Deze standaard en propriëtaire verbindingen zijn ontwikkeld voor gebruik met W-sectie kolommen. Het aanpassen van dergelijke configuraties aan HSS-kolommen vereist de ontwikkeling van oplossingen die zich bezighouden met het probleem van lokale vervormingen in de verbindingskolom.

het bereiken van volledige stijfheid en momentoversterkte in direct vastgeschroefde verbindingen met de vlakken van HSS-kolommen kan moeilijk zijn en is vaak onpraktisch, omdat de kolomwanden meestal op een of andere manier moeten worden versterkt, bijvoorbeeld door toevoeging van kragen of kraagplaten. Fig. 4 illustreert een haalbare oplossing voor een eindplaatverbinding, aan een met beton gevulde HSS-kolom met behulp van lange “doorgaande bouten”. Tweerichtingsverbindingen kunnen worden gedetailleerd zodat de bouten of staven lichtjes worden verschoven.

Fig. 4: Eindplaatverbindingen met een met beton gevulde kolom, met behulp van lange “doorgaande bouten”