Predesign of steel frames with semi-rigid joints

Abstract

It is well known that real solutions of steel joints in framed structures are far away from the conservative assumption that joints behave like pure hinges and/or full rigid connections. Applying semi-rigid philosophy in the design requires consideration of joint characteristics (M- φ relationship) in the global analysis. The main parameters describing M- φ curve are the moment resistance Mj.Rd and initial stiffness S j.ini. In EC3, part 1-8, there are procedures to determinate joint properties, but calculation of them is very troublesome and time consuming. Using regression analysis, simple formulas for M j.Rd and S j.ini, possible for hand calculator, were obtained for end-plate bolted as well as welded beam-to-column connection. The distribution of internal forces in the frame depends on, and changes with the changes of joints astiffness, which in turn depend on beam and column sections. To help designers avoid many recalculation and speed up their design work there is a need to supply design tools, like "good guess" assessment, simple formulas, tables, desi gn guidelines, which enable designer to assess preliminary members and joints properties. Based on the wide analysis of many frames with various types of joints, such design tools were developed and are presented in the paper. Реальні рішення в сталевих каркасних конструкціях далекі від консервативного припущення, що вузли поводяться як чисті шарніри і/або повністю жорсткі защемлення. Застосування напівжорсткості в проектуванні вимагає розгляду характеристик з’єднання (взаємозв’язку М-φ) в глобальному аналізі. Основними параметрами, що описують залежність М -φ, є момент опору M j.Rd та початкова жорсткість S j.ini. У Єврокоді 3, частині 1-8, передбачено порядок визначення характеристик з’єднання, але їх розрахунок дуже клопітний і забирає багато часу. З використанням регресійного аналізу, прості формули для Mj.Rd та Sj.ini, посильні ручному калькулятору, були отримані для торцевої пластини з болтами , а також зварного з'єднання ригель-колона. Розподіл внутрішніх зусиль в рамі залежить від зміни жорсткості вузла, яка в свою чергу залежить від перерізів ригелів і колон. Щоб допомогти інженерам уникнути багатьох перерахунків і прискорити їхні проектні роботи, необхідно розробити інструменти проектування, такі як "гарна здогадка", прості формули, таблиці, методики, які дозволяють проектанту попередньо оцінити елементи і їх властивості. На основі докладного аналізу багатьох рам з різними типами з'єднань такі інструменти проектування були розроблені і представлені в статті.