Development of revised stiffener spacing requirements for seismic links in eccentrically braced frames

Abstract

The current dissertation re-examines the transverse stiffener spacing requirements of short and intermediate length seismic steel links in eccentrically braced frames (EBFs). Trans-verse web stiffeners enhance the rotation capacity and the link's ability to dissipate energy due to seismic excitation.The current seismic design standards require the use of transverse stiffeners for EBF links of short and intermediate length. The maximum permitted distances in order to achieve the desired seismic performance targets are established in current seismic provisions. These design procedures for EBFs have been based on semi-analytical and experimental studies on isolated links that were carried out in the '80s.In the current study revised stiffener spacing requirements for short and intermediate length links in EBFs in order to attain the maximum permitted inelastic rotation capacities per EN1998-1 are proposed. At first, an experimental dataset was assembled and presented. This dataset was compiled with a particular focus on the stiffener spacing requirements and conclusions regarding the link's inelastic rotation capacity and overstrength were extracted. Furthermore, it was substantiated that the stiffener spacing requirements established in EN1998-1 are overly conservative.The proposed stiffener spacing limits are established on the basis of a methodology that combines a numerical solution of the classical problem of inelastic plate buckling. Hence, the analytical problem of the inelastic plate buckling is presented as well as the used numerical procedure for solving it and the derivation of the proposed stiffener spacing limits for short and intermediate length links. The resultant design equations are then verified through finite element simulations. The finite element modeling approach has also been presented and the reliability of the finite element simulation results has been investigated. Finally, it is concluded that the stiffener spacing rule per EN1998-1 for intermediate length links may be unconservative for some link geometries and that the proposed design rules may be a possible replacement of the current rules for short and intermediate length links.

Η παρούσα διατριβή επανεξετάζει τις απαιτήσεις των εγκάρσιων νευρώσεων στους βραχύς σεισμικούς συνδέσμους αλλά και τους συνδέσμους ενδιάμεσου μήκους του συστήματος μεταλλικών πλαισίων με έκκεντρους συνδέσμους. Η ικανότητα στροφής αλλά και ικανότητα των σεισμικών συνδέσμων να απορροφούν ενέργεια υπό σεισμική διέγερση βελτιώνεται με την παροχή εγκάρσιων νευρώσεων για την ενίσχυση του κορμού της μεταλλικής διατομής τύπου I. Οι σύγχρονοι αντισεισμικοί κανονισμοί επιβάλλουν την χρήση εγκάρσιων νευρώσεων για βραχύς συνδέσμους και συνδέσμους ενδιάμεσου μήκους. Στις διατάξεις τους προσδιορίζονται οι μέγιστες αποστάσεις τοποθέτησής τους ώστε να έχουν την απαιτούμενη συμπεριφορά που θέτουν οι κανονισμοί. Οι διατάξεις αυτές έχουν βασιστεί σε έρευνα που πραγματοποιήθηκε κατά κύριο λόγο την δεκαετία του '80.Στην παρούσα μελέτη προτείνονται νέες σχέσεις προσδιορισμού των μέγιστων αποστάσεων για τις εγκάρσιες νευρώσεις των σεισμικών συνδέσμων. Αρχικά συγκεντρώνονται και παρουσιάζονται πειράματα από την βιβλιογραφία πάνω στους σεισμικούς συνδέσμους εστιάζοντας κυρίως στις απαιτούμενες αποστάσεις των νευρώσεων. Από τα πειράματα που συγκεντρώθηκαν εξήχθησαν συμπεράσματα αναφορικά με την ικανότητα στροφής και την υπεραντοχή των συνδέσμων. Ακόμα, δείχθηκε ότι οι μέγιστες αποστάσεις που επιβάλει ο EN1998-1 για τις εγκάρσιες νευρώσεις είναι αρκετά συντηρητικές. Στην συνέχεια παρουσιάζεται το αναλυτικό πρόβλημα του ανελαστικού λυγισμού στοιχείων πλάκας το οποίο χρησιμοποιήθηκε για την ανάπτυξη των προτεινόμενων σχέσεων σχεδιασμού. Έπειτα παρουσιάζεται ο τρόπος αριθμητικής επίλυσης, τα αποτελέσματα και η διαδικασία ανάπτυξης των σχέσεων. Ακολουθεί η εξέταση των προτεινόμενων σχέσεων μέσω λεπτομερών αναλύσεων με μοντέλα πεπερασμένων στοιχείων. Τα μοντέλα αυτά έχουν προηγουμένως παρουσιαστεί και έχει διερευνηθεί η αξιοπιστία των αποτελεσμάτων τους. Τέλος, συμπεραίνεται ότι ο κανόνας τοποθέτησης των εγκάρσιων νευρώσεων που προσδιορίζεται από τον ΕΝ1998-1 για σεισμικούς συνδέσμους ενδιάμεσου μήκους ίσως είναι μη συντηρητικός για ορισμένες γεωμετρίες και ότι οι προτεινόμενοι κανόνες τοποθέτησης των εγκάρσιων νευρώσεων θα μπορούσαν να αντικαταστήσουν τις υφιστάμενες διατάξεις του κανονισμού.