مقاومت برشی ناودانی های جوش داده شده در دنده های دال عرشه عرضی به تیرها

خلاصه

پیش‌بینی دقیق و قابل اعتماد مقاومت برشی ناودانی‌های سر جوش‌شده در دنده‌های دال عرشه به صورت عرضی به تیرهای نگهدارنده برای دستیابی به طرح‌های ایمن و اقتصادی کف‌های کامپوزیت فولاد-بتن ضروری است. این مقاله توسعه یک مدل طراحی تجربی جدید را برای محاسبه مقاومت گل میخ، بر اساس روش‌های یادگیری ماشین همراه با مدل‌های رگرسیون، و کالیبراسیون آن از طریق تجزیه و تحلیل قابلیت اطمینان مطابق با کدهای یورو و رویه طراحی ایالات متحده ارائه می‌کند. به عنوان جایگزینی برای استفاده مستقیم از معادلات جدید، فاکتورهای کاهش نیز از مدل پیشنهادی توسعه داده شده است که می تواند برای سه مدل مقاومت موجود برای ناودانی در دال های جامد اعمال شود.. مقایسه مدل پیشنهادی با هفت مدل موجود نشان می‌دهد که اولی از دومی بهتر عمل کرده است. در عین حال، مدل پیشنهادی مقاومت‌های برشی بالاتری تولید می‌کند در حالی که الزامات قابلیت اطمینان را برای بسیاری از ترکیبات پارامترها، به ویژه برای مقاومت‌های کمتر بتن رایج در کف‌های مرکب، عرشه‌های ضخیم‌تر، و جوشکاری گل میخ از طریق سوراخ برآورده می‌کند. همچنین مشخص شد که مدل پیشنهادی نسبت به پارامترهای زیر که توسط مدل‌های موجود مهم در نظر گرفته می‌شود، حساس نیست: مدول الاستیکبتننیروی طبیعی روی صفحه دال (از 0 تا 20 درصد نیروی برشی طولی)، نوع جوشکاری گل میخ (از میان عرشه یا سوراخ)، محل تقویت دال، و استحکام تسلیم عرشه. مدل پیشنهادی تولید می کندگل میخ برشی راپیش‌بینی‌هایی که می‌توانند با اطمینان در طراحی مورد استفاده قرار گیرند و در عین حال مقاومت‌های قابل‌توجهی بالاتری را برای ترکیب‌های پارامتری خاص نسبت به آن‌هایی که با مدل‌های موجود محاسبه شده‌اند، از جمله مواردی که توسط Eurocode 4 و AISC 360 اتخاذ شده‌اند، ارائه می‌کنند.

معرفی

سیستم‌های کف ساختمان‌های اسکلت فلزی معمولاً توسط تیرهای فولادی طراحی می‌شوند که به صورت ترکیبی با دال‌های بتنی روی عرشه‌های فولادی عمل می‌کنند. عمل ترکیبی بین تیرها و دال ها معمولاً از طریق ناودانی های سردار که به تیرها جوش داده می شوند و در داخل دال ها تعبیه می شوند به دست می آید، بنابراین دانش مقاومت برشی گل میخ را برای به دست آوردن طرح های ایمن و اقتصادی کف های کامپوزیت ضروری می کند.

عرشه فولادی معمولاً به صورت عرضی (عمود) بر تیرهای کف نصب می شود. دنده های بتنی نسبتاً باریکی را تشکیل می دهد که گل میخ های سردار در آنها قرار می گیرند. در نتیجه مقاومت برشی ناودانی در دنده های دال عرشه معمولاً کمتر از مقاومت ناودانی در دال های بتنی جامد است. پروفیل های عرشه فولادی در اشکال، اعماق و ضخامت های بسیاری موجود است که توسعه مدل های طراحی قابل اعتماد برای پیش بینی مقاومت برشی گل میخ را پیچیده می کند. علاوه بر خواص عرشه، خواص گل میخ و بتن نیز بر مقاومت گل میخ تأثیر می‌گذارند که در نتیجه بیش از 20 پارامتر ممکن است بر مقاومت گل میخ تأثیر بگذارد [1].

با توجه به ماهیت پیچیده مسئله و مشکلات مرتبط با حل آن به صورت تحلیلی، بسیاری از محققان آزمایش های فیزیکی را برای بررسی اثرات پارامترهای مختلف بر مقاومت گل میخ انجام داده اند [2]. داده های تجربی مبنایی را برای توسعه و کالیبراسیون معادلات تجربی و مبتنی بر مکانیک ارائه کردند که توسط چندین محقق در طول سالیان پیشنهاد شده بود، که بررسی های آنها را می توان در [3]، [4]، [5] یافت. برخی از معادلات پیشنهادی توسط استانداردهای طراحی، از جمله معادلات یوروکد 4 (EC4) [6] و AISC 360 [7] پذیرفته شده‌اند.

بسیاری از داده‌های تست فشاری که برای توسعه استانداردهای طراحی موجود استفاده شده است بر اساس پروفایل‌های عرشه است که معمولاً در اروپا در دهه 1980 و تا اوایل دهه 2000 در آمریکای شمالی در دسترس بودند. با این حال، عرشه‌های ذوزنقه‌ای مدرن با دنده‌های باریک در دهه اخیر در دسترس قرار گرفته‌اند که باعث کاهش حجم بتن و افزایش قابلیت دهانه دال‌ها می‌شود. پس از آزمایش‌های پرتو و فشار با استفاده از این عرشه‌های مدرن، مشخص شد که مقاومت گل میخ اندازه‌گیری شده در هنگام استفاده از قوانین EC4 موجود کمتر از حد انتظار است [3]، [5]. به عنوان یک اقدام موقت، انگلستان یک ضریب کاهش اضافی را برای طراحی طبق EC4 ارائه کرد که تعداد گل میخ ها را در یک دنده و محل تقویت در داخل دال را در نظر می گیرد [8]. اخیراً برای اصلاح این وضعیت در سطح اروپا، دو مدل طراحی جدید برای ادغام در نسل دوم EC4 [9] پیشنهاد شده است: معادلات ضریب کاهش جدید توسط کنراد و همکاران. [10]؛ و مدل مکانیکی کنسول توسط ویگنری و همکاران. [11]. هر دوی این مدل‌ها شامل متغیرهایی هستند که قبلاً در استانداردهای طراحی در نظر گرفته نشده‌اند و در طول توسعه آن‌ها، برخی از داده‌های آزمایشی بر اساس این تصور که نماینده نیستند (مثلاً یک نیروی عادی اعمال شده به صفحه دال) حذف شدند. از این کار اخیر، همراه با این واقعیت که حجم بیشتری از داده‌های تست فشار نسبت به زمانی که EC4 یا AISC 360 کالیبره شده بودند وجود دارد، انجام یک ارزیابی مجدد کامل و شناسایی متغیرهای کلیدی که بر مقاومت گل میخ‌ها در عرضی عرشه تأثیر می‌گذارند مفید تلقی می‌شود. به تیر پشتیبان علاوه بر این،

بر اساس موارد فوق، اهداف این مطالعه عبارت بودند از: (1) توسعه یک مدل تجربی بهبود یافته برای محاسبه مقاومت برشی ناودانی سر در دنده‌های دال عرشه به صورت عرضی به تیرهای نگهدارنده با استفاده از روش‌های یادگیری ماشین (ML) همراه با مدل‌های رگرسیونی و (2) برای کالیبره کردن مدل پیشنهادی از طریق تجزیه و تحلیل قابلیت اطمینان مطابق با کدهای یورو [6]، [12]. برای دستیابی به این اهداف، یک پایگاه داده جامع از داده های تست فشار بین المللی جمع آوری و مورد تجزیه و تحلیل آماری قرار گرفت.

مقاله دارای ساختار زیر است. بخش 2 مدل های طراحی موجود را که برای مقایسه با مدل پیشنهادی انتخاب شده اند، تشریح می کند. پایگاه داده آزمایشی مورد استفاده برای توسعه مدل در بخش 3 ارائه و تجزیه و تحلیل شده است. بخش 4 توسعه مدل را شامل انتخاب ویژگی، دقت پیش‌بینی مدل، و بحث در مورد تفاوت‌های ویژگی‌های در نظر گرفته شده توسط مدل‌های پیشنهادی و موجود توصیف می‌کند. بخش 5 تجزیه و تحلیل قابلیت اطمینان مدل پیشنهادی را مطابق با کدهای یورو و رویه طراحی ایالات متحده ارائه می کند. معادلات ضریب کاهش برای مقاومت گل میخ در دال های جامد بر اساس مدل پیشنهادی در بخش 6 ارائه شده است. در نهایت، پیش بینی های مقاومت گل میخ توسط مدل پیشنهادی با مدل های موجود در بخش 7 مقایسه شده است.

قطعات بخش

مدل های طراحی موجود

مدل‌های موجود زیر برای مقایسه با مدل پیشنهادی انتخاب شدند: EC4 [6]، AISC 360 [7]، Konrad [10]، [13]، Lungershausen [14]، Vigneri [3]، [11]، جانسون [1] ]، [15]، UK NCCI PN001a-GB (UK NCCI) [8] و Rambo-Roddenberry [4]. مدل‌های EC4 [6]، AISC 360 [7] و NCCI بریتانیا [8] انتخاب شدند زیرا با استانداردهای طراحی سازه‌های کامپوزیتی فولاد-بتن در اروپا و ایالات متحده پذیرفته شده‌اند. مدل های کنراد [10]، [13] و ویگنری [3]، [11] به عنوان

پایگاه داده تست

مدل طراحی پیشنهادی برای محاسبه مقاومت برشی ناودانی در دنده‌های دال عرشه به صورت عرضی به تیرهای نگهدارنده با استفاده از پایگاه‌داده‌ای از 464 نتیجه آزمایش فشار بیرون [2] توسعه داده شد که به طور قابل‌توجهی بزرگتر از آنچه در توسعه مدل‌های طراحی موجود ارائه شده در نظر گرفته شده است. در بخش 2. پایگاه داده، که در https://doi.org/10.17632/nfmhnzbfy9.2 قابل دسترسی است، شامل 28 پارامتر اسمی یا اندازه گیری شده علاوه بر میانگین مقاومت برشی اندازه گیری شده در هر گل می باشد. $P_{em}$ . را

توسعه مدل مقاومت برشی گل میخ

این بخش توسعه مدل مقاومت برشی گل میخ را با ترکیب روش های تحلیل ML و رگرسیون توصیف می کند. روش‌های ML برای کاهش ابعاد داده‌ها با انتخاب مهم‌ترین ویژگی‌های مؤثر بر مقاومت گل میخ استفاده شد. پس از آن، ویژگی های انتخاب شده در تحلیل رگرسیونی داده ها برای رسیدن به مدل پیشنهادی در نظر گرفته شد.

تحلیل قابلیت اطمینان مدل پیشنهادی

برای فعال کردن مدل پیشنهادی برای مقاومت گل میخ برای استفاده در عمل، باید آن را کالیبره کرد تا الزامات قابلیت اطمینان استانداردهای طراحی را برآورده کند. در این مطالعه، مدل از طریق تجزیه و تحلیل قابلیت اطمینان مطابق با EC0 [12] کالیبره شد تا امکان استفاده از آن در طراحی مطابق EC4 [6] فراهم شود. برعکس، اگرچه AISC 360 [7] از یک ضریب کاهش برای مقاومت گل میخ ها در دال های عرشه استفاده نمی کند، قابلیت اطمینان مدل به دنبال تمرین طراحی ایالات متحده برای مقایسه ارزیابی شد.

رویکرد عامل کاهش

علاوه بر استفاده مستقیم از مدل پیشنهادی برای محاسبه مقاومت برشی ناودانی در دال‌های عرشه، می‌توان مدل را با تقسیم معادله به ضریب کاهش تبدیل کرد. (11) یا معادله (12) توسط معادلات مقاومت گل میخ برای دال های جامد. این بخش معادلات ضریب کاهش را برای سه مدل مقاومت مختلف برای گل میخ در دال های جامد ارائه می دهد: (1) EC4 [6]، [49]، (2) AISC 360 [7] و (3) SRD1 [29]. مدل SRD1 که توسط معادله توصیف شده است. (13) علاوه بر استاندارد طراحی انتخاب شد

مقایسه بین مدل های پیشنهادی و موجود

مقاومت های برشی اسمی و طراحی گل میخ محاسبه شده با مدل های پیشنهادی با موارد پیش بینی شده توسط مدل های موجود شرح داده شده در بخش 2 مقایسه شد. جدول 5 نتایج مقایسه ای را برای مقاومت اسمی گل میخ ارائه می دهد. با توجه به محدودیت‌های کاربردی متفاوت مدل‌های موجود، تعداد تست‌های متفاوتی از پایگاه داده در مقایسه با مدل‌های موجود در نظر گرفته شد. برای اطمینان از مقایسه‌های مشابه، معیارهای عملکرد برای مدل پیشنهادی محاسبه شد

نتیجه گیری

این مقاله یک مدل مقاومت برشی جدید برای ناودانی سر جوش داده شده در دنده های عرشه عرضی به تیرهای نگهدارنده ارائه کرده است. این مدل بر اساس تجزیه و تحلیل آماری یک پایگاه داده با 452 نتیجه آزمون فشار بیرون استخراج شد. این مدل از یک معادله تشکیل شده است که مقاومت گل میخ را به عنوان یک تابع غیر خطی از 12 پارامتر توصیف می کند. مهمترین پارامترها برای پیش‌بینی مقاومت گل میخ از تجزیه و تحلیل رگرسیون چند جمله‌ای درجه دوم همبستگی و ML انتخاب شدند.