Seismic design of industrial bolted concentric brace connections
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2019-06-17
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Building Technology (CIV)
Language
en
Pages
92 + 16
Series
Abstract
In this thesis, the design of bolted concentric brace connections used in industrial structures located in seismic areas is studied. The dynamic nature of earthquake loads on structures induces multifaceted issues in the structural design of members and their connections. The structural requirements stipulated by three seismic design codes, Eurocode 8, AISC 341 and NCh2369 are discussed and compared to each other. Different bolted connection designs of diagonal braces in concentrically braced frames are compared. They are evaluated in six performance categories: mass, cost, ease of design, ease of installation, mechanical simplicity and customer preference. By utilizing 3D models of the connections, their mass is calculated, and their cost is estimated by a feature-based costing method. The other aspects of the connections are evaluated via a survey targeting experienced structural designers. The strength of the connections was verified by using a software utilizing component-based finite element method. Large differences in cost and weight are found between the different connection options. Generally, the connections of wide flange I-profile diagonal braces were found to be less expensive than the connections of hollow rectangular braces. However, special design consideration regarding the installation is required for connections featuring multiple different-sized I-profile braces and beams. Connections of diagonal braces featuring a hollow rectangular profile were found to be somewhat more flexible in terms of design and different brace sizes, although they were heavier and more expensive than their counterparts. Thus, no single ideal brace connection solution was found that could be employed in all industrial projects. The selection of a connection type depends on the most important criteria in a given project, as is outlined in the conclusions of this thesis.Tässä diplomityössä käsitellään maanjäristysalueella sijaitsevien teollisuuslaitosten seinien jäykistyssiteiden pulttiliitosten suunnittelua. Maanjäristyksen aiheuttama dynaaminen kuormitus luo monitahoisia ongelmia rakenneosien ja niiden liitosten suunnitteluun. Kolmen seismisen suunnittelustandardin, Eurokoodi 8, AISC 341 ja NCh2369, asettamia vaatimuksia tarkastellaan ja vertaillaan keskenään. Erilaisia keskeisesti jäykistettyjen kehien vinositeiden pulttiliitoksia vertaillaan keskenään. Liitosten ominaisuuksia arvioidaan kuudella eri osa-alueella: massa, hinta, suunnittelutyön helppous, asentamistyön helppous, lujuusopillinen yksinkertaisuus ja asiakkaan mielipide. Käyttämällä liitoksista tehtyjä 3D-malleja saadaan laskettua niiden paino, ja niiden hinta-arvio muodostetaan ominaisuusperusteisen kustannusarviointimenetelmän avulla. Liitosten muita ominaisuuksia arvioitiin kokeneille rakennesuunnittelijoille kohdennetun kyselytutkimuksen avulla. Liitosten kestävyys varmistettiin komponenttipohjaista elementtimenetelmää hyödyntävän ohjelmiston avulla. Vertailtujen liitosten välillä havaittiin merkittäviä eroja niiden hintojen ja painojen välillä. Yleisesti ottaen I-profiilista valmistettujen vinositeiden liitokset olivat halvempia kuin suorakaidepoikkileikkausta hyödyntävien siteiden liitokset. I-profiilia käyttävien siteiden liitosten suunnittelu vaatii kuitenkin erityistä huomiota asennettavuuteen liittyen, kun liitokseen yhdistetään useita erikokoisia vinositeitä ja vaakapalkkeja. Suorakaidepoikkileikkauksisten vinositeiden liitosten havaittiin olevan joustavampia eri profiilikokojen ja suunnittelun suhteen, vaikkakin ne olivat vertailukohtiaan painavampia ja kalliimpia. Näin ollen ei pystytty valitsemaan yhtä sideliitosta, jota voitaisiin käyttää kaikissa tulevissa teollisuuslaitosprojekteissa. Liitostyypin valinta riippuu arviointiin käytetyistä kriteereistä, kuten on esitetty työn johtopäätöksissä.Description
Supervisor
Niiranen, JarkkoThesis advisor
Jalkanen, JussiKeywords
concentrically braced frame, bolted connection, SCBF, Eurocode 8, AISC 341, NCh2369