Improving Behavior of Castellated Beam by Adding Spacer Plat and Steel Rings

 العتبات الفولاذية القلعوية هي تلك الاعضاء الانشائية التي تصنع من مقاطع فولاذي قياسية بعد قطع جذع المقطع بشكل متعرج ثم تزحيف الجزئيين وربطهما بواسطة اللحام لتشكيل عتبة قلعوية ذات فتحات سداسية مما يؤدي لزيادة عمق مقطع العتبة الفولاذية. بصورة عامة ان الفتحات المتكونة في جذع العتبة القلعوية تكون بشكل سداسي مع ذلك يمكن الحصول على فتحة ثمانية الشكل باضافة صفيحة من الفولاذ بين الجزئين (Spacer Plate) لزيادة عمق العتبة. اصبح استخدام العتبات القلعوية في انشاء الابنية منتشر بشكل واسع بسبب العديد من الايجابيات مثل سهولة مد الخدمات و المقاومة العالية والكلفة المنخفضة بالمقارنة بالمقطع الام. هذه الدراسة تركز على تحسين سلوك العتبات القلعوية ذات الفتحات السداسية الشكل و الفتحات ثمانية الشكل والمجهزة صفيحة فولاذية لزيادة العمق. التحمل الاقصى للعتبة الام تزداد مع زيادة عمق العتبة. لكن الزيادة بعمق العتبة القلعوية يؤدي لحدوث فشل الانبعاج في الجذع مع انواع اخرى من الفشل عند تسليط الاحمال الخارجية. اثبتت نتائج التحليل ان استخدام حلقة فولاذية كتقوية حول الفتحة الثمانية تساهم بتقوية جذع العتبة و تقليل هكذى انوع من الفشل.  بالاضافة لذلك ان استخدام الحلقة الفولاذ يقلل من تركز الاجهادات حول حافة الفتحات ويحسن من سلوك هذه العتبات من خلال زيادة التحمل الاقصى وتقليل انفعال التشوه. تم استخدام طريقة العناصر المحددة لتحليل العتبات القلعوية ذات الفتحات السداسية والثمانية الشكل التي تم صناعتها من مقطع فولاذي نوع (IPN140). من خلال دراسة النتائج العددية التي حصلنا عليه بواسطة استخدام برنامج ANSYS 14  , لوحظ ان التحمل الاقصى للعتبات القلعوية يمكن تحسينها باضافة صفائح فولاذية و حلقة فولاذية كتقوية حول الفتحات. اذ لوحظ  ان التحمل الاقصى للعتبات القلعوية ذات الفتحات ثمانية الشكل يمكن ان تزداد لحد (53%) اكثر من التحمل الاقصى للعتبة الام (IPN140) مع اضافة فولاذ( صفائح مع حلقة فولاذية) بنسبة (13%) من الوزن الكلي للعتبة الام.Castellated steel beams are those members which are made from hot rolled steel I-section firstly by cutting the web in zigzag pattern and rejoining the two halves by welding together to form a hexagonal castellated beam such that the depth of section will be increased. Generally, the openings made in the web are with hexagonal shape; however, octagonal shape of web openings is typically obtained by providing spacer plate which is utilized to increase the depth of beam. Nowadays, using castellated beams in building construction becomes very popular because of their useful functions such as ease of service provision, strength and low cost. This study focuses on improving the behavior of hexagonal and octagonal castellated beam with spacer plate. The ultimate strength of the original (parent) I- section beam increases due to the increasing its depth. The increment of castellated beam depth; however, leads to post buckling in its web and to many other modes of failure when these beams are subjected for loading. Hexagonal and octagonal castellated beams which are fabricated using parent I-section (IPN140) are analyzed using finite element model (FEM).The analysis results revealed that using ring stiffeners around edge of holes contributes effectively in strengthening the web. It was found that using ring steel stiffeners can reduce the stress concentration around the edge of holes and improve the behavior of these beams by increasing the ultimate strength and minimizing the deflection. From the numerical (FEM) results obtained by using ANSYS14, it is concluded that ultimate strength of castellated beam can be improved by providing spacer plate and ring stiffeners around the web hole. Also, the results showed that ultimate strength of octagonal castellated steel beam can be increased up to (53%) more than the parent beam (IPN140) with providing only (13.0%) weight of steel (spacer plate plus ring steel stiffeners)

Experimental Study for Improving Behavior of Castellated Steel Beam Using Steel Rings

Castellated beams are made from a hot rolled steel I-section in a few steps. Firstly, the web of the parent I-section is cut in a particular zigzag pattern and the two halves are reconnected by welding to form a castellated beam with hexagonal openings. In other cases, a spacer plate is placed between the two halves to produce octagonal openings, which increase the section depth. Increasing the depth by adding spacer plates leads to web-post buckling. This study focuses on improving the castellated beam to obtain high strength with relatively low cost by placing a steel ring inside the octagonal openings to strengthen the weakest part, which is its web. The results show that the steel ring is effective in strengthening the web-post