STUDY OF T-STUB COMPONENTS OF A BEAM TO COLUMN JOINT: A FULL FACTORIAL EXPERIMENT

Authors

  • V. Riumin Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова
  • Yu. Solodovnyk Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова

DOI:

https://doi.org/10.33042/2522-1809-2025-1-189-225-232

Keywords:

bearing capacity, rotational stiffness, numerical model, T-stub component

Abstract

The article discusses the application of the component method to assess the bearing capacity of a T-stub component of steel structures in tension. The method allows analysing the behaviour of the joint based on the mechanical characteristics of the material and geometrical parameters. The proposed approach is based on the consideration of a joint as a set of individual main components that interact with each other to form a complex structural system.
The study was carried out by modelling and analysing various parameters of the component using the finite element method in software packages, which allowed to determine the critical factors that affect its bearing capacity. A full factorial experiment was carried out, within which a research planning matrix was built and regression equations were determined to assess the influence of the main parameters. The analysis of the data obtained allowed us to identify the most significant factors affecting the behaviour of the component, in particular, the thickness of the shelf, the distance between the bolts and the diameter of the bolts. The significant influence of pairwise and triple interactions between the factors on the bearing capacity of the connection was also revealed.
The results of the study showed that the model has high adequacy, since the calculated value of the F-criterion is less than the tabulated value, which confirms the reliability of the results. The relative strength of the influence of the factors was analysed using diagrams, which made it possible to determine the most optimal parameters for improving the bearing capacity of the structure.
The application of the component method makes it possible to significantly increase the accuracy of calculations, minimise the cost of physical experiments, and improve the design process of steel structures. The results obtained can be used to develop recommendations for optimising design solutions in the design of joints. Thus, this study contributes to improving the efficiency of bearing capacity calculations and expanding the possibilities for the practical application of mathematical modelling methods in structural engineering.

References

Olga Prishchenko. Construction of statistical models of chemical and technological objects on the basis of a complete factor experiment. Текст / Olga Prishchenko, Tetyana Chernogor // Bulletin of the National Technical University KhPI Series Innovation researches in students’ scientific work – 2023р.

Hartmut Schiefer. Statistical Design of Experiments (DoE). Текст / Hartmut Schiefer, Felix Schiefer // Statistics for Engineers. An Introduction with Examples from Practice. – 2021р. – С. 1-20. – Режим доступу: https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-658-32397-4.

John Joshua F. Montanez. Detection of Soil Nitrogen Levels via Grayscale Conversion: A Full-Factorial Design of Experiment Approach. Текст / John Joshua F. Montanez // International Journal of Computing and Digital Systems. – 2025р. – Vol. 17, №.1, – С. 1-10. Режим доступу: http://dx.doi.org/10.12785/ijcds/1570999111.

Zoetemeijer P. A design method for the tension side of statically loaded bolted beam-to-column connections Текст // Heron, Delft University - 1974, Vol. 20, №1.

Boracchini А. Design and analysis of connections in steel structures Текст / Alfredo Boracchini - Ernst&Sohn, 2018.

Kozlovski, A. Estimation of the initial stiffness and moment resistance on steel and composite joints Текст / A. Kozlovski, R. Kowalczyk, M. Gizejowski - CTUBH 8-th World congress, 2008. – p 1-7.

Солодовник Ю.Ю. Розрахунок несучої здатності вузлів сталевих конструкцій на основі компонентного методу. Текст / Солодовник Ю.Ю., Рюмін В.В., Нікічанов В.В. // Науково-технічний збірник "Комунальне господарство міст" – 2021р. - Т.1 випуск №161, Харків, - С. 19-24. - Режим доступу: http://dx.doi.org/10.33042/2522-1809-2021-1-161-19-24.

Солодовник Ю.Ю. Аналітична модель т-подібного компоненту розтягнутої зони фланцевого вузлового з′єднання балки з колоною. Текст // Науково-технічний збірник "Комунальне господарство міст" – 2023р. - Т.1 випуск №175, Харків, - С. 58-63. - Режим доступу: https://doi.org/10.33042/2522-1809-2023-1-175-58-6.

Cabaleiro, M. Analytical T-stub model for the analysis of clamps in structural metal joints. Текст / Cabaleiro M., Riveiro B., Conde B., Caamaño J.C. // J. Constr. Steel Res. - 2017, №130, р. 138–147.

Солодовник Ю.Ю. Аналіз поведінки т-подібного компоненту фланцевого вузлового з′єднання балки з колоною на підставі чисельної моделі та норм EN – 1993-1-8. Текст / Солодовник Ю.Ю., Рюмін В.В. // Науково-технічний збірник "Комунальне господарство міст" – 2023р. - Т.4 випуск №178, Харків, - С. 92-101. - Режим доступу: https://doi.org/10.33042/2522-1809-2023-4-178-92-101.

Лапач С.М. Теорія планування експериментів. Текст // Навчальний посібник – 2020р. – КПІ ім. Ігоря Сікорського, Київ, – 86с.

Білущак Г.І. Аналітичні та чисельні методи дослідження. Статистичні методи аналізу даних. Текст /Білущак Г.І., Чабанюк Я.М. // Навчальний посібник для здобувачів вищої освіти – 2024р. – Львів, – 315с.

Bursi O. S. Benchmarks for Finite Element Modelling of Bolted Steel Connections Текст / Bursi O. S., Jaspart J. P. // J. Construct. Steel Res - 1997a, № 43(3), p. 17–42.

Bursi O. S. Calibration of a Finite Element Model for Isolated Bolted End-Plate Steel Connections Текст/ Bursi O. S., Jaspart J. P. // J. Construct. Steel Res. – 1997, Vol. 44, №. 3, p. 225-262.

Xiaolin Chen. Finite element modeling and simulation with ANSYS workbench Текст / Xiaolin Chen, Yijun Liu // CRC Press Taylor &Francis group – 2019, p.473.

Published

2025-04-02

How to Cite

Riumin, V., & Solodovnyk, Y. (2025). STUDY OF T-STUB COMPONENTS OF A BEAM TO COLUMN JOINT: A FULL FACTORIAL EXPERIMENT. Municipal Economy of Cities, 1(189), 225–232. https://doi.org/10.33042/2522-1809-2025-1-189-225-232

Issue

Section

статьи