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On the mechanical behavior of steel rack connections and its influence on the seismic response of industrial storage systems

Gusella, Federico ORCID

Steel storage pallet racks are commonly used worldwide to store goods on pallets and represent complex and challenging structures to design. In down-aisle (longitudinal) direction racks behave like moment resisting frames (MRFs) whose stability and seismic resistance depend on the performance of beam-to-column connections. This Thesis is motivated by the need to increase the knowledge about the mechanical behavior of rack joints, investigating how it is affected by structural details and design parameters, and its effect on the global seismic response of rack systems. The proposed goal is achieved through: experimental tests, carried out on full-scale boltless rack joints to identify their non-linear moment-rotation curve under monotonic and cyclic loading; the development of a theoretical model based on the Component Method (CM) to simulate experimental curves of joints; probabilistic analyses to highlight the influence of uncertainties in material strength and geometrical features on the mechanical performance of joints; and finally the development of a finite element (FE) numerical model, capable to describe the pinching in hysteresis loops of connections and its effect on the seismic response of industrial storage systems.

Palettenregale aus Stahl werden weltweit eingesetzt, um Waren auf Paletten zu lagern und stellen komplexe und anspruchsvolle Konstruktionen dar. In Längsrichtung (entlang des Gangs) verhalten sich die Regale wie biegesteife Rahmen (Moment Resisting Frame, MRF), deren Stabilität und seismischer Widerstand vom Tragverhalten der Träger-Stützen-Verbindungen abhängen. Ziele dieser Arbeit sind, das Wissen über das mechanische Verhalten von Regalverbindungen zu erweitern, die Einflüsse von strukturellen Details und Konstruktionsparametern zu studieren, und deren Auswirkung auf die globale seismische Reaktion vom Regalsystem zu untersuchen. Die Ziele werden erreicht durch: Versuche an schraubenlosen Regalverbindungen, um deren nichtlineare Momenten-Rotations-Kurven unter monotoner und zyklischer Belastung zu ermitteln; Entwicklung eines theoretischen Modells auf Grundlage der Komponentenmethode (CM), mit dem die experimentellen Kurven wiedergegeben werden können; probabilistische Analysen, mit denen die Einflüsse aus Unsicherheiten in der Materialfestigkeit und der geometrischen Bedingungen auf das mechanische Verhalten der Verbindungen dagestellt werden; und schließlich die Entwicklung eines numerischen Modells mit Finite Elementen (FE), das in der Lage sein soll, den Kniff in den Hystereseschleifen der Verbindungen und deren Einfluss auf das seismische Verhalten von industriellen Lagersystemen zu beschreiben.

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