مقاله آنالیز تنش های برشی در جان تیر ورق های عمیق با جان موج دار ذوزنقه ای

word قابل ویرایش
15 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
8700 تومان

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

آنالیز تنش های برشی در جان تیر ورق های عمیق با جان موج دار ذوزنقه ای
چکیده :
درطرح و ساخت تیر های با جان عمیق استفاده از جان موج دار به دلیل افزایش سختی خارج صفحه و مقاومت کمانشی آن ،بدون سخت کننده های قائم ، در دهه اخیر مورد توجه قرار گرفته است .در این رابطه تیر های کامپوزیت با جان فلزی موج دار و بالهای بتنی پیش تنیده اخیرا در پلها به طور وسیع به کار میرود. شکل پروفیل های مختلفی که معمولا برای این تیر ها مورد استفاده واقع می گردد ذوزنقه ایی ، زیگ زاگ و سینوسی می باشد .
این مقاله با تعبیه یک مدل سه بعدی اجزاء محدود ، تحلیل تنش های برشی در جان تیر ورقهای فولادی با جان ذوزنقه ای را با ملاحظه مدهای مختلف کمانشی ، مورد مطالعه قرار داده است . علاوه بر این بررسی پارامتریک جهت ارزیابی تاثیر پارامترهای هندسی مختلف در ظرفیت برشی نهایی این تیرها انجام شده است . این پارامترها برای موجهای ذوزنقه ای عبارتنداز (۱) زاویه موج ذوزنقه ای (۲) طول قسمت مسطح موج (۳)عمق موج (۴) ضخامت جان (۵) ارتفاع مقطع . با استفاده از مدل مذکور مطالعات پارامتریک در برش ، برای موج های سینوسی نیز دنبال شده و تاثیر طول موج و دامنه موج را در ظرفیت نهایی برش مورد مطالعه قرار گرفته است . نتایج حاصل از آنالیز غیر خطی ، فرض رفتار ارتوتروپیک را برای مد کمانشی کلی مورد تایید قرار می دهد . در پایان ، مقایسه عملی بین مزایا و معایب موج سینوسی و ذوزنقه ایی انجام شده است .
کلمات کلیدی : اجزاء محدود ، آنالیز غیر خطی ،تیر های با جان موج دار ، موج های ذوزنقه ایی ، روش عددی

١- مقدمه :
جان تیر ورقهای معمولی با جان مسطح ،می توانند تحت اثر بارهای وارده در معرض خطر کمانش قرار گیرند. برای جلوگیری از کمانش جان ،یا باید ضخامت جان را زیاد کرد و یا از سخت کننده های عرضی و طولی استفاده نمود. یک روش اقتصادی برای جلوگیری از کمانش جان ،موج دار کردن آن است . این روش با افزایش سختی خارج صفحه ورق باعث حذف سخت کننده های عرضی می شود و امکان استفاده از جان نازکتر را نیز مهیا می کند. ایده استفاده از تیرهای فولادی با جان موج دار، اولین بار در ساختهای صنعتی با ضخامت جان حدود ٢ تا ۵ میلیمتر مطرح شد. با این کار نسبت ارتفاع به ضخامت جان می تواند تا مقدار ٢۶٠ افزایش یابد. استفاده از تیرهای با جان موج دار در پلها تا نسبت ارتفاع به ضخامت ۴٠٠ هم به کار گرفته شده است .تیر ورقهای فلزی ، متشکل از جان موج دارو بالهای فلزی ، بیشتر در ساختمانها وتیر ورقهای مرکب متشکل از جان موج دار و بالهای بتنی پیش تنیده بیشتر در پلها به کار می رود.
١-١- مزایا ومعایب
درجمع بندی کلی ,ویژه گیهای استفاده ازجانهای موج دار را می توان درموارد زیر خلاصه کرد .
-کاهش ضخامت جان وحذف سخت کننده های عرضی ، منجربه استفاده ازمصالح کمتر می گردد.
-موج دار کردن جان باعث می شود تا کمانش به صورت موضعی در قسمتهای مسطح موج اتفاق افتد و نتیجا افزایش در تنش بحرانی کمانش جان بوجود آید.
-موج دار کردن جان باعث کاهش سختی محوری آن میگردد،که در نتیجه نیروهای محوری ناشی از خمش ،تغییرات دما ،خزش و جمع شدگی درجان تیرکاهش می یابد و حساسیت در مقابل کمانش در جان کاهش می یابدواثرات ناشی ازخطاهای ساخت درافزایش تنش های محوری کم رنگترمی گردد.
– برای تیر ورقهای فلزی با جان موج دار باید مقداری ضخامت بال را افزایش دهیم . زیرا کمانش موضعی در عرضی بیشتر از نصف بال اتفاق می افتد و همچنین جان تیر در مقابل تنش های خمشی مقاومتی از خود نشان نمی دهد.[١]
– تغییر شکل برشی تیر ورقهای با جان موج دار در اثر تنش های برشی ، اندکی بیشتر از تیر های با جان مسطح می باشد . اما این افزایش خیز، در مقایسه با تغییر شکلهای ناشی از خمش قابل صرفنظر است .
– در تیر های کامپوزیت به دلیل پیش تنیده بودن بالها،جان تحت تنش های محوری قرارمی گیرد.اما جانهای موج دار به خاطر عدم سختی محوری وامکان وقوع تغییر شکل در راستای محور جان ،تحت تاثیرتنشهای محوری موجود قرارنمیگیرند.این ویژگی به خاصیت آکاردئونی جان معروف است [۲].
– در خصوص تیر های قوطی شکل که جان آنها از ورقهای فلزی موج دار ساخته شده است ، مقاومت در مقابل تنش های برشی ناشی از اثرات پیچشی بار های خارجی افزایش می یابد . همچنین توزیع تنش در این تیر ها یکنواخت تر است [۳].
– کاهش ضخامت جان و همچنین حذف سخت کننده ها و هزینه های مربوط به جوشکاری آنها باعث کاهش وزن و درنتیجه اقتصادی تر شدن تیر های با جان موج دار می گردد. خصو صا درتیر های بتنی ، به دلیل جایگزینی جان بتنی بایک ورق فولادی سبک کاهش قابل توجهی دروزن تیرحاصل می گردد.
– اصلی ترین نقص تیر ورقهای با جان موج دار افزایش هزینه های مربوط به ساخت ورق های موج دارمی باشد. هر چند بابکارگیری جانهای موج دار،هزینه های مربوط به استفاده ازسخت کننده های عرضی و ضخیمتر بودن جان وجود ندارد.
١-٢- مرور تحقیقات انجام شده
ویژگیهای فوق الذکر باعث شد تا نحوه عملکرد این تیرهامورد توجه محققان زیادی قرار گیرد .
این تحقیقات اولین بار بوسیله تیم تحقیقاتی به نام BTPدرفرانسه آغازگردید. وسپس توسط cheyrezy&combaultدرسال (۱۹۹۰ )، yoda و همکاران ()،lebon()، Johnson cafolla&() ، el-metwally&loov (۱۹۹۸) در خصوص ویژگی های مختلف این تیر ورقها مطالعات گسترده ای را انجام گرفت . اما گزارش نسبتاً جامع از ظرفیت باربری این تیرها در سال ١٩٩٧ وبه وسیله Elgaalyمنتشرشده است . Zhang&Li نیز در سال ۲۰۰۰در مورد تیر های با جان تماما موج دار١به تحقیق پرداختند .
خلاصه نتایج حاصل از این تحقیقات به شرح ذیل است .
در تیرهای با جان موج دار وظیفه تحمل تنش های خمشی به طور کامل با بالهاست و وظیفه تحمل برش با جان تیر است . به عبارت دیگر هیچ اندرکنشی بین برش و خمش در نظر گرفته نمیشود و در نتیجه ظرفیت خمشی این تیر ها برابر با ممان پلاستیک بال است [۴].
با متراکم تر شدن مو کمانش به صورت کلی در جان اتفاق می افتد ولی در موجهای بازتر، کمانش به صورت موضعی در قسمتهای مسطح موج اتفاق میافتد.[۵].
تحت بارهای جانبی وارد شده به بال ، دو مکانیزم لهیدگی برای جان وجود دارد . یا اینکه بال به سمت جان کمانه کرده و بدون در نظر گرفتن جان تا حد جاری شدن بال پیش میرود و یا اینکه جان در محل زیر بار در اثر خمش بال در جهت قائم جاری می گردد. در هر دو مکانیزم ، مقدار بار نهایی به نقطه اثر بار و پارامتر های موج بستگی دارد [۶].
افزایش ارتفاع مقطع باعث افزایش ظرفیت برشی تیرمیگردد.درحالیکه درمقاومت لهیدگی درمقابل بارهای جانبی بی تاثیر است [۶].
به طور کلی تیرورقهای با زاویه موج بیشتر و جان و بال ضخیم تر، مقاومت نهایی بیشتری در لهیدگی و برش از خود نشان می دهند [۷].
کمانش موضعی بال تحت فشاردر عرضی بیشتر ازنصف بال اتفاق می افتد.مشاهدات انجام شده ، زاویه موج را به عنوان اصلیترین پارامتردر تعیین عرض موثر بال معرفی می کند [۸].
بررسی اثر پارامترهای موج سینوسی بر روی مقاومت نهایی تیر های با جان تماما موج دار بیانگر افزایش ۱,۵ تا ۲ برابری در مقاومت کمانشی این تیر ها می باشد [۹].
۱-۳- تنش های برشی در تیر ورقهای با جان موج دار :
به طور کلی نتایج تحقیقات نشان میدهد که سه نوع مد کمانشی متفاوت برای تیر های با جان موج دار در مقابل برش می باشد. مد کمانش کلی ، مد کمانش موضعی و مد کمانش نیمه کلی .
۱-۳-۱-حالت مد کمانش موضعی برای موج های ذوزنقه ایی :
در تمام نمونه های آزمایش شده که کمانش به صورت موضعی رخ مدهد،ملاحظه می شود که این کمانش محدود به قسمتهای مسطح یک موج ذوزنقه ایی است .اگر قسمتهای مسطح یک موج ذوزنقه ایی را به صورت یک صفحه مسطح درنظر گرفته شودکه از بالا و پایین به بالها واز اطراف به قسمتهای مورب موج متصل است . آنگاه تنش برشی بحرانی این صفحات می تواند از رابطه زیر بدست می آید[۱۰].

که در آن b پهنای قسمت مسطح موج و t ضخامت جان است . Ks ضریب کمانشی است که براساس شرایط تکیه گاهی تعیین می گردد.[۱۰]

اگر قسمت مسطح موج را دربالا و پایین دارای شرایط گیرودار و از طرف چپ و راست دارای شرایط تکیه گاهی ساده در نظر گرفته شود،از رابطه (٢) استفاده می شود.این حالت برای تیر های با بال بتنی نیز صادق است [۱۱].اگر صفحه مسطح موج را در هر چهار طرف ساده فرض کنیم ازرابطه (٣) استفاده می کنیم .رابطه (۴) برای حالتی است که چهارطرف صفحه شرایط تکیه گاه ساده فرض شود.این حالت برای تیر های بابال فلزی صادق است .[۱۰]
اگر شرایط چهار طرف گیردار را برای کمانش موضعی قسمت مسطح جان در نظر بگیریم ، نتایج تئوری مقادیر دست بالایی را ارائه می دهند و با فرض قسمت مسطح موج ذوزنقه ایی به صورت دو طرف گیردار و دو طرف ساده ، نتایج بدست آمده نسبت به نتایج آزمایشگاهی مقادیر کمتری از خود نشان می دهد.
مطالعات نشان می دهد مقدار میانگین حالات فوق الذکر بانتایج آزمایشگاهی همخوانی دار[١٢].
۱-۳-۲-حالت مد کمانش کلی برای موج های ذوزنقه ایی :[۱۲]
بررسی های محققین نشان میدهد که اگر عمق موج ذوزنقه ای کم باشد ویا به عبارت دیگر عرض قسمت مسطح پانل کوچک باشد، معمولا کمانش به صورت کلی در طول چند موج ودر راستای قطر اتفاق می افتد و دیگر به صورت موضعی محدود به قسمتهای مسطح موج نیست .در این حالت جان به صورت صفحات ارتوتروپیک عمل می کند. تنش بحرانی کمانش برای صفحات ارتوتروپیک به شکل زیر محاسبه می شود.

در روابط فوق C طول افقی موج وS طول واقعی موج می باشد. Kg ضریب کمانشی است که به شـرایط انتهایی بستگی دارد و مقدار آن برای تکیه گاه ساده برابر با ٣۶ و برای حالت تکیه گاه گیردار برابر ۶٨,۴ میباشد. رابطه فوق با فرض عدم دوران برای بالها صادق است وKg برای تمام تیرها می تواند برابـر بـا ٣۶ در نظر گرفته شود، بجز در حالتی که بالها بتنی باشند که در این حالت مقدار ۶٨,۴ مناسب اسـت .بعـضی محققین این مقدار را برای تیر های کامپوزیت برابر با ۶٠,۴ پیشنهاد می دهند [۱۳]. باید توجـه کـرد کـه چه در حالت کمانش موضعی و چه در حالت کمانش کلی ،اگر از مقدار بیشتر شود ،بایـد از کمانش غیر الاستیک استفاده کنیم .[۱۳]

۲- هندسه مدل ، بارگذاری و شرایط مرزی :
با استفاده از آنالیز غیر خطی به روش المان محدود، به بررسی اثر پارامترهای هندسی مختلف بر بار بحرانی کمانش تیرهای با جان موج دار پرداخته می شود . برای این کار پس از معرفی هندسه مدل المان محدود، نمونه های آزمایش شده توسط پروفسورآلکالی[۵] بوسیله مدل مذکور آنالیز شده و صحت عملکرد آن بر پایه نتایج حاصل از این آزمایشات تأیید می گردد. پس از تایید مدل المان محدود موجهای سینوسی به وسیله این مدل آنالیز شده و اثر طول موج و دامنه موج بر مقاومت نهایی آنها مورد بررسی قرار می گیرد .از یک مدل المان محدود برای مدل سازی نصف تیرهای موردبررسی استفاده شده است .(شکل ۱) بار در انتهای سمت چپ تیر و به صورت متمرکز، بر روی بال بالای تیر اعمال می شود.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
wordقابل ویرایش - قیمت 8700 تومان در 15 صفحه
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد