بخشی از مقاله
چکیده
در ساخت پل های فلزی به وفور از تیرورق های جعبه ای استفاده می شود. جهت دسترسی به فضای داخلی تیر ورق و انجام بازبینی های دوره ای و تعمیر و نگهداری، بازشوهایی در طول عضو تعبیه می گردد که اثرات منفی در ظرفیت کمانشی و فرا کمانشی تیر خواهد داشت. در این مقاله تاثیر بازشوی دایروی جان بر ظرفیت کمانشی و فرا کمانشی تیرورق های جعبه ای مورد بررسی قرار گرفته است.
در این راستا، تحلیل استاتیکی غیر خطی بر پایه الگوریتم Riksبر روی مدل های ایجاد شده در محیط نرم افزار ABAQUS انجام شده است. به منظور انجام یک مطالعه جامع، پارامترهای لاغری و نسبت ارتفاع تیر به قطر سوراخ به عنوان متغیر در نظر گرفته شد.نتایج حاصل از تحلیل اجزای محدود نشان می دهد کهتاثیر بازشو بر ظرفیت کمانشیتیر نسبتا کم است ولی ظرفیت نهاییرا دچار کاهش چشمگیری می نمایند. به طوری که مدل های با نسبت ارتفاع مقطع به قطر بازشوی معادل با 1/5 در حدود 20 درصد کاهش ظرفیت دارند.
همچنین نسبت ظرفیت کمانشی به ظرفیت نهایی تیرهای دارای بازشو در حدود 7 درصدکمتر از تیرهای بدون بازشو می باشد که این مساله مبین کاهش ظرفیت فراکمانشی نمونه های دارای بازشو است. علی رغم مساله یاد شده ظرفیت فراکمانشی تیرهای دارای بازشو همچنان بسیار زیاد و در حدود 3/5 برابر ظرفیت کمانش آنهاست که توانایی تحمل بار پس از کمانش در این تیرورقها را نشان می دهد.
مقدمه
تیرها از عناصر اصلی تحمل نیرو در پل های فلزی به شمار می آیند. به علت اعمال نیروهای نسبتا بزرگ و دهانه های طولانی در سازه پل، لازم است از مقاطع با ابعاد بزرگ برای تیرها استفاده شود. در نتیجه عموما نمی توان از پروفیل های نورد شده بهره جست و باید مقاطع به صورت تیرورق ساخته شوند. در طراحی و اجرای سازه پل، انتخاب مقطع مناسب برای تیر ها امری ضروری است. امروزه استفاده از دو شکل هندسی جعبه ای و I شکل کاربرد گسترده تری نسبت به سایر مقاطع پیدا کرده است. به علت برتری هایی که تیر های جعبه ای نسبت به تیر های I شکل دارند، از دهه 60 میلادی تاکنون استفاده از این نوع شکل سازه ای رواج بیشتری پیدا کرده است که به صورت تک،دو جعبه مجزا و یا چند جعبه ای ساخته می شود. اولین تحقیقات در زمینه رفتار تیر ورق های جعبه ای در انگلستان و کشور های اروپایی شکل گرفت
غالب تحقیقات در خصوص جلوگیری از کمانش در بخش های مختلف مقطع و تحلیل شکل مقطع جعبه ای با لحاظ کردن پدیده های تابیدگی و اعوجاج در حیطه ی رفتار خطی مصالح می باشد. پس از آنبارهاشرایط تحلیل و طراحی مقاطع جعبه ای مورد بازبینی قرار گرفته است.
پار در خصوص مقاومت نهایی تیر ورق های جعبه ای با ورق های ضخیم تحت اثر خمش تحقیق نمود.[9] کارادو کار آزمایشگاهی در خصوص گسیختگی دو مدل تیر ورق جعبه ای تحت اثر خمش و پیچش انجام داد و روشی را برای تخمین مقاومت نهایی تیر ورق های جعبه ای ارائه نمود
روش تحلیلی و ریاضیاتی برای ارزیابی تنش ها در بخش هایی از سازه زمانی که تنش بعضی از قسمت های تیر ورق جعبه ای از حد الاستیک گذشته باشد وجود ندارد. ایلماز با استفاده از روش اجزاء محدود مقاومت نهایی تیر ورق های فولادی را مورد بررسی قرار داد و توزیع تنش و تغییر مکان تیر ورق های جعبه ای در محدوده رفتار الاستیک و غیر الاستیک را بررسی کرد.
درهیچ یک از تحقیقات مذکور اثرات بازشو های جان بر روی عملکرد تیر های جعبه ای مورد بررسی قرار نگرفته است. به منظور ایجاد دسترسی به درون تیر جعبه ای برای باز بینی های دوره ای و عبور تاسیسات لازم است در تیر بازشو هایی تعبیه نمود. این بازشوها به طور قابل توجهی تغییر مکان تیر جعبه ای را افزایش می دهند. که این تغییر شکل غالبا ناشی از کاهش سختی برشی جان است.هوگلند بر روی 12 تیر با لاغری ورق جان بین 200 تا 300 آزمایش هایی انجام داد. این آزمایش ها اهمیت نسبی گسیختگی برشی در تیر ورق هایی با جان سوراخدار را نشان دادند.
نارایانا نیز تحقیقاتی در زمینه ی سوراخ های دایروی در وسط پنل جان تحت اثر نیروی برشی انجام داد. ایوانز و شانمقام تحقیقات آزمایشگاهی برروی اثر بازشوی مربعی بر بار نهایی تیرورق های جعبه ای انجام داده اند. آن ها نشان دادند که روابط موجود زمانی که گسیختگی تیرورق برشی باشد بسیار دقیق هستند اما زمانی که تیرورق به صورت خمشی گسیخته می شود روش های تحلیلی تخمین دقیقی از بار نهایی ارائه نمی دهد.
به طور کلی در زمینه ی اثرات بازشو بر رفتار تیرورق های جعبه ای مطالعات بسیار کمی صورت گرفته است. در این مقاله با استفاده از نرم افزار ABAQUS مقاومت نهایی تیرورق ها ی جعبه ای که دارای بازشوی دایروی جان می باشند محاسبه شده است. بدین منظور آنالیز استاتیکی غیر خطی بر روی نمونه ها انجام شده است. در تحلیل رفتار غیر خطی هندسی و مصالح لحاظ شده است و به منظور تعیین مسیر تعادل در نمونه الگوریتم Riksبکار گرفته شده است. در ادامه با تحلیل تیرورق های دارای بازشو، اثر این بازشوها بر مقاومت نهایی مورد بررسی قرار می گیرد .
معرفی تیرورق های با بازشوی دایروی در جان
در مدل های ساخته شده ماده مورد استفاده، فولاد با تنش تسلیم ضریب کشسانی E = 2.1×106 kg/cm2 و ضریب پواسون 0.3 می باشد. رفتار فولاد به صورت الاستیک - پرفکت پلاستیک در نظر گرفته و در تعیین گسیختگی ماده معیار فون مایزز به کار گرفته می شود. با استفاده از نرم افزار ABAQUS مقاومت برشی تیرورق های با و بدون بازشو بدست میآید.
برای انجام تحلیل غیر خطی از روش Riks و از المان S4R که یک المان چهار گرهی می باشد که توانایی تحلیل با دقت بالا را دارد استفاده می گردد. ضخامت بال در کلیه مقاطع 14 میلی متر، ارتفاع مقطع150 سانتی متر و عرض بال 50 سانتی متر است. و شرایط تکیه گاهی تیر به صورت دو سر ساده و یک نیروی گسترده سطحی برروی بال بالا به عنوان بارگذاری درنظر گرفته شده است.در این مقالهتاثیر عواملی نظیر لاغری جان h و قطر بازشو بر مقاومت این گونه تیرها مورد بررسی قرار می گیرد. مشخصات تیرورق های تحلیل شده در جدول - 1 - ارائه شده است و شکل - 1 - نمای کلی تیرورق های مورد بررسی را نشان می دهد.
جدول:1 مشخصات تیرورق ها
نتایج
قبل از انجام تحلیل های نهایی برروی مدل های مذکور ابتدا به منظور تعیین شبکه بندی بهینه آنالیز حساسیت مش برروی یکی از نمونه ها انجام شده است. جزئیات آنالیز انجام شده در مرجع [16] ارائه شده است. در این مقاله از ابعاد بهینه جهت مش بندی استفاده شده است. جهت انجام صحت سنجی مدل سازی های صورت گرفته نیز یکی از نمونه های آزمایشگاهی مورد بررسی در مرجع[17]که دارای حل تحلیلی نیز می باشد مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج صحت سنجی آنالیزها نیز در مرجع [16] ارائه شده است.
با توجه به صحت مدلسازی و تحلیل ها، به بررسی نتایج آنالیزهای تیرورق ها پرداخته می شود.شکل - - 2تصویر یکی از تیرورق های تغییر شکل یافته را در محیط نرم افزار ABAQUS در نشان داده شده است.
