بخشی از مقاله
خلاصه مقاله:
تیرورقها یکی از رایجترین انواع سازههای فلزی است که به لحاظ رفتار پیچیده و روشهای طراحی آنها، مستلزم تحقیق و مطالعه عمیق و گسترده در ابعاد مختلف می باشد. از جمله این موارد مهم، بررسی و مطالعه تاثیرترکهای پیدا شده در نواحی مختلف تیرورق، در رفتارخمشی و پایداری آنها می باشد. در سالهای اخیر، مطالعات زیادی در مورد دلایل پیدایش ترک و همچنین نحوه گسترش آنها و ارزیابی عمر خستگی سازه های مهندسی همچون تیرورق های پل ها انجام گرفته است .
لیکن تحقیقات موجود در مورد تاثیر ترک در رفتار یک سازه ، محدود به مطالعاتی درباره کاهش ظرفیت نهایی ورقهای فلزی ترک خورده بصورت یک پانل مجزا می باشد. لذا در تحقیق حاضر، با در نظر گرفتن تیرورق فلزی بصورت یک سازه یکپارچه ، با استفاده از روش المان محدود و نرم افزار شناخته شده Lusas ترکهای قایمی در جوش کاری سخت کننده های قایم و در روی پانل جان ایجاد و ظرفیت باربری این مدل ها با ظرفیت باربری مدلهای بدون ترک مقایسه شده است .
درشبیه سازی ابن مدل سه بعدی ازالمان Thin shell استفاده شده است که قابلیت اعمال تحلیل غیرخطی هندسی و غیرخطی مصالح را دارا می باشد. لازم به ذکر است که در مدل سازی از مدل کردن نوار جوش به علت تاثیر کم در نتایج صرفنظر گردیده است. نتایج این بررسی نشان داد که ترکهایی به طول 0/1 ارتفاع تیرورق در موقعیت های متفاوت سخت کنندهها، تاثیر قابل توجهی درکاهش ظرفیت باربری مدل ها نداشته ولی ترکهای به طول 0/3 ارتفاع تیرورق، در حدود %20 افت نسبت به تیر ورقهای بدون ترک ایجاد میکنند. همچنین نتایج حاصل از روش المان محدود با نتایج روش های طراحی آیین نامه AISC-LRFD مقایسه گردیدند.
.1 مقدمه:
امروزه بر اساس طراحی های بهینه در زمینه سازه های فولادی، ورق های فلزی لاغر، بطور گسترده در تیر ورق ها استفاده می شوند . روشهای طراحی قبلی تنها به ظرفیت کمانش بحرانی ورق ها محدود شده بودند ، ولی با تحقیقاتی که روی رفتار تیر ورق ها بصورت تئوریکی و آزمایشگاهی انجام گرفت ، اطمینان حاصل شد که یک تیرورق پس از کمانش جان در برش ، همانند یک خرپا عمل می کند که اعضای فشاری آن سخت کننده های عرضی و قطرهای کششی آن جان کمانش یافته می باشد .
مقاومت جان کمانش یافته ناشی از عمل غشایی آن است که به نام عمل میدان کششی معروف است . بنابراین ، در طراحی های بعدی استفاده از ظرفیت فراکمانشی تیر ورق ها مجاز شناخته شد و باعث اعمال روابط بدست آمده در آیین نامه های معتبر طراحی گردید . بهره گیری از ظرفیت فراکمانشی باعث ایجاد تغییرشکل های خارج از صفحه پانل جان در حد مقادیر زیاد می شود که در نتیجه آن تنش های خمشی ثانویه در لبه های پانل ، یعنی محل اتصال به بالها و سخت کننده ها افزایش می یابد.
این تنشها با تنشهای غشایی موجود در لبه ها که در اثر عمل میدان کششی ایجاد گردیده اند، جمع شده و در نتیجه تنش های بزرگتری تولید می گردد. محل این تنش ماکزیمم همان محل شروع ترک خوردگی می باشد. لازم به ذکر است که مقدار تنش های خمشی ثانویه، به مقدار و شکل ناکاملی هندسی اولیه ورق پانل که در اثر لاغری زیاد و فرایند جوشکاری ایجاد می گردد، بستگی زیادی دارد.
از طرف دیگر اکثر تیر ورق های موجود تحت اثر بارهای متناوب قرار دارند و امکان کمانش ورق جان در سیکل های بارگذاری در دو جهت مخالف هم ، وجود دارد. این تغییر شکلهای جانبی پانل باعث ایجاد خستگی در لبه های اتصال پانل شده و در نهایت عامل ایجاد ترک در محل اتصالات می گردد. به پدیده تغییرجهت کمانش جانبی ورق پانل در طول مدت سیکل های بارگذاری تیرورق، Web breathing - تنفس جان - میگویند که تحقیقات زیادی روی این پدیده به صورت تئوریکی و آزمایشگاهی انجام گرفته و گزارش شده است .
نتایج این تحقیقات حاکی از آن است که محل و نوع ترک به عوامل مختلفی از قبیل ناکاملی های اولیه پانل جان ، مقدار a - نسبت فاصله سخت کننده ها به ارتفاع - و h - ضریب لاغری - و شرایط بارگذاری تیر ورق ها دارد .[2] چون در مطالعه حاضر فقط در مورد ترکهای قایم مجاور سخت کنندههای قایم بحث می شود، لذا از بررسی انواع دیگر ترکها صرف نظر میگردد. در این شرایط ترکها از پنجه جوش گوشه شروع و در روی ورق جان گسترش می یابند و تا قبل رسیدن به یک طول کافی قابل رویت نمی باشند.
عامل دیگری که در ایجاد ترک در تیر ورقها موثر می باشد، پدیده Distortion-Induced - اثر اعوجاجی - میباشد. این پدیده در مورد تیرورق های پل ها که توسط دیافراگمی به همدیگر متصل شده اند، بیشتر به چشم می خورد. در گذشته سخت کننده های قایم به بال کششی متصل نمی شدند و دلیل این بود که این اتصال باعث تولید خستگی شدید در تیرورق می شود. لذا در تیرورقهای پلها، ترکهای خستگی ناشی از تغییرشکل های جانبی ورق جان، در محل ابتدای سخت کننده قایم - نزدیک بال کششی و درمحل درز بین بال و انتهای سخت کننده - روی ورق جان ایجاد می شوند.
به غیر از پدیده خستگی، تغییرمکانهای متفاوت بین تیرورقهای مجاور هم، تحت اثر بارهای زنده، باعث حرکت و نوسان دیافراگم شده و در نتیجه باعث ایجاد تغییرشکل های زیاد در محل انعطاف پذیر جان - درز بین بال و انتهای سخت کنند - می گردد .[3] این مسئله در حالتی که دیافراگم فقط از یک طرف باشد، مثل تیرورق های کناری پل ها، از اهمیت خاصی برخوردار است.
ترکهای خستگی یکی از عوامل مهم در تخریب سازه های قدیمی می باشد که باعث صرف هزینه های زیادی برای تعمیر و نگهداری سازه های قدیمی در حال بهرهبرداری می شود. تعیین ظرفیت باربری سازه های آسیب دیده که تحت بارگذاری های یکنواخت شدید قرار دارند، به خاطر کاهش مقاومت آنها در اثر ترک خوردگی در شرایط معین، از اهمیت زیادی برخوردار است. بنابراین برای بررسی و مقایسه حالت موجود با حالت بی عیب سازه - طبق استانداردهای طراحی حاکم - ، انجام این گونه مطالعات ضروری به نظر می رسد .
بنابراین در تحقیق حاضر سعی می شود که با ایجاد ترکهای قایم در محل اتصال سخت کننده به جان تیرورق ، تاثیر آنها در رفتار کمانشی و فراکمانشی تیرورق بررسی و با رفتار یک تیرورق ایده آل مقایسه گردد. تا اینکه با در نظر گرفتن نیروهای وارده و شرایط موجود نسبت به تعمیر و یا جایگزینی تیرورق های آسیب دیده اقدام گردد .
.2 اعتبارسنجی و تحلیل تیر ورق به روش المان محدود
برای بررسی درستی روش تحلیل کامپیوتری توسط نرم افزار المان محدود Lusas، ازمرجع [4]، استفاده گردیده است. دراین مرجع تیر ورقی طبق آیین نامه های استاندارد موجود ، طراحی و تحت آزمایش قرار گرفته است. سپس این نتایج که به صورت منحنی های نیرو - تغییر مکان قایم می باشند ، با نتایج حاصل از تحلیل تئوریکی که با استفاده از نرم افزار المان محدود ABAQS انجام گرفته است، مقایسه گردیده اند.
