بخشی از مقاله
چکیده
امروزه، سازههای فضاکار در علم مهندسی سازه جایگاه ویژهای پیدا کرده است، بطوریکه در همه کشورها انواع مختلف آن با سیستمهای متنوع مورد استفاده قرار میگیرند. سیستم اتصال نیامی - Socket Joint - ، نوع خاصی از سیستمهای سازههای فضاکار است. مصالحی که اغلب برای آن استفاده میشود، فولاد نرمه و یا فولاد با مقاومت بالا است و در مواردی که تغییرشکل سازه از حساسیت ویژهای برخوردار باشد، از فولاد با مقاومت بالا استفاده میشود. از آنجائی که استفاده از فولاد با مقاومت بالا پرهزینه است، لذا استفاده از چدن آستمپر شده با توجه به مقاومت کششی زیاد، شکلپذیری مناسب و ارزان بودن آن پیشنهاد میگردد.
برای بررسی اثر این مصالح در عملکرد اتصال مذکور، رفتار آن تحت بارگذاری استاتیکی به صورت تکمحوره و دومحوره مورد بررسی قرار داده شده است. بدین منظور یک شبیهسازی عددی با استفاده از روش عناصرمحدود برای اتصال نیامی انجام شده است و نتایج تحلیل برای فولاد نرمه با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است که نتیجه حاصله صحت مدل و قابلیت اعتماد به نتایج آن را نشان می دهد. با معرفی چدن آستمپر شده - ADI - به عنوان مصالح اتصال نیامی، تحلیلهای لازم انجام یافته و نتایج نشان میدهد که این ماده میتواند از کارائی خوبی برای این نوع اتصالات برخوردار باشد.
کلیدواﮊهها : اتصال نیامی، سازههای فضاکار، روش عناصرمحدود، شبکه دولایه، آزمایش، چدن آستمپر شده - ADI -
١ – مقدمه
در صنعت ساختمان، امروزه سازه های فضاکار از اهمیت ویژهای برخوردار هستند. این نوع سازهها ، با توجه به کارائی بالا و دامنه عملکردشان، مورد توجه مهندسان بخصوص مهندسان معمار قرار گرفتهاند. از جمله کاربردهای مهم این سازهها میتوان به ساخت استادیوم های ورزشی، آشیانه های هواپیما ، سالن هایکارخانجات، مراکز تفریحی_فرهنگی و نمایشگاهها اشاره نمود. این سازهها دارای سیستم های اتصال متنوعی هستند که توسط شرکت های مختلف ارائه شدهاند. از جمله این سیستم های اتصال، سیستم اتصال نیامی است.
شکل هندسی پیونده این سیستم به صورت یک نیمکره توخالی است که اعضا سازهای به آن پیچ میشوند. عمدهترین کاربرد این سیستم در شبکههای دولایه میباشد. مصالح بکار رفته در این اتصال از جنس فولاد نرمه - ST - و یا فولاد با مقاومت بالا - ST - میباشد.استفاده از فولاد نرمه در این اتصال باعث تغییرشکل ناخواستهای در سازه میگردد و معمولا به جای آن از فولاد اعلا استفاده میشود و از آنجائیکه فولاد اعلا از نظر اقتصادی هزینه سازه را بالا میبرد، در این مقاله پیشنهاد میگردد که به جای استفاده از مصالح گرانبها، از چدن آستمپر شده که شکلپذیری آن در حد فولادها بوده و از مقاومت بالائی برخوردار میباشد، استفاده گردد.
٢ – معرفی سیستم اتصال نیامی
چنانکه میدانیم سازههای فضاکار، به دو دسته عمده سازههای فضاکار پیوسته ومشبک تقسیمبندی میشوند. سازههای فضاکار مشبک موسوم به شبکهها، از پرکاربردترین سازههای فضاکار میباشند که از تعداد زیادی المان میلهای تشکیل یافتهاند. این المانها به صور مختلف بهم اتصال یافته و انواع سیستمهای سازههای فضاکار را بوجود میآورند. با استفاده از این سیستمها، میتوان شبکههای مسطح، چلیکها و گنبدها را بوجود آورد. سیستمهای رایجی که امروزه بکار میروند، به سه دسته عمده تقسیم میشوند :
سیستم پیونده، سیستم واحدی و سیستم ترکیبی.
سیستم پیونده، به سیستمی اطلاق میشود که یک پیونده به شکلهای هندسی متفاوت - گویسان، نیامی ، صفحهای، شکافی و پوستهای - به صورت حد واسطی بین اعضا سازهای قرار گرفته و آنها را در جای خودشان ثابت نگه میدارد. سیستم واحدی، سیستمی است که از واحدهائی تشکیل یافته و آن واحدها در محل پروﮊه بهم متصل میگردند. سیستم ترکیبی، به سیستمی اطلاق میشود که به هیچ یک از دو صورت ذکر شده نبوده، بلکه ترکیبی از آن دو میباشند.
سیستم پیونده نیامی بیشتر در شبکههای مسطح دو لایه کاربرد دارد. این سیستم شامل یک پیونده نیامی، اعضای لولهای، پیچ و واشر میباشد. شکل - ١ - ، مقطعی از این سیستم را نشان میدهد.[1]
مزیتی که این سیستم نسبت به سایر سیستمهای مشابه دارد، این است که خود پیونده رزوه نمیگردد و پیچها از میان آن عبور کرده و به مخروط انتهائی اعضای لولهای متصل میگردند. روش تولید این پیونده به روش فورج از فولاد نرمه یا فولاد با مقاومت بالا بوده و سوراخکاری آن به صورت نیمه اتوماتیک صورت میگیرد.
٣ – معرفی چدن آستمپر شده - ADI -
چدنها خانوادهای از آلیاﮊهای آهنی با خواص کاملا متنوعی هستند که اکثرا به روش ریختهگری شکل داده میشوند. بر خلاف فولادها که حاوی کمتر از ٢ % کربن هستند، چدنها معمولا دارای ٢% تا ٤% کربن و ١ % تا ٣ % سیلیسیم میباشند. چدنها با توجه به قابلیتهایی که برای تغییر عمده در خواص آنها وجود دارد، از جمله مصالح مهم صنعتی بشمار میآیند. چنانکه با تغییر کوچکی در ساختار میکروسکپی آنها میتوان تغییرات عمدهای در خواص آن بوجود آورد. از جمله راهکاری که برای این نوع تغییرات وجود دارد، عملیات حرارتی است. عملیات حرارتی به روشهای گوناگونی با توجه به خواص مورد انتظار از چدن حاصله صورت میگیرد که یکی از آنها، عملیات حرارتی آستمپرینگ است.
در فرآیند آستمپرینگ، قطعه چدنی را تا دمای معینی حرارت داده و پس از نگهداری در آن دمای ثابت برای مدت زمان مشخص، قطعه را به سرعت خنک میکنند. این دما و مدت زمان مربوط به آن برای چدن با درصد ترکیبات مختلف، متفاوت خواهد بود. چدنی که بعد از این عملیات بدست میآید، موسوم به چدن آستمپر شده - ADI - میباشد. این چدنها دارای مقاومت بسیار بالا و شکلپذیری مناسبی میباشند.شکل - ٢ - ، نمودار تنش-کرنش چند نوع از این چدنها را که تحت عملیات مختلف آستمپرینگ قرار گرفتهاند، نشان میدهد.مدول الاستیسیته این چدنها حدود kg/mm2 ١٨٠٠٠ میباشد که حدود ١٠ % کمتر از فولاد است. شاخص بسیار مهم این چدنها، ارزان بودن آنها است که میتوانند جایگزین مناسبی برای فولادهای با مقاومت بالا
