بخشی از مقاله
چکیده
کمانش یکطرفه یک مسألهی تماس است که در آن کمانش در یک جهت محدود میشود. این کمانش در ورقها هنگامی اتفاق میافتد که یک ورق فولادی نازک در تماس با یک محیط بتنی قرار گیرد. فولاد در این سیستم ممکن است به صورت محلی دور از هستهی بتنی کمانش کند.
در این مقاله با استفاده از نرمافزار آباکوس کمانش محلی ورقهایی که از یک طرف مقید شدهاند تحت اثر بارهای برشی بررسی شده است و ضرایب الاستیک کمانش محلی برای یک تعداد مدل با شرایط تکیهگاهی و نسبت ابعاد مختلف به دست آمده است و با استفاده از این ضرایب نسبت عرض به ضخامت ورق تشخیص داده شده است و در نهایت بررسی شده است که نتایج به دست آمده از نرمافزار با نتایج به دست آمده توسط محققان دیگر با درصد کمی خطا مطابقت دارند.
-1 مقدمه
سیستم یکطرفه، سیستمهایی هستند که جابجایی یا کمانش در یک جهت محدود میشوند. تحقیق در این زمینه به روشهای عددی نیاز دارد و از 30 سال پیش شروع شده است. مطالعات در زمینه کمانش یکطرفه زیاد هستند که شامل کمانش ریل راهآهن تحت تأثیر حرارت [1]، خرابی در اثر بالا آمدگی جادهها [2]، کمانش خطوط لولهی مدفون و دیگر مسائل مربوط به کمانش سنگهای قشری، ورقهای شناور یخی، کمانش در اثر بالا آمدگی ورقهای سنگین روی پی بدون کشش نیز در چند سال اخیر بررسی شده است
یک دستهی خاص از مسألهی کمانش یکطرفه، کمانش محلی ورقهای نازک در سازههای مرکب فولادی-بتنی است که در سالهای اخیر این موضوع مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفته است. تحقیقاتی انجام شده در این زمینه توسط رایت[4] 1، یووای2 و برادفورد[5] 3 و بریدج4 و همکارانش [6] روی کمانش محلی لولههای فولادی با بتن پرکننده، برادفورد و همکارانش [7] روی کمانش محلی دیوارهای مرکب و اولز5 و همکارانش [8] و یووای و برادفورد [9] روی تیرهای مرکب در معرض فشار و خمش مطالعاتی انجام دادند.
رایت [10] تحلیل و آنالیز کمانش یکطرفه ورقهای نازک طویل مقید را با استفاده از روش مشابه به روش تیموشنکو انجام داد .[11] یک کاربرد مهم کمانش ورقها در تیرهای مرکب، کمانش محلی ورقهای فولادی نازک است که برای سخت و مقاوم کردن تیرهای بتنی مسلح موجود به کار میرود. ورق فولادی در این روش برای بهبود رفتار لرزهای ساختمانهای بتنی موجود مورد استفاده قرار میگیرد.
-2 مدلسازی عددی
برای این منظور ورق فولادی با ابعاد مختلف با استفاده از المان Shell مدلسازی شده است و برای مدلسازی بتن از المان Solid استفاده شده است.
ضخامت ورق فولادی 2 سانتیمتر و ضخامت بتن صلب 20 سانتیمتر در نظر گرفته شده است و مدول الاستیسیته فولاد نرمهی ساختمانی و بتن با مقاومت فشاری 25 مگاپاسکال به ترتیب210 گیگاپاسکال و 26457 مگاپاسکال در نظر گرفته شده است.
-3 مدلهای عددی مورد بررسی
4 مدل با نسبت طول به عرض 1، 1/5، 2، 2/5 با شرایط تکیهگاهی ssss، cccc، cscf، cccf در نرمافزار ساخته شده است که در شکل 1، یک ورق فولادی مستطیلی با ابعاد و بارگذاری پارامتری نشان داده شده است.
شکل :1 ورق فولادی مستطیلی با ابعاد و بارگذاری پارامتری
:C تکیهگاه گیردار :F لبه آزاد
:S تکیهگاه مفصلی
: ضریب کمانش برشی یکطرفه :a طول ورق فولادی
:b عرض ورق فولادی
:D سختی خمشی ورق فولادی :E مدول إلاستیسیته
: بار کمانش برشی الاستیک :t ضخامت ورق فولادی
: نسبت ابعاد ورق : ضریب پواسون
در شکل 2 ، نتایج تحلیل کمانشی یکطرفهی ورق با تکیهگاه مفصلی در چهار طرف و در شکل 3، جابجایی ورق در کمانش یکطرفه نشان داده شده است.
شکل :2 تنش فونمایزز مدل با چهار طرف تکیهگاه مفصلی
شکل :3 مقادیر جابجایی مدل
-4 تشخیص محدودیت عرض به ضخامت ورق فولادی
آییننامهی استرالیا برای منطبق شدن بار کمانش و بار تسلیم ورق تحت برش خالص برای تعیین نسبت عرض به ضخامت ورق فولادی از مفهوم کمانش دوطرفه استفاده کرده است و استفاده از روابط زیر را پیشنهاد داده است.
این در صورتی است که میتوان از مفهوم کمانش یکطرفه نسبت عرض به ضخامت را افزایش داد یا به عبارت دیگر از ورق با ضخامت کمتر استفاده کرد. اگر در تیرهای کامپوزیت ورق را چهار طرف گیردار فرض کرده و با محدود کردن γ به 2، =12.03 و میتوان نسبت عرض به ضخامت را با استفاده از فرمولهای بالا 51 درصد افزایش داد. در جدول 1، ضرایب کمانش یکطرفه و دوطرفه برای ورق با نسبت ابعاد و شرایط تکیهگاهی متفاوت قابل مشاهده است.
