تنش در اتصالات تیرآهن از نوع پیچی

با آغاز هزاره سوم به دلیل افزایش ترافیک و جمعیت، نیاز به ساختمان ها و بناهای بزرگ و احداث بزرگراه نیز افزایش یافت. زمین ساخت و ساز در مرکز شهرهای بزرگ تشدید شد و قیمت نیز افزایش یافت. در همان زمان، “ساختمان های بلند” ایده آل و الگویی برای طراحان سازه شد. در نتیجه استفاده از سازه های مرکب چند طبقه (ستون های فولادی، تیرهای فولادی و دال های بتن آرمه) ضروری بود. سازه های کامپوزیتی چند طبقه برای انواع ساختمان ها مانند ساختمان های اداری، بانک ها، ساختمان های صنعتی، ساختمان های عمومی، ساختمان هایی مانند پارکینگ طبقاتی و … استفاده می شود که این نوع ساختمان ها در سراسر دنیا ساخته می شوند و مورد توجه قرار می گیرند. عمدتا در کشورهای بسیار توسعه یافته و قدرت مالی و فنی خود را نشان می دهد.

ایمنی و عملکرد بیان شده از طریق کنترل جرم، سختی، استحکام و انعطاف پذیری در طراحی سازه سازه های چند طبقه، عمدتاً از طریق اتصالات عناصر تحت بار افقی (مانند زلزله، بار باد) در ترکیب با سایر بارها، بالاترین اولویت برای این نوع دارای ساختار است.

در سازه های چند طبقه (MSFS) رفتار اتصالات تیر-ستون به عنوان یک اصل کلی در نظر گرفته می شود و ارتباط مستقیمی با رفتار عناصر اصلی تشکیل دهنده آنها (برای ستون ها، ستون ها و اتصالات المان های فولادی) دارد. به عبارت دیگر، پرتوهای نور، ستون ها و عناصر متصل به آنها مانند ساختارهای چند طبقه MSFS رفتار می کنند.

رفتار یک اتصال تیر-ستون در MSFS عمدتاً به راه حل ساختاری آن بستگی دارد. با این حال، این مقاله به تحقیق در مورد راه حل های جدید ساخت و ساز یا اصلاح اتصالات به منظور بهبود ظرفیت بار آنها در شرایط واقعی بار خارجی می پردازد. برخی از محلول های ساخت را می توان با جلوگیری از اتلاف انرژی کنترل کرد، به این معنی که می توان آنها را با توزیع تنش و کرنش در قطعات عناصر MSFS کنترل کرد، یعنی محلول ساخت اتصال مستقیماً بر ظاهر اتصالات پلاستیکی تأثیر می گذارد. در قسمتی از قطعات موثر بوده و پس از آن ظرفیت بارگذاری آنها پر می شود.

انواع مدل های تحقیق – طراحی عددی

برای تحلیل عددی غیرخطی هشت نوع مدل (SP1، SP2، SP3، SP4، SP5، SP6، SP7 و SP8)، بسته‌های نرم‌افزاری DRAIN-2DX و ANSYS Workbench استفاده شد.

MODEL-SP1 (شکل 1) یک اصطلاح رایج و رایج برای اتصالات دال به ستون است که در انتهای تیر سفت می شود. بهسازی هایی که استفاده می شود دارای صفحات فارسی مثلثی اضافی در انتهای تیر می باشد که به سطوح فوقانی و تحتانی انتهای تیر و انتهای ورق متصل می شود و در نتیجه سفتی نهایی تیر حاصل می شود. او اضافه کرد. این یک تیر دوار مطابق با استاندارد DIN1025 IPE200 است، ابعاد: ارتفاع h = 200 میلی متر، عرض سطح b = 100 میلی متر، ضخامت شبکه تیر tr = s = 5.6 میلی متر و ضخامت سطح tp = t = 8.5 میلی متر طبق استاندارد EN10025. -2 / 2004، مواد تیر S275 JO + M با توجه به مشخصات فنی زیر در نظر گرفته شده است.

اتصال بین تیرهای فولادی (طراحی شده بر اساس استانداردهای فعلی MKS U.E7.140 به EC3 اشاره دارد) و با اتصال تیر با ستون اصلاح شده با استفاده از یک پایه صفحه که به انتهای حاشیه لحیم کاری شده مشخص می شود. در انتهای صفحه دو سوراخ به قطر (d = 17 میلی متر) ایجاد شد که در 4 ردیف قرار گرفتند، در مجموع 8 سوراخ در صفحه، یعنی در اتصال تیر به ستون ایجاد شد. برای اتصال تیرها از طریق صفحات انتهایی به ستون ها از پیچ های M16 10.9 با کیفیت بالا استفاده شد. سپس با گشتاور مناسب (Mu = 253 Nm) کشیده شدند.

شکل 1- توزیع ولتاژ در مدل SP1

در شکل 4 پراکندگی بیماری ها نشان داده شده است و به وضوح می توان دریافت که استفاده از بازی های مثلث فارسی بسیار حائز اهمیت است. یعنی حداکثر فشار از انتهای صفحه به وسط شفت یعنی از انتهای شفت به بالای صفحه اتصالات مثلثی منتقل می شود، به دلیل مشکل پایداری ارتعاش جانبی، وقوع یک اتصال پلاستیکی در نزدیکی ناحیه تنش در قسمت زیر وزن تیر مورد انتظار است. از برنامه MKS U.E7.101 برای تعیین ارتعاش جانبی تشت تحت فشار؛ (و MKS U.E7.121- برای تعیین ارتعاش تسمه تحت فشار استفاده می شود).

MODEL-SP2 (شکل 2 و 3) یک اتصال تیر به ستون است که با صفحه انتهایی جوش داده شده به انتهای تیر طراحی شده است. مانند قبل از 2 صفحه مثلثی ایرانی در انتهای تیرچه استفاده می شود که برای افزایش سفتی انتهای تیر که برای بارگذاری اتصالات لازم است به بالا و پایین قسمت تیر جوش داده می شود. تیر به ستون دال جوش داده می شود. تیرآهن مدل SP2 یک پروفیل مستطیلی توخالی است

با توجه به DIN59411، MKSC.B5.213 قطر آن، ارتفاع h = 200 میلی متر، عرض سطح b = 100 میلی متر، ضخامت دیوار قسمت t = s = 5 میلی متر. طبق EN10219-1 / 2006 / EN10021، تیر S355J2H با خواص مکانیکی زیر در نظر گرفته می شود.

خواص: fy = σT = ReH = 437 (MPa)، fu = σm = Rm = 554 (MPa)، A = 24.8%.

استانداردهای معتبر MKS U.E7.140 برای طراحی جت استفاده شده است که برای همسویی موقعیت جت استفاده می شود. در اینجا همانطور که در مدل قبلی نشان داده شده است، به لطف شکل خاص تیر (بخش مستطیلی) که تا انتها جوش داده شده است، از اتصال انتهای صفحه با یک ترمینال با قطر بزرگتر از مدل SP1 استفاده می شود. از پرتو به پایان رسید ابتدا 2 سوراخ در صفحه حفر می شود (d = 17 میلی متر) که در 4 ردیف قرار می گیرد. این در مجموع 8 سوراخ در یک پانل است. به عنوان مثال، هنگام اتصال تیر به ستون، از پیچ و مهره های درجه M16 10.9 برای اتصال تیرها به صفحات انتهایی جوش داده شده به ستون استفاده می شود.

شکل 2-3- توزیع تنش در مدل SP2

توزیع تنش و تأثیر مهاربند پشتی مثلثی جوش داده شده در شکل 6 نشان داده شده است. حداکثر فشار از انتهای صفحه به وسط تیر منتقل می شود، به عنوان مثال در انتهای تیر به بالای صفحه مثلثی در قسمت پایینی رخ می دهد.

MODEL-SP3 (شکل 4) یک اتصال تیر به ستون با طراحی سفت و سخت است که در آن اتصال انتهایی به اتصال تیر به ستون متصل می شود. این اتصال با جوش 3 صفحه مجزا با زاویه 90 درجه به پشت صفحه زمینه انجام می شود که سوراخ هایی برای اتصال به تیر و اتصال به ستون ایجاد می شود. اتصال به گونه ای طراحی شده است که بار بیشتر از بار در انتهای تیر باشد تا تغییر شکل اتصال الاستیک در فاصله بیشتری از ستون انتهایی رخ دهد که با دو مدلی که قبلا مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت متفاوت است. . بارگذاری شرکت کنندگان به دو موضوع بستگی دارد: مدل – مقطع WX گرفته شده در حین خمش، R – سطح شبکه برشی دریافت کننده تیر (نیروی برشی) و خواص مکانیکی ماده مورد استفاده.

سوراخ های تیر IPE200 دارای 2 عدد در سطح باله و 3 عدد در تیر می باشد که در مجموع از 7 عدد پیچ ​​برای اتصال به تیر استفاده می شود. برای تیرهای بزرگتر می توان تعداد پیچ ​​و مهره های سطح و صفحه را افزایش داد. مهم است که برای طراحی این مدل ظرفیت باربری پیچ ها نسبت به اتصال پره هایی باشد که با نیروی برشی مواجه می شود. با توجه به بار و بار اتصال تیر می توان مکانیسم فروپاشی را پیش بینی کرد.

شکل 4. توزیع ولتاژ در مدل SP3

در این مدل حداکثر بار در جوش‌هایی با زوایای افقی اتصال اتفاق می‌افتد، اما این جوش‌ها مانند سایر عناصر اتصالی با مقادیر استاتیکی بزرگ در انتهای تیر ساخته می‌شوند و خطری در آن وجود ندارد. این. فروپاشی اتصال تحت تنش کاهش نمی یابد، انتظار می رود نیروی انتهای تیر خم شود که باعث کشش سطحی تنش می شود که منجر به خم شدن سطح می شود. تحقیقات بیشتر می تواند رابطه دقیق خواص هندسی و استاتیکی انتهای تیر، تعداد و قطر بست ها (پیچ و مهره)، تعداد اتصالات و به طور کلی همه چیز به روش کنترل بستگی دارد. مکانیسم شکست لینک

MODEL-SP4 (شکل 5) به عنوان اتصال تیر به ستون طراحی شده است. اتصال تیر (IPE200) با ستون فقط توسط وجه تیر، قبل از اینکه برای هر وجه تیر یک اتصال ایجاد شود، انجام می شود. اتصال را می توان از پروفیل نورد گرم یا پروفیل L بر اساس ضخامت مورد نظر با صفحه مثلثی فارسی برش خورده و برای تقویت آن در وسط جوش داد. اتصال مفصل به سطح تیر با 4 پیچ یا در مجموع 8 پیچ در دو سطح تیرچه انجام می شود. اتصال به گونه ای طراحی شده است که ظرفیت بار بیشتر از بار در انتهای تیر باشد و بتواند در ناحیه اتصال فرو بریزد. اتصال در هر اتصال با ستون هایی با 4 پیچ مرغوب کلاس 10.9 انجام می شود که با توجه به گشتاور مورد نظر انتخاب می شوند. این پیچ ها به گونه ای طراحی شده اند که تحت بارهای سنگین روی اتصال شل نشوند.

شکل 5- توزیع تنش در مدل sp4

در MODEL SP4، بیشترین تنش در جوش های پشتی سفت کننده های عمودی بین گوشه بالایی و صفحه اتصال است. از آنجایی که اتصال (مشابه مدل SP3 و سایر مدل هایی که از لولا استفاده می کنند) با ابعاد استاتیکی بزرگ در انتهای تیر طراحی شده است، خطر قطع شدن اتصال در حداکثر تنش وجود ندارد. این باعث ایجاد نیروهای خمشی در انتهای تیر می شود.کشش باعث خم شدن ناگهانی پیچ ها در بالا یا قسمت های تراکم پذیر تیر می شود. تفاوت این مدل با مدل قبلی SP3 در این است که تاکید بر اتصال حاصله به سطوح تیر است و مانند مدل SP3 از طریق تار تیر نیست.

تنش در اتصالات تیرآهن از نوع پیچی

MODEL-SP5 (شکل 6) از اتصالات تیر و ستون پارچ ساخته شده است. اتصال تیر (200.100.5) و ستون توسط 2 صفحه افقی جوش داده شده به انتهای قسمت های بالایی و پایینی پرش تشکیل می شود که از قبل توسط دو صفحه عمودی آماده و پشتیبانی می شوند. ابعاد اتصال همانند مدل های SP4 است، اما این مدل از سوراخ بیرونی (دورتر) اتصال برای اتصال صفحات افقی انتهای تیر استفاده می کند. اتصالات را می توان از پروفیل های L شکل نورد گرم یا جوش داده شده بسته به ضخامت مورد نیاز ایجاد کرد و صفحات مثلثی به مرکز آرمیچر جوش داده می شوند. اتصال اتصال و صفحات انتهای تیر با استفاده از 4 پیچ یا 8 پیچ تیرچه انجام می شود. اتصالات به گونه ای طراحی می شوند که بار آنها بیشتر از بار تیر باشد و پس از تغییر شکل پلاستیک در انتهای تیر، فروریختن نهایی اتصال بین درز و تیر اتفاق می افتد. اتصال اتصال و ستون با 4 پیچ درجه 10.9 با کیفیت بالا انجام می شود که می تواند ضربه مورد نظر را تحمل کند. این پیچ ها طوری طراحی شده اند که تحت بار زیاد روی اتصال، یعنی زمانی که اتصال در انتهای تیر در محل اتصال فرو می ریزد، شل نشوند.

شکل 6 – توزیع ولتاژ در مدل SP5

انتظار می رود نیروهای لنگر خمشی در انتهای تیر باعث برش پیچ ها در زمین جامد و کمانش ناگهانی تیر فشرده در تار آن شود. در این مدل، این نتیجه بر تأثیر ارتباط ایجاد شده از طریق صفحه پرتو تأکید می کند، نه از طریق شبکه مانند مدل SP3.

MODEL-SP6 (شکل 7) یک اتصال تیر به ستون نیمه مقاومتی است. اتصال تیر و ستون فقط از طریق بدنه تیر (3 کانال) و آخرین اتصال می باشد. اتصالات T با مجموع 4 پیچ با امتیاز 10.9 به ستون متصل می شوند. این اتصال با اتصال 2 صفحه پایه با زاویه 90 و اتصال داخل با تیر و ستون با پیچ و مهره انجام می شود. نمودار اتصال نشان می دهد که تحت بارهای سنگین، حرکت پلاستیک در انتهای تیر ظاهر می شود. در تیر IPE200 فقط 3 سوراخ در تیر برای اتصال T ایجاد شده است. برای تیرهای بزرگتر می توان تعداد پیچ ​​های روی بدنه تیر را افزایش داد.

شکل 7- توزیع تلاش در نمونه sp6

مدل SP7 در (شکل 8) به عنوان یک اتصال نیمه مقاومتی طراحی شده است. این اتصال بین تیر و ستون انجام می شود که انتهای تیر و اتصال T جوش داده شده به کمک 3 پین ایجاد می شود. این اتصال T به ستون و 4 در کالاش 10.9 متصل است. این اتصال توسط 2 تخته که با زاویه 90 درجه به هم وصل شده اند، با سوراخ هایی از قبل برای اتصال به تیر برای اتصال به تیر ایجاد شده است. طراحی اتصال به گونه ای است که بار آن به قدری زیاد باشد که باعث فروپاشی احتمالی در انتهای تیر شود، یعنی اتصال بند به ستون محکم باشد. در تیر 200 ورق فولادی داخل تیر قرار داده شده و 3 سوراخ برای اتصال T ایجاد می شود.برای تیرهای بزرگتر می توان تعداد میلگردهای تار تیر را افزایش داد.

طراحی اتصال پاسخی به مدل قبلی SP6 است که در آن از یک بخش بسته مستطیلی برای تیرها به جای یک تیر I باز استفاده شده است. این یک اتصال معیوب است زیرا یک لحظه خمشی مشخص پس از حرکات دارد. فروپاشی نهایی ابتدا در برخی از پیچ‌ها و مهره‌ها در انتهای تیر که بیشترین بار وارد می‌شود، رخ می‌دهد و نیروی برشی ناشی از نیروی برشی عرضی و نیروهای ناشی از لنگر خمشی در آن ظاهر می‌شود.

شکل 8- توزیع تنش در مدل SP7

در این مدل حداکثر تنش در تار تیر، نزدیک سوراخ های پیچ و در صفحه جوش عمودی اتصالات ظاهر می شود. علاوه بر این، تنش شدیدی که در جوشکاری مشترک ایجاد می شود، مشابه تنش انتهای تیر در دو طرف بالا و پایین صفحه جوش است. فروریختن اتصال در قسمتی از تیر به دلیل کشش و برش قسمت عمودی صفحه در کنار سوراخ پیچ بالایی و یا برش یکی از پیچ های بیرونی (بالا یا پایین).

MODEL-SP8 (شکل 9) یک اتصال تیر-ستون است. اتصال تیر و ستون با 3 پیچ و مهره بلند بین انتهای تیر و اتصال U جوش داده می شود. یک اتصال U جوشی با هر 4 قطب 10.9 کلاس بالا به قطب متصل می شود. این اتصال با چسباندن 3 پانل با زاویه 90 درجه انجام می شود که سوراخ هایی برای اتصال به تیر و اتصال به ستون تمام شده وجود دارد. اتصال به گونه ای طراحی شده است که بار آنقدر زیاد باشد که شکست نهایی در انتهای تیر یعنی اتصال تیر به ستون رخ دهد. سه سوراخ در میله (200) برای اتصال به U-joint وجود دارد. برای تیرهای بزرگتر می توان تعداد میله ها را در تار تیر افزایش داد.

شکل 9- توزیع تنش در مدل SP8

حداکثر تنش ها در جوش U-joint برای اتصال تیر به ستون این مدل رخ می دهد. به گونه ای طراحی شده است که خطر افتادن وجود نداشته باشد به علاوه تنش بیشتری در سوراخ های بلند پیچ ​​ظاهر می شود. و همچنین خود پیچ ​​زیرا این اتصال در انتهای تیر با خواص استاتیکی عالی طراحی شده است. بنابراین انتظار می رود که خرابی اتصال انتهای تیر در نتیجه برش قسمت عمودی تیر نزدیک سوراخ پیچ بالایی باشد. یا برشی پیچ و مهره های خارجی در نتیجه

برای هر مدل (SP1، SP2، SP3، SP4، SP5، SP6، SP7 و SP8)، یک نمودار بارگذاری با اضافه کردن جابجایی در نظر گرفته می‌شود. این فرآیند با افزودن جابه‌جایی و بدون افزودن نیرو انجام می‌شود، زیرا در شرایط غیرخطی اگر به کاهش نیرو برسیم، آزمایش با افزودن نیرو عملاً کنترل نمی‌شود و می‌تواند منجر به فروپاشی ناگهانی مدل شود. بارگذاری مدل با تغییر مکان کنترل شده در انتهای آزاد کنسول اعمال می شود. این تحقیق در شکل زیر برای هر مدل در چند مرحله تحقیق نشان داده شده است: مطالعات تجربی بر روی 8 مدل طراحی شده در آزمایشگاه “Structure” در موسسه جوش و سازه های جوش داده شده در دانشکده مهندسی مکانیک انجام شد. به عنوان نتیجه نهایی مطالعه تجربی، نمودار و