سازه فلزی و انواع اتصالات در سازه فلزی
سازه فلزی و انواع اتصالات در سازه فلزی
اتصالات یکی از اجزای اصلی و عامل یکپارچگی سازه فلزی میباشند اجرای اتصالات گیردار در محل اجرای ساختمان علاوه بر زمان بر بودن به کیفیت جوشکاری آن هم در ارتفاع بستگی پیدا می کند. یکی از جدیدترین و کارآمدترین سیستمهای اسکلت در انواع زمینه جوشی و پیچی نوع ستونهای درختی است.
در این سیستم به اجزای کوتاه مانند تیرهای حمال بطور معمول با طول ۶۰ تا ۱۲۰ سانتیمتر در کارگاه به ستون اصلی جوش داده می شوند. با استفاده از ستون درختی میتوان کلیه عملیات جوشکاری را در کارگاه و تحت نظارت مناسب جوشکاری انجام داد و در ارتفاع فقط مابقی تیرهای باقیمانده را به همدیگر پیچ نمود که در این حالت علاوه بر بالا بردن سرعت اجرا دارای کیفیت مناسب هم باشد. از طرفی در تیرهای با اتصال صلب تشکیل مفصل پلاستیک در اثر رسیدن لنگر ناشی از بارهای خارجی به لنگر پلاستیک بسیار محتمل است.
در اثر تشکیل مفصل پلاستیک در محل تشکیل مفصل بدون اعمال نیروی اضافی تیر شروع به دوران میکند. در اثر افزایش نیرو در محل تشکیل مفصل، کم کم مقطع گسیخته خواهد شد. به طوری کلی ما تمایل نداریم که محل تشکیل این مفصل دقیقاً در محل اتصال تیر به ستون یا در نزدیکی بر ستون باشد. در صورتی که مفصل در این نقاط تشکیل شود. احتمال ناپایداری موضعی و حتی کلی سازه به وجود خواهد آمد بنابراین بایستی به دنبال راهکاری باشیم تا محل تشکیل این مفصل از بر ستون دور شود.
تاکنون هیچ گونه تحقیق جامعی در خصوص میزان طول دقیق و استاندارد تیرهای حمال که به کیفیت بهتر اتصال کمک نماید ارایه نشده بلکه اکثر اطلاعات در این خصوص بصورت تجربی یا به سلیقه طراح و محاسب بوده و در بعضی موارد در اتصالات ستون درختی به نقاطی از تیر نظیر حد فاصل بین مرکز ستون و ۱۸ تا ۱٫۱۰ طول دهانه و یا در محل نوک ماهیچه در اتصالات خمشی ستون درختی با تیر کوتاه غیر منشوری پیشنهاداتی ارایه شده است.
از آنجاییکه که اکثر اطلاعات در رابطه با طول تیر انتظار بصورت تجربی یا به سلیقه طراح و محاسب بستگی داشته و از طرفی هیچ مقدار استاندار و مجازی در آیین نامه های مربوط به مباحث طراحی سازه های فولادی نظیر مبحث دهم مقررات ملی ایران و AISC و FEMA ارایه نشده است.
ضرورت ایجاب نموده تا جهت تعیین میزان طول مناسب و مجاز و در عین حال دقیق ترتیر انتظار و همچنین بررسی ناحیه اتصال آن به تیراصلی که موضوع اصلی این رساله می باشد تحقیقی انجام پذیرد. جهت مدلسازی مدلهای مورد بررسی از نرم افزار Etabs وجهت کنترل و بررسی مودهای مربوط به طراحی ناحیه اتصال پیچی و تعیین طول تیر انتظار از محاسبات دستی و نرم افزار Excel استفاده شده است.
قابهای خمشی فولادی
قابهای خمشی فولادی به علت ساخت و مونتاژ در کارخانه در زمینه نصب و اجرا نسبت به نوع بتنی خود از سرعت بالاتری برخوردارند. یکی از مهمترین اعضا در سازه های قاب خمشی فولادی اتصالات آنها می باشد که برای اتصال صلب تیر به ستون بخشی از جوشکاری اتصال در محل اجرای ساختمان و در ارتفاع انجام می شود.
که علاوه بر کندی کار کیفیت و نوع جوشکاری بخصوص برای جوشهای نفوذی در اتصال صلب و نیمه صلب تیر به ستون از حساسیت ویژه ای برخوردار بوده که با استفاده از تیر پیوند درستون درختی می توان کلیه این مراحل در کارگاه انجام داده علاوه بر بالا بردن کیفیت جوشکاری با استفاده از تیر پیوند و پیچ نمودن مابقی تیر سرعت اجرا را نیز بالا برد. مطابق شکل ۱۱ در طراحی لرزه ای ساختمانها تعیین اعضای سازه و اتصالات آن به نحوی در نظر گرفته میشود که سازه ضمن حفظ ایستایی و ایمنی کلی خود در برابر زلزله های شدید، اقتصادی نیز باشد.
لذا در این سیستم جهت کاهش تنش در ناحیه اتصال تیر به ستون و کاهش مصرف تعداد پیچ برای یک اتصال مناسب و مقاوم در برابر لنگر خمشی و نیروی برشی باید بتوان بین طول تیر پیوند و حداقل تعداد پیچ مصرفی در ناحیه اتصال رابطه مناسبی که با ضوابط آیین نامه AISC همخوانی داشته باشد. پیدا کرد. جهت مدلسازی مدلهای مورد بررسی از نرم افزار Etabs و جهت کنترل و بررسی مودهای مربوط به طراحی ناحیه اتصال پیچی و تعیین طول تیر انتظار از محاسبات دستی و نرم افزار Excel استفاده شده است.
اتصالات در سازه های فولادی
یکی از مهمترین اجزای سازه های فولادی که وظیفه انتقال نیروهای اعضا به یکدیگر و تکیه گاهها را به عهده دارد اتصالات بین اعضای سازه ای هست که عامل اصلی یکپارچگی سیستم سازه ای نیز می باشد به طور کلی تعریف قاب نیز بر اساس نوع و رفتار اتصال صورت میگیرد. یک اتصال ضعیف و نامناسب میتواند منجر به زوال ا کلی سازه ی فولادی گردد.
بررسی دقیق عملکرد اتصالات در یک سازه فولادی از اهمیت ویژه ای برخوردار است و عدم دقت در طراحی و اجرای اتصالات در سازه های فولادی نه تنها موجب خرابی در خود اتصال می شود بلکه اثرات ویران کننده ای نیز بر اعضای سازه و در نتیجه کل سازه خواهد داشت.بر اساس اطلاعات موجود، اغلب ویرانی ها در سازه های فولادی در اثر ضعف عملکرد اتصالات گزارش شده است که نشانگر این موضوع میباشد.
بنابراین درک صحیح از رفتار سازه ای اتصال و آگاهی مناسب از نحوه انتقال نیرو توسط آن برای طراحی یک اتصال ایمن و اقتصادی ضروری است. در طراحی یک اتصال در یک سازه فولادی باید علاوه بر حصول اطمینان از نحوه صحیح انتقال نیرو به اجرایی بودن و امکان ساخت آن با امکانات نیز موجود توجه نمود. این موضوع در مورد سازه هایی که قرار است در مقابل نیروهای ناشی از زلزله مقاوم باشند از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
اسکلت فلزی بعنوان سازه ساختمان برای اولین بار در یک کارخانه ریسندگی در ترازیری ” انگلستان در سالهای ۹۷ ۱۷۹۶ مورد استفاده قرار گرفت از اواخر قرن ۱۸ میلادی به تدریج تولیدات صنعتی جدید وارد امور ساختمانی گردید که در بدو آن برای احداث پلها ، کارخانجات ، تاسیسات بندری ، بناهای عمومی و سپس در بناهای مسکونی مورد استفاده قرار گرفت با توجه به پیشرفت سریع صنعت جوشکاری در صنایع فلزی و خارج شدن آن از حالت سنتی و نیاز به کنترل و تست جوش و همچنین صرفه جویی در وقت و کمبود فضای جوشکاری در اماکن شهری این ضرورت ایجاب میشود که بخش اعظمی از اسکلت در کارخانه ساخته و به محل حمل شود.
تیرهای انتظار از جمله اعضایی هستند که در کارخانه روی ستون مونتاژ میشوند و پس از حمل و نصب ستون ها با کمک اتصالات پیچی به تیر اصلی متصل می شوند.
مانا سوله ایرانیان سازنده انواع سازه فلزی و اسکلت فولادی و سوله در مشهد
از آنجاییکه که اکثر اطلاعات در رابطه با طول تیر انتظار بصورت تجربی یا به سلیقه طراح و محاسب بستگی داشته و از طرفی هیچ مقدار استاندار و مجازی در آیین نامه های مربوط به مباحث طراحی سازه های فولادی نظیر مبحث دهم مقررات ملی ایران و AISC و FEMA ارایه نشده است.
لذا ضرورت ایجاب نموده تا جهت تعیین میزان طول مناسب و مجاز و در عین حال دقیق ترتیر انتظار و همچنین بررسی ناحیه اتصال آن به تیراصلی که موضوع اصلی این رساله میباشد تحقیقی انجام پذیرد .
ستون های درختی مطرح از نوع جوش کارخانه ای و اتصال پیچی در کارگاه است. جوش تیرک ها به بدنه ستونهای اصلی بطور معمول به منظور دسترسی به کیفیتهای بالا و جوشهای اقتصادی و نیز بازدید آسان است همچنین نصب تیرکهای پیچی اقتصادی تر است و نصب آسانتری دارند .
از طرفی می دانیم که بر اساس ضوابط آیین نامه 2005 AISC در خصوص اتصال مناسب اساس آیین نامه باید مواردی مانند دور کردن تمركز تنش از محل چشمه اتصال و ناحیه اتصال تیر به ستون مورد توجه قرار گیرد و همچنین اتصال مناسبی از نظر مصرف تعداد پیچ در برابر لنگر خمشی و نیروی برشی که تامین کننده کلیه ضوابط ارایه شده آیین نامه ای 2005 AISC در خصوص اتصالات باشد در نظر گرفته شود .
بر همین اساس مهمترین هدف ما در این مقاله بررسی میزان مجاز طول تیر پیوند با توجه به مقدار پیچ های لازم در ناحیه اتصال میباشد که این موضوع علاوه بر بالا بردن سرعت اجرا می تواند باعث کاهش هزینه ها گردد.
در فصل دوم به پیشینه تحقیق در زمینه اتصالات قابهای خمشی و سیستم ستون درختی و معرفی اجمالی تعدادی از پژوهشهای انجام شده در این زمینه می پردازیم.
به بررسی انواع اتصالات پیچی در سازه های فولادی و مفاهیم عملکردی و اجرایی آنها پرداخته میشود که بتوان دید مناسبی در مورد. اتصالات پیچی و نحوه اجرای آنها پیدا نماییم. در فصل چهارم به نحوه طراحی اتصال صلب پیچی در سازه های فولادی پرداخته خواهد شد. در فصل پنجم به مدلسازی سازه و تحلیل ساختمانهای فلزی مختلف چه از نظر تعداد طبقات و چه از نظر فاصله دهانه ها پرداخته خواهد شد و اتصالات مورد اعتبار سنجی قرار خواهند گرفت.
در فصل ششم به بررسی طول مجاز تیر انتظار انواع سازه های صلب فولادی با طول تیرها و ارتفاعات متفاوت که موضوع اصلی پایان نامه میباشد پرداخته میشود و در نهایت در فصل هفتم نتایج تحقیق و پیشنهاداتی برای تحقیقات آتی ارائه شده است که به مرور در سایت مانا سوله ایرانیان قرار خواهد گرفت.
امروزه استفاده از سازه های قاب خمشی فولادی به دلیل سرعت نصب بالا نسبت به نوع بتنی بیشتر مورد توجه طراحان و مهندسان قرار دارد.
هر چند عملکرد قابهای خمشی در زلزله سال ۱۹۹۴ تورث ریج و مشاهده خرابی های اتصالات و شکست ترد آنها در اثر نیروهای لرزه ای رفتار ایده آل و مطلوب این گونه سیستم باربر جانبی لرزه ای را با چالش جدی مواجه کرد لیکن پژوهشهای سامان یافته ای که پس از آن توسط محققین انجام پذیرفت تلاش و حاصلی تحسین برانگیز را در راستای مرتفع نمودن مشکلات قاب های خمشی در برداشت.
در سالهای اخیر برای کاهش خطرات ناشی از زلزله در قاب های خمشی برنامه تحقیقاتی سامان یافته ای تحت پوشش | FEMA تدوین گردیده تحقیقات وسیعی جهت دور کردن مقطع بحران از سطح مشترک تیر به ستون انجام گرفته است (۹) در این راستا اقداماتی از جمله استفاده از سیستمهای جداگر پایه یا وسایل الحاقی میراکر تغییر در پیکر بندی اتصالات پیشنهاد شد. همچنین تقویت اتصال به وسیله ورق روسری لچکی مثلثی یا صاف پشت بند قائم یا طولی براکتهای پیچی و ورقهای کناری صورت گرفت.
اکثر روش های فوق سبب تحمیل هزینه های اضافی و زمان بر بودن اجرا مخصوصا در محل اتصال گردیده است. یکی از پیشنهادات جهت بهبود و کیفیت اجرا ایده استفاده از اتصالات درختی میباشد که دارای مزایای اقتصادی و اجرایی است به دلیل اتصال تیرک ها به ستون در کارخانه جوش حاصل دارای کیفیت بالا و قیمت مناسب است و بازرسی جوش در کارخانه به سهولت امکان پذیر است .
از انجا که مدت زمان زیادی نیست که سازه های دارای قاب خمشی با سیستم ستون درختی در کشور مورد استفاده قرار میگیرد و از طرفی به علت آنکه منابع خارجی در ارتباط با آن در دسترس نمی باشد لزوم انجام تحقیقات در این خصوص ضروری میباشد. در این بخش به معرفی اجمالی تعدادی از پژوهشهای مربوطه که در گذشته انجام گرفته می پردازیم که بخشی از این مطالعات در خصوص توسعه راهکارهایی جهت بازرسی ارزیابی تعمیر و بهسازی اتصالات جوشی قاب های خمشی و بخشی بر اساس مطالعات صورت گرفته به منظور اصلاح دیتیل اتصالات ستون درختی پیشنهاداتی مطرح کرده اند.
شکل پذیر چرخه ای اتصالات خمشی
یکی از روش های آسان برای ایجاد اتصال خمشی استفاده از جوش نفوذی برای بالها و پیچ برای اتصال جان می باشد. شاید اولین مطالعه تجربی برای رفتار شکل پذیر چرخه ای اتصالات خمشی متعلق به پوپوف و پینکنی در سال ۱۹۹۴ میباشد .این محققین چندین اتصال مرسوم خمشی را مورد آزمایش تحت بارهای چرخه ای قرار دارند.
اتصال مستقیم تیر به ستون توسط جوش شیاری با نفوذ کامل و اتصال با ورق های پوششی که با جوش گوشه و یا پیچ به بال تیر متصل شده بودند از جمله اتصالات مورد آزمایش بودند. آزمایشات نشان دادند که اتصالات توسط پیچ به دلیل لغزش آنها در محل اتصال دارای رفتار شکل پذیر مناسب در مقایسه با اتصالات جوشی نمی باشند. شایان ذکر است که تحقیقات پوپوف و همکاران موید این مطلب بود که کیفیت روند جوشکاری و بازرسی ها تاثیر قابل توجهی بر عملکرد شکل پذیر اتصال دارد .
ارزیابی رفتار اتصال تیر به ستون با توجه به ابعاد آنان
برای سال ها تقریبا تمام اتصالات تیر به ستون در قاب های خمشی شکل پذیر بر مبنای لنگر خمشی پلاستیک قابل انتقال از تیر به ستون طراحی میشدند. چون هزینه اتصالات قاب خمشی در مقایسه با قاب ها با اتصالات مفصلی بیشتر بود طراحان ترجیح میدادند که تعداد قابهای خمشی در یک سازه تحت زلزله را به حداقل برسانند. بدین منظور استفاده از چهار قاب خمشی شکل پذیر دو عدد قاب خمشی در هر جهت اصلی پلان به گونه ای که صلبیت پیچشی لازم را فراهم کند مرسوم شده بود.
این صرفه جویی در به کارگیری تعداد حداقل قابهای خمشی منجر به کاهش نامعینی سازه و در نتیجه عدم ایمنی سیستم باربر جانبی در برابر زلزله گردید . ضمنا استفاده از تعداد قابهای خمشی اندک در سازه منجر به افزایش ابعاد تیرها و ستونها و نیز فونداسیون آنان می گردید.
در این ارتباط آزمایشات چندی برای ارزیابی رفتار اتصال تیر به ستون با توجه به ابعاد آنان انجام گرفت. به طور مشخص آزمایشاتی که توسط تساوی و پوپوف در سال ۱۹۹۵ انجام گرفت .
ایجاد دوران پلاستیک لازم در اتصال انهدام ناگهانی در اتصال رخ میداد شایان ذکر است که جوش های اتصالات مورد اشاره توسط آزمایشات فراصوتی مورد تایید قرار گرفته بودند.
حاصل آزمایشات بعدی که بر روی اتصالات بالهای جوش شده تیر به ستون و جان با اتصال پیچی برای
تیرهای با نسبت 0٫7 – 21 و 2 به ترتیب اساس مقطع بال تیر و خود تیر ) انجام گرفت استفاده از
تیرهای با نسبت 0٫7 – 21 و 2 به ترتیب اساس مقطع بال تیر و خود تیر ) انجام گرفت استفاده از
جوش اضافی در اتصال برشی جان تیر جهت عملکرد مناسب اتصال را ضروری دانست.
راهکارهایی جهت تقویت اتصال تیر به ستون
در زلزله ۱۹۹۵ کوبه ژاپن آسیبهای عمده ای به اتصالات سنتی تیر 1 شکل به ستون قوطی وارد آمد. مهمترین ضعف این اتصالات سنتی تقاضای کرنش پلاستیک زیاد در لبه جوش شده بال تیر به ستون بود که سبب می شد طی تعداد اندکی چرخه بارگذاری اتصال دچار گسیختگی ترد در محل مذکور گردد.
پارکی از زیر بال به سبب وجود سوراخ دسترسی جوش (WAH) یکی دیگر از اشکالات رایج بود برای بهبود عملکرد لرزه ای اتصال تیر 1 به ستون قوطی (IBBC) راهکارهایی بر مبنای تقویت اتصال ارائه شده است.
تغییر ساختار صلب به نیمه صلب در قاب های خمشی
مک مولین و آستانه در سال ۲۰۰۳ نشان دادند که قابهای خمشی نیمه صلب در صورتی که اتصال، جهت رفتار شکل پذیر طراحی شود قادر هستند شرایط مقاومت لرزه ای ساختمان را فراهم کنند.
آن ها همچنین ثابت کردند ساختار ستون درختی میتواند برای سرهم کردن اجزا به منظور ایجاد اتلاف انرژی در طی حرکت های خارجی فراهم شود.مطالعات تحلیلی آنها نشان داد که کارکرد اصلی برای ساختمان های ۴ و ۲۴ طبقه با تغییر ساختار صلب به نیمه صلب بالا میرود یکی دیگر از مطالعات آزمایشگاهی آنها نیز اجرای یک اتصال انتخابی ساخته شده از مقاطع | شکل نورد گرم برای استفاده در قاب های خمشی فولادی بود. در آن مطالعه یک مقایسه بین نتایج تحلیلی و ظرفیتهای آزمایشگاهی از نمونه فوق الذکر نشان داد که طراحی اتصال باید به گونه ای باشد که ظرفیتهای مورد نیاز در طی چندین حرکت زمین را فراهم کند.
بررسی اتصالات قاب خمشی به منظور کاهش تخریب المانهای ویژه در بال پایین
کشیکی و همکارانش در سال ۲۰۰۶ درباره روش جدید اجرای اتصالات قاب خمشی به منظور کاهش تخریب المان های ویژه اتصالات خمشی در بال پایین که در زلزله ی نور تریج آمریکا و زلزله ی کوبه ژاپن اتفاق افتاد مورد تحلیل و بررسی قرار داده اتصالات جوشی اتصال تیر به ستون را آنالیز کرده اند.
همچنین آن ها این نکته را نیز بررسی کرده اند که بتوان اتصالاتی تولید کرد که نه تنها در برابر عملکرد لرزه ای مناسب عمل کند بلکه پس از زلزله به راحتی قابل تغییر و اصلاح باشد. آنها یک بار گذاری سیکلی را به سازه ها اعمال کرده اند و به این نتیجه رسیدند که ظرفیت دوران پلاستیک اتصال جدید به طور زیادی توسط یک دال بتنی تحت تاثیرقرار گرفته است و اتصال جدید در کاهش آسیب وارده به دال بتنی مفید بود.
آنالیز شکست تخریب ساختمان داخلی تجارت جهانی
الامالوا در سال ۲۰۰۸ آنالیز شکست تخریب ساختمان داخلی تجارت جهانی که در سپتامبر ۲۰۰۱ معرض آتش قرار گرفته اند را مورد بررسی قرار داد وی فرض کرد که ستون درختی نصب شده علی افزایش حرارت آتش سوزی خراب شده است برای مدل کردن آن از نرم افزار Abaqus استفاده کرده است. آن ها در نتایج
McMullin
-Kishiki
-Lamalva
خود به تاثیر آتش سوزی در سازه های فولادی ستون درختی و در محل قرارگیری پیچ ها در ساختمان تجارت
جهانی که باعث شد سازه پس از ۲ ساعت تخریب شود پرداختند
بررسی رفتار لرزه ای اتصالات در سازه های فولادی مک لنی کوک (۲۰۰۹) و همکاران نیز در مقاله ی خود درباره ی نحوه ی اتصال در سازه های فولادی و بررسی رفتار آنها در هنگام زلزله میپردازد. تخمین مسیر را برپایه ظرفیت دوران پلاستیک اتصال انجام داده است. او همچنین ویژگیهای سازه ای اتصال را یکی از موارد مهم در تخمین مسیر خرابی دانسته و آن را لحاظ کرده است وی خواص سازه ای اتصال که در بارهای سیکلی می تواند فقط از طریق تست های آزمایشگاهی و تحلیل بدست آید را مورد توجه قرار داده است. وی در گزارش خود بیان کرده که اتصالات پیچی
در سازه های فولادی اصطکاکی مطمئن ترین و اقتصادی ترین نوع اتصال می باشد
اتصال ستون درختی به تبر
بی طرف در سال ۱۳۸۷ محل وصله تیر در اتصال ستون درختی به تیر را محل نقطه عطف تیر تحت بار ثقلی بیان می کند که معمولاً در فاصله تا طول دهانه از تار مرکزی ستون قرار می گیرد. همچنین به دلایلی بیان می کند که بهتر است اتصال تیر به ستون با پیچ انجام گردد. همچنین ایشان انواع مختلف شکست هایی که ممکن است در اثر اعمال بار لرزه ای به سازه اعمال گردد را مورد بررسی قرار داده است.
رفتار چرخه ای اتصال خمشی ستون درختی با تیر کوتاه غیر منشوری و ستون با مقطع
معمولاً از تیرهای منشوری در محلتیرک های متصل به ستون استفاده میشود ولی استفاده از تیرک های غیر منشوری می تواند اقتصادی تر باشد. آنها منحنی های هیسترزیس، زاویه دریفت مقاومت ، سختی و شکل پذیری اتصالات را طبق آیین نامه
WTCS
-MeLenicue
AISC2005 مورد بررسی قرار دادند و بیان کردند که اتصال ستون درختی بجز در یک مورد خاص می تواند به عنوان قاب خمشی ویژه مورد استفاده قرار بگیرد که آن مورد خاص که بدون سخت کننده است می تواند.
در قاب خمشی متوسط استفاده شود همچنین محل مفصل پلاستیک که در تیرهای منشوری به سختی تعیین می شود در این نوع تیر در محل نوک ماهیچه و یا کمی بعد از آن و در تیر اصلی و دور از وجه سئون تشکیل می شود.
و استفاده از سخت کننده در نوک ماهیچه در بهبود رفتار چرخه ای اتصال فوق بسیار مفید است.
اتصال صلب تیر | شکل به ستون قوطی بدون ورق پیوستگی داخلی برای اجرا به روس ستون درختی
صدیقیان کاشانی و آقا کوچک در سال ۱۳۹۱ اتصال صلب تیر به ستون قوطی را بدون ورق پیوستگی داخلی برای اجرا به روش ستون درختی مورد بررسی قرار داده اند.
آنها بررسی عملکرد لرزه ای اتصال پیشنهادی از مدلسازی اجزای محدود استفاده و زیر سازه صلیبی شکل از اتصال تحت بارگذاری یکنواخت و چرخه ای را نیز بررسی کردند. آنها نتیجه گرفتند که اتصال ستون درختی تا پایان چرخه ای با زاویه انحراف طبقه ۴ رادیان بدون افت مقاومت بیش از حد بارگذاری را تحمل میکند.
همچنین طبق ضوابط لرزه ای AISC این اتصال صلب مقاوم و با ظرفیت چرخش مناسب بوده و عملکرد لرزه ای مطلوبی داشته و قابل اجرا در قاب خمشی ویژه میباشد. آنها کرنش معادل پلاستیک را به عنوان معیاری برای کنترل آغاز شکست در اتصال محاسبه و کنترل داشتند.نمونه زیر سازه صلیبی شکل را نشان می دهد..
) بررسی رفتار لرزه ای اتصال تیر به ستون قوطی در قابهای خمشی ویژه صنیعی نیا و همکاران در سال ۱۳۹۰ رفتار لرزه ای اتصال تیر 1 به ستون قوطی در قابهای خمشی ویژه را مورد بررسی قرار دادند.
آنها یک مطالعه تجربی و آزمایشگاهی از اتصال فوق را انجام دادند و ۶ نمونه آزمایشگاهی تمام مقیاس مطابق آیین نامه های بین المللی مورد مطالعه و ارزیابی قرار دادند و مقایسه ای عددی بین رفتار هیسترزیس و عملکرد این اتصالات تحت بارگذاری چرخه ای را صورت داده اند.
آنها نتیجه گرفتند که اتصال ستون درختی واجد شرایط اتصال کاملا گیردار در قاب خمشی ویژه است و اینکه اتصال با ورق پوششی به نسبت اتصال مستقیم و اتصال درختی با مقطع متغیر از شکل پذیری بیشتری برخوردار است هچنین نتایج نشان داد که چشمه اتصال تحت بارگذاری چرخه ای تقریبا الاستیک باقی خواهد ماند و توزیع تنش فون میسز و همچنین توزیع کرنش اتصالات نشان میدهد که اتصال مستقیم و اتصال درختی با مقطع متغیر از یک فیوز قابل اعتمادی تحت بارگذاری چرخه ای برخوردار نیستند.
کیفیت مناسب اتصالات در سازه های فولادی عامل اصلی یکپارچگی سیستمهای سازه ای بوده و تخریب بسیاری از ساختمانهای فولادی طبق گزارش زلزله های گذشته نظیر نور تریچ و کوبه ناشی از مشکل جوشکاری اتصالات تایید نشده است.مطابق جوشکاری اتصالات حساس مثل جوش شیاری نفوذی اتصال گیردار تیر به ستون در محل کارخانه و نصب اسکلت فولادی صرفا با پیچ کردن قطعات از پیش ساخته شده میتوان علاوه بر تسریع در اجرای پروژه به ارتقای کیفیت ساخت کمک شایانی نمود.
پیچ کردن قطعات از پیش ساخته امروزه استفاده از سازه های پیچ و مهره ای در صنعت به نحو چشمگیری افزایش یافته به طوری که این سازه ها در گذشته فقط شامل سوله های صنعتی و مجتمع های پتروشیمی و سازه های مورد استفاده در صنایع نفت و گاز میشد. هم اکنون کاربرد این سازه ها در ساختمانهای مسکونی، اداری و تجاری که در شهرها نیز ساخته می شود با رشد چشمگیری روبرو بوده است.
از مهمترین دلایل استفاده از سازه های پیچ و مهره ای در کشورهای صنعتی عدم نیاز به جوشکاری زمان نصب سازه و در موقعیتهای سخت و همچنین سرعت بیشتر اجرا در محل نصب نسبت به سازه های جوشی میباشد .همچنین اسکلتهایی که در محوطه پروژه های ساختمانی تولید می شوند بخاطر محدودیت در تامین برق مکفی و بکار گیری دستگاههای جوش مدرن ( با نرخ نفوذ بالا و استاندارد ) ، عدم وجود ابزار صنعتی سنگین، تیم های مجرب، رنگ آمیزی و زنگ زدایی صحیح و نه تنها فاقد کیفیت هستند بلکه کاملا دست و پاگیر و دارای پروسه ای زمان بر هستند که بلاشک
منجر به ایجاد ترافیک در معابر و ایجاد مزاحمت برای همسایگان می شود.
Penetration Groove Weld
-Prefabrication
در طراحی و اجرای اتصالات ساختمانهای فولادی باید توجه ویژه ای بشود چرا که حتی در ساختمانهای در حال احداث نیز مشکلاتی نظیر شکست جوش و گسیختگی اتصال در هنگام زلزله در اتصالات ساده و یا گیردار سازه
های فولادی تجربه شده است .
امروزه اجزای سازه ای فولادی توسط جوش یا پیچ و یا ترکیبی از این دو به یکدیگر متصل می کردند تا چند دهه قبل اتصالات توسط جوش و یا پرچ انجام میشد. برای نخستین بار در سال ۱۹۴۷ کمیته تحقیقاتی اتصالات پیچی و پرچی امریکا تشکیل شد. این کمیته اولین دستورالعمل خود را در سال ۱۹۵۱ انتشار داد.
در این دستورالعمل ضوابط جایگزین نمودن پیچهای پر مقاومت به جای پرچ ارائه گردید. از آن تاریخ به بعد استفاده از پیچ به خصوص پیچ های با مقاومت زیاد بسیار رایج و مرسوم شد به طوریکه امروزه در سازه های فولادی دیگر از پرچ استفاده نمی شود.
امروزه استفاده از پیچ به عنوان یک وسیله مناسب و قابل اطمینان در ساخت و اجرای سازه های فولادی بسیار رایج و متداول گردیده است. چون عموما در ساخت و تولید پیچ ها از فولادهای مخصوص با عملیات ویژه استفاده می کنند. مصالح پیچ ها دارای مقاومت گسیختگی به مراتب بالاتر از فولادهای ساختمانی معمولی می باشند.
دست یابی به پیچ های پر مقاومت و با کیفیت مناسب موجب فراهم شدن افقهای جدیدی در زمینه اتصالات انواع سازه های فولادی اعم از ساختمان پل و تاسیسات صنعتی گردیده است. در سالهای اخیر استفاده از پیچ به عنوان یک وسیله مناسب و قابل اطمینان در ساخت و اجرای سازه های فولادی ۱۰ تا ۴۰ طبقه
در کشور متداول گردیده است .جدول مقایسه ای اسکلت پیش ساخته پیچ و مهره ای با روش ساخت و نصب بصورت جوشی و در محل اجرای ساختمان به شرح ذیل آمده است.
Weld
-Rivet
-Bolt
انواع پیج ها
تقسیم بندی پیچ های معمولی و پیچ های پر مقاومت با توجه به مقاومت نهایی کششی آنها و نوع مصالحی که در ساخت و تولید آنها به کار میرود انجام می گیرد هر دو نوع پیچ معمولی و پر مقاومت دارای شکل
ظاهری مشابه یکدیگر هستند
الف: پیچهای معمولی
پیچهای معمولی که از آنها فقط در اتصالات اتکایی استفاده می گردد. از فولاد با تنش نهایی Fu از ۴۰۰۰ تا ۵۰۰۰ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع ساخته میشود این نوع پیچ ارزانترین نوع پیچ است. اما معلوم نیست اتصالی که با آن ساخته میشود ارزان ترین باشد زیرا به علت پایین بودن مقاومت، تعداد آن نسبت به پیچهای پر مقاومت بیشتر است. این نوع پیچها در ساختمان سازی سبک اعضای مهاربندها و اعضای درجه دوم خرپاهای کوچک لایه ها و کلیه اعضایی که بار وارد برانها سبک و استاتیکی می باشد و همچنین درعملیات مونتاژ مورد استفاده قرار می گیرند.
مصالح پیچ های معمولی از نوع فولاد نرمه با کربن کم میباشند. پیچهای معمولی در استاندارد ASTM با علامت A3107 مشخص میشوند. بر اساس آیین نامه مرجع DIN آلمان رده مقاومتی آنها به صورت عددی مثل ۶ ۶۳ و ۵ نمایش داده میشوند. این اعداد به ترتیب عدد اول
مشخص کننده تنش جاری شدن و عدد دوم تنش گسیختگی در پیچ است.
ب پیچهای پر مقاومت
پیچ های پر مقاومت که از آنها در اتصالات اتکایی و اصطکاکی استفاده می شود. از فولادهای پر مقاومت با مقاومت نهایی ۸۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع ساخته میشوند. قطر پیچهای پر مقاومت بین ۱۲ تا
۳۸ میلیمتر می باشد که استفاده از قطرهای ۲۰ و ۲۲ میلی تر در ساختمان سازی معمول تر است.
مشخصه مهم پیچهای پر مقاومت در این است که با سفت کردن معین مهره های آن ها یک نیروی پیش تنیدگی در آنها ایجاد میشود. مصالح پیچهای پر مقاومت از فولاد با کربن متوسط است که خود و مهره آنها
-High Strength Boits
-The Ultimate Tensile Strength
-Failure Stress
-Medium Carbon
به وسیله عملیات مرغوب سازی حرارت دهی و کاهش حرارت تولید میشوند و قبل از شروع عملیات مرغوب سازی حدود ۱۶ تا ۲۵ ساعت گداخته می شوند.
این پیچها بر اساس استاندارد ASTM در دو رده A325 و 1490 ساخته میشوند. در آنها کشش نهایی پیچهای A490 بیشتر از پیچهای A325 میباشد و در سازه هایی به کار می روند که در ساخت آنها از فولاد پر مقاومت استفاده شده باشد.
نکته
پیچ های پر مقاومت را باید به صورت سرد گالوانیزه شوند و استفاده از پوشش گالوانیزه به صورت کرم مورد.
تایید نمی باشد و باعث کاهش مقاومت نهایی در پیچ میگردد.
روش ایجاد نیروی پیش تنیدگی در پیچهای بر مقاومت
روش های پیش تنیدن در پیچ های اتصالات فولادی
استانداردهای گوناگون هر کدام روشهایی را برای پیش تنیدگی پیچ ها معرفی کرده و به رسمیت شناخته اند.
یکی از معتبرترین استانداردها در این زمینه استاندارد کمیته ی RCSC که از کمیته های زیر مجموعه ی
AISC می باشد بوده و چهار روش کاربردی را برای پیش تنیدگی در پیچ معرفی نموده است.
ا استفاده از آچار کالیبره در این روش به طور روزانه از هر بچ تعداد سه نمونه پیچ، مهره و واشر
انتخاب شده و کالیبره میشود. به منظور کالیبراسیون نمونه ها از یک دستگاه اسکید سور ویلهلم
ه استفاده می شود و به کمک ترک متر میزان گشتاور مشخص بر اساس مشخصات نقشه ها یا
