بررسی ضوابط آیین نامه ای و لرزه ای اتصال گیردار جوشی WFP

زمستان 1397

گردآورنده: پوریا کاوه ئی

مقدمه:

سیستم های قاب خمشی فولادی[1] به دلیل ماهیت رفتاری خود به راحتی می توانند الزامات مربوط به پارامترهای معماری مثل جانمایی درب و پنجره را ارضا نمایند به همین دلیل استفاده از این سیستم بابرجانبی محبوبیت بسیاری در بین جامعه مهندسین پیدا کرده است. از آنجایی که در سیستم های قاب خمشی تیرها نیز در تحمل بارهای جانبی نقش دارند بایستی تلاش های ایجاد شده در این المان های سازه ای به نحو مطلوبی به ستون ها انتقال یافته تا در مسیر انتقال بار خدشه ای وارد نگردد. بدین منظور می توان گفت اتصالات[2] در سازه های فولادی مهمترین نقش را در انتقال بارها دارند و همچنین در تغییر شکل های فرا ارتجاعی، اتصالات نقش بسیار مهمی را در تامین شکل پذیری ایفا می کنند.

1- معرفی اتصال [3]WFP :

امروزه در کشور، اتصال گیردار با ورق زیرسری و روسری یکی از محبوب ترین نوع اتصال در سازه های فولادی می باشد. علت این محبوبیت، سهولت اجرایی، شناخت کارفرمایان و پیمانکاران از نحوه اجرا و عدم نیاز به سوراخ کاری در ورق به منظور ایجاد سوراخ دسترسی برای جوشکاری می باشد. این اتصال صرفا در مبحث دهم مقررات ملی ارائه شده و محدوده کاربرد آن در سازه های با قاب خمشی متوسط می باشد. با مطالعه آیین نامه AISC358 به راحتی می توان فهمید که این اتصال آئین نامه های معتیر خارجی جایگاهی نداشته و مورد استفاده قرار نمی گیرد.

این اتصال مشابه اتصال BFP[4] می باشد با این تفاوت که اتصال ورق های روسری و زیر سری به بال تیر، بجای پیچ با جوش صورت می گیرد. در طراحی سازه های فولادی فرض بر این است که تقدم شکل گیری مفاصل پلاستیک در تیرها باشد اما تلاش بر این است که که ایجاد مفاصل خارج از ناحیه اتصال باشد. برای دستیابی به این موضوع با استفاده از ورق های زیرسری و روسری ضخامت بال در ناحیه اتصال افزایش یافته و با افزایش سختی مفصل پلاستیک به نقاط با سختی کمتر هدایت می شود.

2- اجزای تشکیل دهنده اتصال:

تمامی اتصالات موجود دارای قید های هستند که به کمک آن می توانند تلاش های ایجاد در یک المان خمشی مانند تیر را انتقال دهند. در اتصالات خمشی گیردار، تلاش های خمشی و برشی قابلیت انتقال دارند. بنابراین بدیهی است که اتصالات خمشی بایستی برای این تلاش های ایجاد شده طراحی گردند. قید های تشکیل دهند اتصال WFP شامل ورق های روسری، زیر سری و ورق برشی جان می باشد. هر کدام از این قید ها وظیفه ای را در تحمل نیرو بر عهده دارند که در بخش 3 به آن خواهیم پرداخت.

- نحوه انتقال بار:

در المان های سازه ای خمشی مانند تیرها با یک فرض ساده کننده می توان وظیفه انتقال خمش را به بال تیرها اختصاص داد و وظیفه انتقال برش را برای جان تیر در نظر گرفت. در بحث توزیع تنش در اتصالات خمشی معمولا دو فرض حاکم می باشد.

- در نظر گرفتن سهمی از لنگر برای جان تیر و توزیع بر اساس مشخصات مقطع

- توزیع لنگر فقط به بال ها و توزیع آن بر اساس مشخصات ورق اتصال

در قسمت اول فرض می شود بخشی از لنگری که باید توسط ورق های زیر سری و روسری منتقل شود، توسط ورق برشی جان انتقال یابد. در این فرض، توزیع لنگر بر اساس مشخصات مقطع یعنی اساس مقطع پلاستیک(Z) انجام می شود. تصور انتقال تنش های ناشی از خمش به وسیله ورق جان فرض درستی می باشد ولی معمولا مهندسین ورق های خمشی در اتصال را برای انتقال نیرو در نظر می گیرند.

با ایجاد لنگر خمشی در وجه ستون به راحتی ممان ایجاد شده را می توان به کوپل نیروی کششی و فشاری تبدیل نمود

(رابطه 3-1) M=F*d

در این رابطه d ارتفاع مقطع تیر می باشد.

نکته قابل توجه این است که یک تفاوت اساسی در در دوفلسفه طراحی ارائه شده وجود دارد. در صورتی که سهمی برای ورق پوششی جان به منظور تحمل تنش های ناشی از خمش در نظر گرفته شود بایستی ارتقاع d در رابطه 3-1 برابر با فاصله مرکز تا مرکز بال های تیر لحاظ گردد. از طرف دیگر در صورتی که وظیفه انتقال لنگر صرفا به ورق های اتصال داده شود فاصله d افزایش یافته و تا اکس ورق های زیر سری و روسری در نظر گرفته می شود. بدیهی است در این حالت با افزایش طول بازو، کوپل نیروی حاصله افزایش یافته و ورق های اتصال بایستی برای نیروی بزرگتری طراحی شوند. 

- بررسی ضوابط آیین نامه ای اتصال:

1-4- عمق حداکثری تیر

برای اتصال WFP مشابه سایر اتصالات از پیش تایید شده در مبحث دهم مقررات ملی ساختمان الزاماتی مطرح شده است. این الزامات شامل مباحثی است که محدودیت های اجرایی و طراحی را به طراح حکم می کند. طبق بخش 8 بند 10-3-13-5، عمق مقطع تیر در این اتصال را حداکثر برابر با 900 میلیمتر مطرح می کند. علت این محدودیت ارتفاعی را برای مقاطع نورد شده اینطور می توان دانست که با افزایش ارتفاع تیر، شکل پذیری و قابلیت استهلاک انرژی کاهش می یابد که دلیل این امر را در کمانش های موضعی باید جستجو کرد.

با افزایش نمره تیرهای نورد شده، نسبت های ابعادی بال و جان( نسبت عرض به ضخامت) کاهش می یابد و در نتیجه کمانش های موضعی بال و جان افزایش می یابد. وقوع این کمانش ها باعث می شود زوال مقاومت افزایش یابد و اتصال قبل از رسیدن به دوران های بالا دچار زوال مقاومت گردد.

2-4- ورق اتصال روسری

در بخش دوم به بحث ورق روسری می پردازیم. ورق روسری در اتصال WFP به دو صورت سر پهن(کله گاوی) و یا مقطع یکنواخت(مستطیلی) اجرا می شود. 

در ویرایش جدید مبحث دهم مقررات ملی ساختمان دربخش 2 بند 10-3-13-1 بیان می کند کلیه جوش های بکار رفته در اتصالات باید از طریق آزمایش های غیر مخرب نظیر رادیوگرافی و اولتراسونیک تایید شود. یعنی بایستی ضریب بازرسی جوش(ß) برابر با یک در نظر گرفته شود.

در سازه های قاب خمشی متوسط، با توجه به اینکه آیین نامه الزام می کند که از آزمایش های غیر مخرب با حساسیت بالا استفاده شود می توان بجای سرپهن کردن ورق روسری از مقطع یکنواخت بهره برد. در قاب‌هایخمشی معمولی با توجه به اینکه می توان از بازرسی های چشمی نیز استفاده کرد ضریب بازرسی به عنوان یک ضریب کاهشی مطرح می شود. در این حالت به دلیل عدم اطمینان به جوش اجرا شده در محل اتصال ورق روسری با ستون، آیین نامه برای حصول اطمینان از جوش اجرا شده با سرپهن کردن ورق روسری سعی در افزایش خط جوش می کند. 

منابع:

1-"طرح و اجرای ساختمان های فولادی"، مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، ویرایش 1392

2- دکتر مجتبی ازهری، دکتر سید رسول میرقادری، " طراحی سازه های فولادی به روش حالات حدی و مقاومت مجاز"، جلد ششم.

3- عباس حق اللهی،علی پیري محمدي، "عملکرد لرزه اي اتصال تیر به ستون فولادي با ورق هاي روسري و زیرسري"، اولین کنفرانس ملی سازه و مدیریت ساخت.

[1] Steel Moment Frame

[2] Connection

[3] elded Flang Plate

[4] Bolted Flang Plate

دانلود مقاله بصورت فایل PDF

کلیه حقوق مادی و معنوی این اثر برای آموزش های آنلاین مادیا محفوظ می باشد.

هر گونه کپی برداری و بازنشر این اثر "با ذکر منبع" بلامانع است.