ضوابط طراحی سازه ها ی فولادی-فروش فولاد سازه ای-قیمت فولاد ساختمانی
ضوابط طراحی سازه ها ی فولادی – قیمت انواع فولاد آلیاژی-فروش استیل-فروش فولاد
ضوابط طراحی سازه ها
کلیات
تنش های مجاز پایه
سکوهای فولادی باید به گونه ای طراحی گردند. که تمام اعضا، تنش ها از حد تنش های مجاز پایه بر طبق آخرین روایت. آیین نامه طراحی سازه های فولادی AISC (ASD Edition) تجاوز ننمایند. و باید ذکر کرد این امر بجز موارد داخل آیین نامه توصیه مشخصی در مورد آنها ارایه نمی شود.
و در خصوص اجزایی از سازه در مورد آنها داخل آیین نامه حاضر یا AISC توصیه خاصی نباشد. باید روش منطقی برای تعیین تنش های مجاز، با در نظرگیری ضرایب اطمینانی معادل ضرایبی داخل آیین نامه AISC توصیه میشود، به کارگیری شود.
افزایش در تنش های مجاز
وقتی تمام یا بخشی از تنش های ایجادی داخل سازه، بعلت بارهای جانبی یا قائم ناشی از شرایط محیطی جدی طراحی باشد. تنش های مجاز پایه را می توان به اندازه (33%) افزایش داد. و برای بارگذاری ناشی از زلزله، طراحی باید طبق مفاد بندهای 2-3-3 انجام شود.
تنش های مجاز در اعضای لوله ای
کشش محوری
تنش مجاز کششی، Ft برای اعضای لوله ای که در معرض نیروهای محوری کششی قرار می گیرند، عبارتند از.
که در آن، Fy مقاومت تسلیم فولاد می باشد.
فشار محوری
کمانش ستونی
برای اعضای لوله ای که نسبت
در آنها کمتر یا مساوی 60 باشد. تنش مجاز فشاری Fa، از رابطه زیر به دست می آید.
E: مدول الاستیسیته
K: ضریب طول مؤثر
L: طول مهار نشده
r: شعاع ژیراسیون
D: قطر خارجه لوله
t: ضخامت دیواره لوله
در اعضایی که نسبت
بیش از 60 باشد. و در روابط فوق باید به جای Fy، مقادیر تنش های بحرانی Fxe یا Fxc (محاسبه شده بر طبق 3-2-2-2) قرار داده شوند.
دو در طراحی اعضای اصلی مهاربند های سکوهای دریایی از رابطه (3-5-1) آیین نامه AISC استفاده شود. که از رابطه مذکر فقط می توان در طراحی اعضای ثانویه، مانند پهلوگیرها یا پله ها استفاده نمود.
کمانش موضعی
در اعضای لوله ای تقویت نشده، کمانش موضعی برای اعضایی که در آنها نسبت
بزرگتر از 60 باشد، بررسی می شود. در حالتی که
بزرگتر از 60 و کوچکتر از 300 باشد. و ضخامت دیواره بیشتر از 6 میلیمتر باشد. که تنش های کمانش موضعی الاستیک، Fxe و غیر الاستیک، Fxe، باید محاسبه شوند.
تنش کمانش موضعی الاستیک
و تنش کمانش موضعی الاستیک Fxe، از رابطه زیر بدست می آید.
(Fxe=2C E t/D (12
در رابطه C، ضریب بحرانی کمانش الاستیک می باشد.
مقدار ضریب C از نظر تئوری، برابر 0/6 است. ولی برای در نظرگرفتن اثرات نقص های هندسی اولیه در اعضای لوله ای، ضریب C باید معادل 0/3 در نظر گرفته شود.
تنش کمانش موضعی غیر الاستیک
تنش مکانش موضعی غیر الاستیک Fxe، به کمک رابطه زیر محاسبه می گردد.
خمش
تنش مجاز خمشی Fb، از رابطه زیر محاسبه می شود.
برش
تنش برشی در تیرها
مقدار حداکثر تنش برشی Fv در اعضای لوله ای، از رابطه زیر محاسبه می شود.
در این رابطه:
V: مقدار نیروی برشی
A: مساحت مقطع
مقدار مجاز تنش برشی Fv، برابر مقدار زیر در نظر گرفته می شود.
Fv=0.4 Fy (16)
تنش برشی ناشی از پیچش
مقدار حداکثر تنش برشی ناشی از پیچش fvt در اعضای لوله ای، از رابطه زیر محاسبه می شود.
در این رابطه:
Mt: لنگر پیچشی
Ip: ممان اینرسی قطبی مقطع
مقدار مجاز تنش برشی ناشی از پیچش Fvt، برابر مقدار زیر در نظر گرفته می شود.
Fvt=0.4 Fy (18)
فشار هیدرواستاتیکی
برای اعضای لوله ای، تنش حلقوی موجود در اعضا fh، نباید از مقدار تنش کمانش حلقوی fhe. پس از آن که بر ضریب اطمینان SFh تقسیم شود، بیشتر باشد.
در رابطه فوق، P فشار هیدرواستاتیک است. که SFh در بند 3-3-5 توضیح داده خواهد شد.
ارتفاع طراحی
فشار هیدرواستاتیکی، از رابطه زیر محاسبه می شود.
p=γHz (21)
که در آن:
γ : وزن مخصوص آب دریا است. که برابر 0/01005MN/m3 در نظر گرفته می شود.
Hz: ارتفاع طراحی که از رابطه زیر محاسبه می شود.
ضوابط طراحی سازه ها
در رابطه فوق:
Z: عمق موقعیت مورد نظر از تراز آزاد آب با در نظر گرفتن مد است. در هنگام کنترل سازه برای شرایط مربوط به نصب، Z حداکثر عمقی است. که هر یک از اعضا در شرایط مربوط به آب اندازی و یا قائم نمودن، با آن مواجه می شوند.
Hw: ارتفاع موج
k: برابر
است که L طول موج می باشد.
d: عمق بستر دریا
تنش کمانش حلقوی
مقدار تنش کمانش حلقوی الاستیک Fhe، از رابطه زیر محاسبه می شود.
Fhe=2Ch E t/D (23)
در رابطه فوق، Ch ضریب بحرانی کمانش حلقوی است. با در نظرگیری نقص های اولیه هندسی اعضای لوله ای، به کمک روابط زیر به دست می آید.
دررابطه L طول عضو لوله ای بین تقویت های حلقوی، دیافراگم ها یا اتصالات انتهایی است.
و یادآوری می شود برای 1.6D/t≤M، تنش کمانش الاستیک برابر با تنش کمانش یک عضو طولانی بدون تقویت است. و لذا زمان حالت استفاده از این تقویت ها، فاصله آنها باید طوری باشد. تا M>1.6D/t شود.
همچنین نسبت تنش کمانش الاستیک حلقوی به مقاومت تسلیم فولاد، تعیین کننده آن است. که کمانش حلقوی الاستیک در عضو اتفاق می افتد. و یا کمانش حلقوی غیر الاستیک، مقدار بحرانی کمانش حلقوی، از روابط زیر به دست می آید.
برای Fhc=Fy Fhc>6.2Fy
طراحی تقویت ها
که ابعاد تقویت های حلقوی، باید به گونه ای انتخاب شوند.
رابطه زیر برقرار باشد.
که در آن:
Ic: ممان اینرسی مقطع مرکب تقویت حلقوی
L: فاصله بین تقویت ها
D: قطر عضو لوله ای
که در رابطه فوق فرض می شود تقویت ها، دارای همان مقاومت تسلیم لوله ای هستند. و در محاسبه I، یک عرض مؤثر از عضو لوله ای برابر
ضوابط طراحی سازه ها
که می تواند به عنوان بال برای مقطع مرکب تقویت مدنظر قرار گیرد. که آنموقع از تقویت های خارجی استفاده شود. و D باید بر اساس مرکز سطح مقطع مرکب محاسبه شود. و در هنگام حالت استفاده از تسمه به عنوان تقویت های حلقوی، آنوقت تقویت ها در داخل لوله قرار بگیرند. حداقل ابعاد باید برابر 75×10 میلیمتر و زمانی که در خارج قرار می گیرند. برابر 100×13 میلیمتر باشد.
تنش های ترکیبی در اعضای لوله ای
ترکیب تنش های محوری فشاری و خمشی
اعضای لوله ای سازه
در اعضای لوله ای تحت اثر ترکیب تنش های محوری فشاری و خمشی، دو رابطه زیر باید در طول عضو برقرار باشند.
در رابطه 28، فرض بر آن است که مقادیر Cm و F‘e برای هر دو fbx و fby قابل کاربرد هستند. و در صورتی که این فرض صحیح نباشد. به جای آن باید رابطه زیر مورد استفاده قرار گیرد.
شمع های لوله ای
امکان کمانش شمع ها در بخش های نزدیک به بستر دریا باید بررسی شود. ولی کمانش کلی در شمع ها، مشکلی ایجاد نمی نماید. زیرا حتی خاک های نرم نیز به جلوگیری از این کمانش کمک می کنند. در محاسبه تنش در این شمع ها، باید اثرات ∆-P در نظر گرفته شوند. یک روش مؤثر برای این کار آن است. که شمع به صورت یک تیر ستون قرار گرفته بر یک بستر غیر ارتجاعی در نظر گرفته شود. در این حالت رابطه زیر باید اقناع شود.
Fxe از رابطه 13 تعیین می گردد.
لاغری اعضا
ضرایب طول مؤثر K و کاهش تنش های خمشی Cm، باید مطابق جدول 3-1 در نظر گرفته شوند.
1- برای محاسبه ضریب طول مؤثر اعضا، باید از چارت های طول مؤثر، مندرج در آیین نامه AISC استفاده شود.
2- در صورتی که اتصالی که دو عضو مهاربند K به آن متصل هستند. در جهت خارج از صفحه مهاربندها مهار نشده باشد. حداقل یکی از دو عضو مهاربند باید در کشش باشد.
ضرایب کاهش
در محاسبه ضرایب کاهش Cm، بر طبق جدول 3-1 روابط زیر باید مورد استفاده قرار گیرند.
ترکیب تنش های محوری کششی و خمشی
در اعضایی که تحت اثر ترکیب تنش های کششی و خمشی می باشند. باید رابطه 29 در طول عضو برقرار باشد.
ترکیب تنش های کششی و فشار هیدرواستاتیکی
در حالتی که تنش های کششی طولی و تنش های فشاری حلقوی به طور توأم در عضو ایجاد شوند. رابطه اندرکنش زیر باید برقرار باشد.
در رابطه فوق، γ ضریب پراسون است که برابر 0/3 در نظر گرفته می شود. و SFx و SFh، به ترتیب ضرایب اطمینان برای کشش محوری و فشار حلقوی هستند. که در بند 3-3-5 توضیح داده می شوند. fh,fb,fa به ترتیب قدر مطلق تنش های محوری. خمشی و فشاری حلقوی هستند.
ترکیب تنش های فشاری و فشار هیدرواستاتیکی
در حالت ترکیب تنش های فشاری طولی و تنش های فشاری حلقوی در اعضا، روابط زیر باید برقرار باشند.
در ضمن SFx و SFb به ترتیب ضرایب اطمینان فشار محوری و خمشی هستند. که در بند 3-3-5، توضیح داده می شوند.
اگر fb>fa+0.5fh باشد. هر دو رابطه 28 و 34، باید برقرار باشند.
5-3-3 ضرایب اطمینان
برای محاسبه تنش های مجاز در بندهای 3-3-3 و 3-3-4. ضرایب اطمینان زیر باید در محاسبات مربوط به تنش های کمانش موضعی، مورد استفاده قرار گیرند.
تبدیل های مخروطی
خمش و فشار محوری
ضوابط این بند، در مورد تبدیل های مخروطی واسط دو عضو لوله ای و یا انتهای اعضای فرعی، کاربرد دارند.
مشخصات مقطع مخروط
تنش های اسمی محوری و خمشی در هر مقطع یک تبدیل مخروطی، به طور تقریبی با رابطه
.بیان میشود (fh+fa)/casa
در این رابطه، a زاویه ای است که در شکل 3-1 نشان داده شده. و fa و fb تنش های اسمی محوری و خمشی هستند. که با در نظر گرفتن مشخصات مقطع یک عضو استوانه ای. که دارای قطر و ضخامتی برابر با قطر و ضخامت مخروط آن مقطع باشد، به دست می آیند.
ضوابط طراحی سازه ها
کمانش موضعی
در تبدیل های مخروطی که زاویه آنها 2a، کمتر از 60 دره باشد. برای محاسبات مربوط به کمانش موضعی، می توان این تبدیل ها را با اعضای استوانه ای که دارای قطری برابر D/cosa باشند.
مشابه در نظر گرفت که D، قطر مقطع مورد بررسی است. قطر حاصل را می توان در رابطه 13، برای محاسبه Fxc به کار برد. در مخروط های دارای ضخامت ثابت، به کار بردن قطر انتهای کوچکتر مخروط در رابطه، قابل قبول است.
حالت تقویت نشده تقاطع مخروط و استوانه
تنش های طولی و حلقوی در محل تقاطع مخروط و استوانه
و تنش های طولی و حلقوی در محل تقاطع، از رابطه زیر محاسبه می شوند.
تنش های طولی
تنش های خمشی موضعی در محل تقاطع، از رابطه زیر محاسبه می شود.
ضوابط طراحی سازه ها
که در آن:
D: قطر استوانه در محل تقاطع با مخروط
همچنین t: ضخامت عضو استوانه ای
tc: ضخامت مخروط
te: برابر t برای محاسبه تنش در استوانه و برابر tc برای محاسبه تنش در مخروط است.
fa: تنش محوری در مقطع استوانه در محل تقاطع
fb: برایند تنش خمشی در مقطع استوانه در محل تقاطع
در این مقطع، حداکثر کل یعنی fa+fb+f‘b باید کمتر از حداکثر مقاومت کششی ماده استوانه و مخروط بوده. و ضمن، حداکثر fa+fb، از مقادیر تنش مجاز کمتر باشد. برای کنترل خستگی در محل تقاطع، باید ضوابط بند 3-7 در نظر گرفتن ضریب تنشی برابر با
1-f‘b/(fa+fb)
برقرار شود.
در حالتی که ضخامت های دیواره مخروط و استوانه برابر باشند. این ضریب تمرکز تنش برابر است با:
تنش های حلقوی
تنش های حلقوی در محل تقاطع، از رابطه زیر تخمین زده می شود.
در حالتی که تنش حلقوی کششی باشد. مقدار f‘hنباید از 0.6Fy تجاوز کند. در حالت تنش حلقوی فشاری، این تنش نباید از 0.5Fhc تجاوز کند. Fhc باید از رابطه 26 محاسبه شود. در حالی که Fhe، باید برابر
0.4 Et/D
در نظر گرفته شود.
ضوابط طراحی سازه ها
تقویت های حلقوی در محل تقاطع مخروط و استوانه
در صورت نیاز به تقویت در محل تقاطع، تقویت های حلقوی باید مطابق روابط زیر باشند.
در روابط فوق:
D: قطر استوانه در محل تقاطع
Dc: قطر با در نظر گرفتن مرکز سطح مقطع مرکب (در حالت تقویت داخلی، Dc باید برابر D مد نظر قرار گیرد.)
Ac: مساحت مقطع مرکب تقویت
Ic: ممان اینرسی مقطع مرکب تقویت
در محاسبه Ac و Ic، عرض مؤثر دیواره که به عنوان بال مقطع مرکب مدنظر قرار می گیرد، عبارت است از.
زمانی که تنش مجاز (33%) افزایش یافته باشد. مقادیر Ac و Ic را می توان به میزان (25%) کاهش داد. اگر از تسمه به عنوان تقویت های حلقوی استفاده شود. حداقل ابعاد تسمه ها باید مطابق بند 3-2-5-3 مد نظر قرار گیرد.
فشار هیدرواستاتیکی
طراحی مخروط
برای کنترل کمانش موضعی در مقابل فشار هیدرواستاتیکی در تبدیل های مخروطی تقویت نشده که دارای زاویه رأس 2a کمتر از 60 درجه باشند. می توان تبدیل ها را به عنوان استوانه های معادل در نظر گرفت. که دارای طولی برابر طول اریب مخروط در حد فاصل تقویت ها و قطری برابر با D/cosa باشند. در این رابطه، D قطر مخروط در انتهای بزرگتر مخروط در حد فاصل مورد نظر است.
تقویت های میانی
در صورت نیاز به تقویت حلقوی در طول تبدیل مخروطی، این تقویت ها باید بر اساس رابطه 27 طراحی شوند. در این رابطه، قطر معادل برابر D/cosa و L برابر با فاصله متوسط بین تقویت مورد نظر و تقویت های مجاور می باشد. Fhe نیز متوسط تنش کمانش حلقوی الاستیک برای دو چشمه در دو طرف تقویت مورد نظر است.
تقویت های حلقوی در محل تقاطع مخروط و استوانه
در صورتی که رابطه 19 با محاسبه Fhe از رابطه 23 و با در نظرگیری Ch=0.44 (t/D)cosa برقرار شود. نیازی به استفاده از تقویت حلقوی در محل تقاطع مخروط استوانه نیست.
در صورت نیاز به تقویت های حلقوی، ابعاد باید به گونه ای باشند. که ممان اینرسی مقطع مرکب تقویت Ic، در رابطه زیر صدق نماید.
در این رابطه:
Le: فاصله تا اولین تقویت حلقوی در مقطع مخروطی در راستای محور مخروط
Lt: فاصله تا اولین تقویت حلقوی در مقطع استوانه ای
Fhe: تنش کمانش حلقوی الاستیک در استوانه
Fhec: تنش کمانش حلقوی الاستیک در مخروط است که با استفاده از قطر معادل یک استوانه به دست می آید.
در رابطه فوق چنان چه از تقویت خارجی مورد کاربرد باشد. D به جای قطر استوانه، باید قطری که با مد نظر قرار دهی مرکز سطح مقطع مرکب به دست می آید باشد.
اتصالات اعضای کششی و فشار
اتصالات در انتهای اعضای کششی و فشاری، باید قادر به انتقال نیروهای طراحی باشند. و در هر حال، این اتصالات باید توانایی انتقال حداقل (50%) مقاومت مؤثر عضو را داشته باشند. برای پیوندهای لوله ای ساده، در صورتی که رابطه زیر برقرار باشد. شرط مذکور برقرار شده فرض می شود.
در این رابطه:
Fye: مقاومت تسلیم عضو اصلی (تنه) یا مقاومت کششی عضو، هر کدام کمتر باشند.
Fyb: مقاومت تسلیم عضو فرعی (شاخه)
β ،γ ،τ ،θ : پارامترهای هندسی اتصال بر طبق شکل 3-2
در این رابطه، Fyb و τ باید براساس مشخصات اسمی عضو فرعی باشند. و مشخصات قسمت تقویت شده در انتهای عضو، نباید مورد استفاده قرار گیرد.
θ: زاویه عضو فرعی نسبت به عضو اصلی
t: ضخامت عضو فرعی
T: ضخامت عضو اصلی
d: قطر عضو فرعی
D: قطر عضو اصلی
اتصالات لوله ای
اتصالات لوله ای ساده
پیوندهای لوله ای ساده، اتصالاتی هستند که اعضای فرعی آنها دارای همپوشانی نبوده واز ورق های تقویت و یا لچکی در آنها استفاده نشده است. این اتصالات باید مطابق ضووابط زیر طراحی شوند. پارامترهای این نوع اتصال در شکل 3-2 معرفی شده اند.
دسته بندی اتصالات
دسته بندی اتصالات به X,K,Y,T باید براساس هندسه و نوع بارگذاری برای هر حالت بارگذاری صورت گیرد. برای آن که اتصالی به عنوان K تلقی شود. نیروی محوری موجود در یک عضو فرعی، باید با نیروهای موجود در عضوهای فرعی دیگر. در همان صفحه و همان طرف عضو اصلی، در حالت تعادل باشد. در حالت اتصال T یا Y، تعادل نیروی محوری در عضو فرعی با نیروهای برشی در عضو اصلی برقرار می شود.
ضوابط طراحی سازه ها
و در اتصالات X، نیروی محوری در عضو فرعی در یک سوی عضو اصلی. از طریق عضو اصلی به عضو فرعی موجود در سمت دیگر عضو اصلی منتقل می شود. در طراحی اعضای فرعی که بخشی از نیروهای خود را به صورت اتصال K. و بخش دیگر را به صورت اتصال Y.T و یا X منتقل می کنند. باید از درون یابی روابط استفاده شود. نمونه هایی از چنین حالت ها، در شکل 3-3 ارایه شده اند.
ظرفیت اتصالات
ظرفیت اتصالات باید براساس نیروهای اسمی موجود در عضو فرعی به شرح زیر معین شود. مقادیر مجاز ظرفیت اتصال بر حسب نیروهای اسمی در عضو فرعی، عبارتند از:
Ma,Pa به ترتیب ظرفیت اتصال بر حسب نیروی محوری و ممان خمشی موجود در عضو فرعی هستند. در مقادیر فوق، هرگاه طراحی برای شرایط حدی در حال انجام باشد. افزایش (33%) مجاز است. Qr ضریبی است که اثرات حضور تنش های اسمی طولی در عضو اصلی را در نظر می گیرد. و عبارت است از:
Qr=1.0-λ γ A2
در این رابطه، λ برای تنش های محوری در عضو فرعی برابر 0/03. برای تنش های خمشی داخل صفحه در عضو فرعی برابر 0/045. و برای تنش های خمشی خارج از صفحه در عضو فرعی، برابر 0/021 می باشد. و در ضمن ضریب A برابر است با:
ضوابط طراحی سازه ها
در رابطه اخیر
به ترتیب تنش های اسمی محوری، خمشی داخل صفحه و خمشی خارج از صفحه در عضو اصلی هستند. در حالتی که تمام تنش های تارهای بیرونی در عضو اصلی کششی هستند. Qr برابر 1 در نظر گرفته می شود. در رابطه A، چنان چه طراحی برای حالت های دی در دست انجام باشد. مخرج کسر را می توان (33%) افزایش داد.
ضریب Qu در روابط 44 و 45، در جدول 3-3 بر حسب نوع اتصال و نوع بارگذاری، ارایه می گردد.
در حالتی که در عضو فرعی، ترکیب بارهای مختلف موجود باشد. ظرفیت اتصال براساس روابط اندرکنش زیر تعیین می شوند.
نکات طراحی
چنان چه در عضو اصلی در محل اتصال لوله ای، افزایش ضخامت ضروری باشد. این افزایش ضخامت باید حداقل به اندازه 1/3 قطر عضو اصلی یا 300 میلیمتر، هر کدام که بزرگترند. از لبه بیرونی عضو فرعی ادامه پیدا کند. در حالتی که از افزایش ضخامت و یا تغییر نوع فولاد در انتهای عضو فرعی استفاده شود. این افزایش باید حداقل به اندازه قطعر عضو فرعی و یا 600 میلیمتر، هر کدام که بزرگترند. از محل اتصال ادامه یابد (به شکل 3-4 رجوع شود).
در اتصالات لوله ای ساده، باید حداقل 50 میلیمتر فاصله آزاد از پای جوش در بین دو عضو فرعی. در محل اتصال به عضو اصلی وجودو داشته باشد. چنان چه برای تأمین این فاصله آزاد، محل تلاقی محورهای اعضای فرعی یا محور اصلی از 1/4 قطر عضو اصلی تجاوز نکند. اتصال همچنان از نوع اتصال متمرکز (بدون خروج از مرکز) تلقی می شود.
چنان چه تأمین فاصله آزاد 50 میلیمتر میسر نگردد. اتصال باید به عنوان اتصال همپوشان تلقی شود و مطابق ضوابط بند 3-6-2 طراحی شود.
I1: طولی از محیط عضو فرعی که به عضو اصلی جوش شده است.
I: طولی از محیط عضو فرعی که در تماس با عضو است (قسمت همپوشان مد نظر قرار نمی گیرد).
2-6-3 اتصالات لوله ای همپوشان
در اتصالات همپوشان که مقادیر ممان های خمشی کم شوده و بخشی از نیروهای محوری به طور مستقیم. از یک عضو فرعی به عضو فرعی دیگر منتقل می شوند. طراحی بر طبق روش زیر صورت می گیرد.
مقدار مجاز مؤلفه عمود بر محور عضو اصلی ناشی از نیروی محوری در عضو فرعی، عبارت است از:
در رابطه فوق:
Pa: ظرفیت اتصال بر حسب نیروی محوری عضو فرعی تعریف شده در بند 3-6-1-2
I2: تصویر طولی از عضو شاخه که با عضو دیگر در امتداد عمود بر محور عضو اصلی، دارای همپوشانی است.
Vwa: تنش مجاز برشی در جوش بین اعضای فرعی، بر طبق AISC
fw: ضخامت عضو نازک تر فرعی و یا ضخامت گلوی جوش، هرکدام کمتر است.
قسمت همپوشان باید برای حداقل (50%) مقدار ⊥P کنترل شود. زمانی که اعضای فرعی تحت اثر بارهای متفاوتی هستند. یا در مواردی که یکی از اعضای فرعی از عضو فرعی دیگر ضخیم تر باشد. لازم است عضو ضخیم تر، به طور کامل امتداد ییابد و به عضو اصلی جوش شود (مطابق شکل 3-5).
ممان های ناشی از منطبق نبودن محل تلاقی امتداد محور اعضای فرعی با محور اصلی. در صورتی که خروج از مرکز، بیش از مقدار مورد تعیین در بند 3-6-1-3 باشد. باید در طراحی در نظر گرفته شوند.
3-6-3 اتصالات متراکم
در اتصالات متراکم که اعضای فرعی موجود در صفحات مختلف، در محل اتصال همپوشان می شوند. راه حل های زیر توسط طراح می تواند در نظر گرفته شود.
الف: در مواردی که یکی از اعضای فرعی به صورت قابل ملاحظه ای از عضو دیگر ضخیم تر باشد. آن عضو می تواند به صورت کامل امتداد بیابد و عضو دیگر به صورت عضو فرعی همپوشان، طراحی شود (جزئیات A در شکل 3-6).
ب: به عنوان یک راه حل دیگر، ممکن است قطر عضو اصلی در محل اتصال افزایش بیابد. و اتصال به صورت یک اتصال ساده طراحی شود (جزئیات B در شکل 3-6).
ج: راه حل سوم، استفاده از یک اتصال کروی است (جزئیات C در شکل 3-6). این اتصال باید با استفاده از پارامترهای زیر، بر طبق ضوابط بند 3-6-1 طراحی شود.
دک راه حل دیگر، ایجاد فاصله در محل تلاقی اعضای فرعی با عضو اصلی دریکی از صفحات است (جزئیات D در شکل 3-6). در این حالت لنگرهای ناشی از خروج از مرکز اتصال، باید در طراحی مد نظر قرار گیرد.
ضوابط طراحی سازه ها
4-6-3 انتثاب بار در عرض عضو اصلی
در اتصالات X و اتصالات پایه های جاکت که به عنوان عضو خرپای به آب اندازی، استفاده می شوند. و سایر اتصالات که در آنها باید بار در عرض عضو اصلی منتقل شود. طراحی باید به گونه ای صورت گیرد. که از خرابی آن جلوگیری شود. در اتصالاتی که در محل اتصال فقط از افزایش ضخامت استفاده شود. ضخامت افزایش یافته برای Tc باشد. و نسبت به قطر عضو فرعی به قطر اصلی کوچکتر از 0/9 باشد. مقدار بار مجاز در عضو فرعی برابر است با:
ضوابط طراحی سازه ها
در روابط اخیر:
L: طولی از عضو اصلی است که در قسمت اول شکل 3-7 نشان داده شده است.
P(1): معادل Pa است که از رابطه 44 با استفاده از ضخامت اسمی عضو اصلی به دست می آید.
P(2): معادل Pa است که از همان رابطه با استفاده از ضخامت Tc به دست می آید.
برای اتصالات پیچیده تر، باید ملاحظات خاصلی اعمال شود. در حالتی که چند عضو فرعی در یک صفحه وجود داشته باشد. جمع نیروی اعمالی به بدنه عضو اصلی از رابطه
Σi Pi sin θi
به دست می آید.
در این حالت می توان با استفاده از تحلیل یک حلقه با در نظر گرفتن رفتار غیر خطی. و ضرایب اطمینان مناسب، تحلیل تقریبی انجام داد. در این حالت، طول مؤثر حلقه باید مطابق قسمت دوم شکل 3-7 تعیین شود. و در این حالت اثرات وجود دیافراگم یا تقویت حلقوی در طول مؤثر حلقه مورد تحلیل، می تواند مدنظر قرار گیرد.
در اتصالاتی که در عضو اصلی در محل تلاقی هر عضو فرعی حداقل 2 دیافراگم در محل مناسب باید قرار بگیرد. تنها ظرفیت اتصال باید کنترل شود. ضخامت این دیافراگم ها باید حداقل برابر ضخامت جداره عضو فرعی باشد. و ظرفیت اتصال باید با استفاده از جدول 3-3 و در نظر گرفتن اتصال به صورت X، به دست آید.
5-6-3 سایر اتصالات
اتصالاتی که بر طبق مفاد بندهای 3-6-1 الی 3-6-4 قابل طراحی نباشند. براساس روش های مناسب تحلیلی یا تجربی طراحی شوند.
7-3 خستگی
1-7-3 کلیات
در طراحی سکوهای دریایی، لازم است توجه لازم به خستگی ناشی از تنش های متناوب در محل اتصالات مبذول گردد. و برای این منظور، باید تحلیل تفصیلی خستگی به نحوی که در این بند توصیف می شود، انجام گردد.
ضوابط طراحی سازه ها
2-7-3 روش تفصیلی تحلیل
برای انجام تحلیل خستگی به روش تفصیلی، اقدامات زیر باید انجام شوند.
1-2-7-3
وضعیت امواج دریا باید به صوتر منحنی های فراوانی امواج و یا مجموعه ای از حالت های دریا. که در درازمدت ممکن است در محل پدیدار شوند، تعیین گردد. داده های مذکور ممکن است با استفاده از اطلاعات ثبت شده و یا اطلاعات حاصل از روش تخمین گذشته به دست آیند.
برای انجام تحلیل خستگی با استفاده از اطلاعات حالت های دریا، حالت ها ممکن است. به صورت تعداد محدودی از حالت های نماینده که توسط طیف انرژی و نیز احتمال وقوع توصیف می شوند، بیان شوند.
حالت های دریا ممکن است به یکی از فرم های زیر بیان شوند.
الف: دیاگرام توزیع دو پارامتری
این دیاگرام باید احتمال ترکیبات مختلف ارتفاع عمده موج و زمان تناوب متوسط قطع صفر را ارایه دهد.
ب: دیاگرام توزیع جهتی
در این حالت، هر حالت دریا با سه پارامتر مشخصه ارتفاع عمده موج، زمان تناوب متوسط قطع صفر جهت مرکزی حرکت موج، بیان می شود.
ج: دیاگرام توزیع جهتی به همراه تابع پخش جهتی
در این حالت، علاوه بر سه پارامتر مشخصه در حالت ب، تابع پخش جهتی (θ)D. نیز توزیع انرژی موج در جهت های مختلف در هر حالت دریا را توصیف می کند.
د: ردیف های دو مودی
در این روش، حالت دریا با ترکیب امواج دورآ و امواج محلی به دست می آید. از آنجا که امواج دورآ به صورت تقریبی، تک جهته می باشند. در این روش از تابع پخش جهتی نباید استفاده شود.
2-2-7-3
برای به دست آوردن تنش های اسمی ایجاد شده در اعضای سازه ناشی از نیروهای امواج، سازه باید به صورت یک قاب فضایی تحلیل شود. محاسبات نیروهای امواج باید مطابق رویه ای که در بند 2-3-1 تشریح شد انجام شوند. ولی اثر جریان های دریایی ممکن است کنار گذاشته شود. لذا در نظر گرفتن زمان تناوب ظارهی موج و اثرات ممانعت جریان ضروری نیست. ضرایب سینماتیکی موج و پوشش لوله های هادی نیز، باید برابر یک در نظر گرفته شوند. ضرایب پسا و اینرسی نیز به حالت دریا وابسته اند. که با استفاده از عدد کویلیگان کارپنتر K، به دست می آیند. برای امواج کوتاه (که در آنها
1>K>6
برای پایه های سکو در تراز متوسط دریا) Cm=2، برای اعضای زبر، Cd=8. و برای اعضای صاف Cd=0/5 باید مورد استفاده قرار گیرند.
3-2-7-3
مدل قاب فضایی که برای تحلیل خستگی سازه مورد استفاده قرار می گیرد. باید تمام خصوصیات مهم مربوط به سختی، جرم استهلاک انرژی، رسوب های جانداران دریایی و بارگذاری و مشخصات فونداسیون سازه را در بر گیرد. مدل سازه ای مورد استفاده در تحلیل مقاومت سازه، ممکن است برای تحلیل خستگی نیاز به اصلاحاتی داشته باشد. که در بر گیرنده اعضای حساس در مقابل خستگی باشد.
تقاطع اعضا در مدل سازه ای، باید به گونه ای مدل شود. که تنش اسمی منتج در انتهای عضو برای استفاده بعدی در تحلیل خستگی مناسب باشد. در مورد اتصالات لوله ای که در آنها عضو فرعی خیلی کوتاه بوده و یا عضو اصلی دارای قطر بزرگی باشد. نرمی موضعی اتصال باید در محاسبات منظور شود.
سختی اعضای الحاقی نظیر لوله J، رایزر، لوله های هدایت کننده شمع های کناری. ورق بستر و یا سازه به آب اندازی جاکت، چنان چه در سختی کلی سازه مشارکت قابل ملاحظه ای داشته باشند. باید در مدل سازه لحاظ شوند. سختی لوله های هادی و سطوح افقی سازه نیز باید در مدل در نظر گرفته شوند. همچنین سختی عرشه سکو نیز باید به صورت کافی در مدل لحاظ شود.
در صورتی که ضرایب مربوط به خطی سازی رفتار فونداسیون سکو، به گونه ای اختیار شوند. که منعکس کننده رفتار تناوبی سازه در مقابل حالت هایی از دریا باشند. که بیشترین مشارکت را در خسارات ناشی از خستگی در سازه پدید می آورند، قابل قبول است.
مدل سازی اجرام در سازه، باید دربر گیرنده جرم سازه اصلی، تجهیزات، لوله های هادی، سازه های الحاقی، دوغاب سیمان. رسوب های جانداران دریایی، جرم آب محبوس در اعضای سازه و جرم اضافی آب باشد. جرم اضافی آب برای حرکت های عمود بر محور طولی هر یک از اعضای سازه اصلی یا سازه الحاقی. ممکن است براساس جرم آب جابه جا شده، توسط این اجزا تخمین زده شود. در تحلیل های دینامیکی و یا در مواردی که اثرات دینامیکی بازتاب سازه به بارگذاری امواج مورد محاسبه قرار می گیرد. انتخاب ضرایب میرایی حایز اهمیت است.
ضوابط طراحی سازه ها
برای این منظور استفاده از نسبت های میرایی (2%). و یا کمتر از آن مربوط به نیروی پسا، منجر به میرایی اضافی در سازه می شود. در مورد سکوهای ثابت غیر منعطف، چنین افزایشی در میرایی در اندازه گیری ها مشاهده نشده است. لذا استفاده از این روش جایز نیست. در مورد سکوهای منعطف، این اثر میرایی اضافی می تواند در محاسبات منظور شود.
از آنجا که زمان تناوب ارتعاش سکوها ممکن است. بر اساس فرضیات تحلیل، دارای تغییرات قابل توجهی باشد. زمان تناوب محاسبه شده از تحلیل باید به صورت دقیقی مورد مطالعه قرار گیرد. در صورتی که از روش طیفی جهت تحلیل استفاده گردد و زمان تناوب حاصل از تحلیل، در حوالی یکی از مناطق حضیض. در منحنی تابع تبدیل برش پایه قرار گیرد، لازم است. با اصلاح جرم یا سختی اجزای سازه، این زمان تناوب تا (10%). به سمت حالتی که نتایج محافظه کارانه ای را ارایه می دهد تغییر یابد.
در محاسبات مربوط به بارگذاری امواج، لازم است. استفاده از تئوری موج مناسب و تعیین ضرایب پسا و اینرسی با دقت انجام شود. و توجه شود که موارد فوق، ممکن است در حالت تحلیل در مقابل خستگی، با حالت تحلیل برای تعیین مقاومت سازه متفاوت باشند.
4-2-73
نتایج تحلیل مدل قابل فضایی سازه باید بر حسب تنش اسمی در محل اتصال اعضا مشخص شوند. در اتصالات لوله های جاکت سکوها، تنش های اسمی در عضو فرعی باید با استفاده از ضرایب تمرکز تنش مناسب. به تنش های نقاط بحرانی در نقاط مجاور اتصال لوله ها تبدیل شوند. اثرات موضعی مربوط به هندسه جوش که در نتیجه جوش اتفاق می افتد. در منحنی های S-N نهفته است. و در نظر گرفتن این اثرات در ضرایب تمرکز تنش، ضروری نیست.
ضوابط طراحی سازه ها
5-2-7-3
در هر نقطه در اطراف هر اتصال مورد نظر، بازتاب تنش در هر حالت دریا باید محاسبه شود. تنش های مذکور باید با استفاده از اطلاعات مربوط به فراوانی حالت های دریای به توزیع درازمدت تنش تبدیل شوند. این توزیع سپس باید برای محاسبه نسبت تجمعی خسارت خستگی D، مطابق رابطه زیر مورد استفاده قرار گیرد.
در این رابطه:
n: تعداد سیکل های بارگذاری در یک دامنه تنش معین
N: تعداد سیکل های بارگذاری مجاز در دامنه تنش معین که از منحنی S-N به دست می آید.
به عنوان یک روش مجاز دیگر، ممکن است نسبت تجمعی خسارت برای هر حالت دریا به صورت جداگانه. با استفاده از رابطه فوق محاسبه می شوند و سپس این نسبت ها با یکدیگر ترکیب شوند. تا نسبت تجمعی خسارت برای کل حالت های دریا، محاسبه گردد.
6-2-7-3
عمر طراحی خستگی برای هر اتصال و هر عضو، باید حداقل 2 برابر عمر مورد نظر سازه باشد. به عبارت دیگر ضریب اطمینان 2 در محاسبات منظور شود. برای عمر طراحی ضریب D، نباید از 1 تجاوز نماید. برای اعضای حساس که خرابی آنها ممکن است منجر به خسارت مهمی در سازه گردد. استفاده از ضرایب اطمینان بزرگتر توصیه می شود.
چنان چه خسارت ناشی از خستگی به واسطه عوامل دیگری نظیر حمل و نقل نیز در سازه پدید آید. برای ترکیب اثرات خستگی حالت های مختلف بارگذاری، باید از رابطه زیر استفاده گردد.
در رابطه Di نسبت خسارت ناشی از هر نوع بارگذاری و i(SF) ضریب اطمینان مربوطه است.
برای حالت حمل و نقل، چنان چه از توزیع درازمدت امواج برای محاسبه خسارت ناشی از اثرات کوتاه مدت خستگی استفاده بشود. ضریب اطمینان بزرگتری باید لحاظ شود.
3-7-3 منحنی های S-N
1-3-7-3
در مورد اتصالات لوله ای که در معرض تغییرات تنش ناشی از بارهای محیطی یا بارهای بهره برداری قرار می گیرند. منحنی های S-N شکل 3-8 باید مورد استفاده قرار گیرند. این منحنی ها برای حالت بارگذاری تصادقی مورد استفاده می باشد. و با فرض حفاظت کاتدی مؤثر در سازه تهیه می شوند. برای اتصالاتی که در ناحیه پاشش آب قرار دارند. یا در معرض خوردگی شدید بوده و یا فاقد حفاظت در مقابل خوردگی می باشند. حد طاقت نشان داده شده در منحنی نباید مد نظر قرار گیرد. اتصالات در ناحیه پاشش آب قرار نگیرند. برای اتصالات لوله ای که در معرض تنش های منظم متفاوت در محیط خارج از آب قرارمی گیرند. حد طاقت برای منحنی های X و ‘X ممکن است به ترتیب در موقعیت 107 و 107×2 مد نظر قرار گیرد.
منحنی ‘X برای حالت هایی که پروفیل جوش به صورت کنترل نشده باشد. ولی با پروفیل هموار استاندارد AWS مطابقت داشته باشد. و در ضمن، ضخامت لوله فرعی از 16 میلیمتر کمتر باشد، قابل کاربرد می باشد. برای همین حالت، چنان چه ضخامت از 16 میلیمتر بیشتر باشد، باید اصلاح اثر اندازه، مطابق رابطه زیر انجام شود.
که در آن:
S: تنش مجاز
S0: تنش مجاز حاصل از منحنی S-N
t: ضخامت عضو شاخه
To: حد ضخامت عضو شاخه برای استفاده مستقیم از منحنی S-N , شانزده میلیمتر برای منحنی ‘X
منحنی X برای حالت هایی که پروفیل جوش به صورتی که در بند 7-4-2 تعریف شده، کنترل شده باشد. و ضخامت عضو فرعی کمتر از 25 میلیمتر باشد، کاربرد دارد. در این حالت، چنان چه ضخامت عضو فرعی بیشتر از 25 میلیمتر باشد. لازم است اصلاح اثر اندازه با استفاده از رابطه فوق صورت گیرد. ولی در این حالت to در رابطه مذکور، برابر 25 میلیمتر می باشد. البته لازم نیست کاهش تنش مجاز به میزانی باشد. که تنش مذکور از تنش مجاز حاصل از منحنی ‘X کمتر باشد.
در حالتی که ضخامت عضو فرعی از 25 میلیمتر بیشتر باشد. در صورتی که پروفیل جوش به گونه ای هموار سنگ زده شود. و دارای شعاعی بزرگتر یا برابر ضعف ضخامت عضو شاخه باشد. اصلاح اثر اندازه ضروری نیست. اثرات سنگ زدن نهایی باید در جهت عمود بر محور جوش بوده و آزمایش ذرات مغناطیسی نیز روی جوش انجام شود.
ضوابط طراحی سازه ها
2-3-7-3 سایر اتصالات و اعضا
اعضای دیگر لوله ای و اتصالات در عرشه سکوها، همچنین اعضای الحاقی سازه، ممکن است. در معرض تنش های متغیر ناشی از عوامل محیطی یا بارهای عملکردی قرار گیرند. بارهای عملکردی با دامنه متغیر، شامل بارهای ناشی از چرثقیل ها، ماشین آلات و یا پر و خالی شدن مخازن می باشند. در این حالت، چنان چه جزئیات اتصال جوشی بر طبق شکل 3-9 باشد. منحنی های S-N اشکال 3-10 و 3-11، باید با توجه به وجود یا عدم وجود درجه نامعینی. در اجزای سازه ای مورد بررسی، مورد استفاده قرار گیرند.
در مورد اتصالات جوشی اعضای لوله ای، به استثنای اتصالات لوله به لوله که در بند 3-7-3-1 مورد بحث قرار گرفت. چنان چه تغییرات تنش به حالتی که در جدول 3-4 نمایان و مشخص است. اعمال منحنی های S-N نمایان است در شکل 3-12 باید مورد استفاده قرار گیرند.
در مواردی که اتصالات مورد مطالعه در معرض خوردگی باشند. حد طاقت نباید در منحنی های S-N مدنظر قرار گیرد. ولی در حالت هایی که اتصال در ناحیه مستغرق قرار گرفته. و از حفاظت کاتدی مؤثر نیز استفاده شده باشد. حد طاقت را می توان در تعداد سیکل های بارگذاری 108×2 در نظر گرفت. در منحنی های S,S-N معرف تنش اسمی در مجاورت اتصال مورد مطالعه می باشد. ولی در این اتصالات، ممکن است به دلایلی از قبیل خمش پوسته ای، تنش های واقعی، بزرگتر از تنش های اسمی باشند. که این موضوع باید در استفاده از این منحنی ها مورد توجه واقع شود. البته تمرکز تنش های هندسی ناشی از جزئیات هندسی اتصال، از قبل در منحنی ها مدنظر قرار می گیرند.
ضوابط طراحی سازه ها
4-7-3 ضرایب تمرکز تنش برای اتصالات لوله ای
منحنی های xو ‘x در شکل 3-8، باید به همراه دامنه های تنش بحرانی که با استفاده از ضرایب تمرکز تنش مناسب به دست می آیند، مورد استفاده قرار گیرند. این ضرایب ممکن است با استفاده از تحلیل های المان محدود و آزمایش بر روی مدل و یا روابط تجربی که بر اساس یکی از روش ها به دست آمده باشند، تعیین شوند.
برای اتصالاتی که مفاد بند 3-6-1 را رعایت نمی کنند. به عنوان مثال آنهایی که به صورت همپوشان بوده و یا دارای تقویت های حلقوی و یا ورق های لچکی هستند. ضریب تمرکز تنشی حداقل برابر با 6، باید در عضو فرعی استفاده شود. در مواردی که عضو اصلی و یا اجزای تقویتی به گونه ای طراحی نشده اند. که به تنهایی بتوانند تمام ظرفیت باربری استاتیکی اتصال را تأمین نمایند. این اجزا نیز باید به صورت جداگانه مورد کنترل قرار گیرند.
چنان چه از روش تحلیل المان های محدود و المان های پوسته نازک برای تعیین ضرایب تمرکز تنش استفاده شود. شبکه المان های محدود باید به اندازه کافی ریز باشند. تا تغییرات شدید تنش در محل تقاطع را نشان دهد. و در ضمن، تنش های متناظر با محل جوش نیز باید در تفسیر نتایج مورد استفاده قرار گیرند. المان های پوسته ضخیم یا المان های جامد سه بعدی نیز ممکن است در این نوع تحلیل مورد استفاده قرار گیرند. تا مدل سازی بهتری از منطقه جوش صورت گیرد.
چنانچه در نظر باشد از روابط تجربی برای تعیین ضرایب تمرکز تنش استفاده شود. چند دسته از این روابط به شرح زیر قابل استفاده اند.
الف: روابط kuang که بر اساس تحلیل های المان های محدود با استفاده از المان پوسته نازک حاصل گردیدند.
ب: روابط Kellog که در این روابط، اثر دوغاب سیمان بر روی ضرایب تمرکز تنش نیز مد نظر قرار گرفت.
ج: روابط Liogds Register که بر اساس نتایج آزمایش بر روی مدل های آکریلیک اتصالات لوله ای به دست آمده اند.
د: روابط Gibsteine , Buitrago, Tebbett
در استفاده از روابط تجربی باید توجه کرد که از این روابط در خارج از محدوده اعتبار پارامترها استفاده نشود. آسیب شناسی از خستگی باید حداقل در 4 نقطه در اطراف اتصال لوله ای محاسبه شود. در موقعیت زین اتصال (شکل 3-13)، تنش های بحرانی ناشی از نیروی محوری و ممان خمشی خازج از صفحه و در موقعیت تاج اتصال (شکل 3-13)، تنش های بحرانی ناشی از نیروی محوری و ممان خمشی داخل صفحه، باید با یکدیگر ترکیب شوند. از آنجا که در حالت ترکیب بارهای مختلف، حداکثر تنش ممکن است. در نقطه ای غیر از نقاط زین و یا تاج اتفاق افتد. چنان چه مقادیر تنش در تعداد 8 نقطه یا بیشتر در اطراف اتصال محاسبه شوند. باید چگونگی توزیع تنش در اطراف اتصال با استفاده از روابط نظیر روابط موجود در مراجع این قسمت تعیین شود.
برای پیدا کردن مکان فعالیت استیل دی بر روی کلمه (نقشه) کلید نمایید
استیل دی –Steel day
02166396590– 09922704358
آدرس دفتر مرکزی: تهران – جاده قدیم کرج – بعد از کارخانه شیرپاستوریزه – فتح سیزدهم – مجتمع پایتخت- واحد C9
ارتباط با ما در شبکه های اجتماعی (با کلیک بر روی لینک های زیر به ما بپیوندید)
https://t.me/steel_day تلگرام
https://www.instagram.com/steel_day.ir اینستاگرام
https://twitter.com/MDlakan توییتر