فولاد ساختمانی

ورق فولادی st52-بررسی عددی تأثیر استفاده از آلیاژ حافظه دار شکلی-قیمت فولاد st52

ورق فولادی st52-بررسی عددی تأثیر استفاده از آلیاژهای حافظه دار شکلی و سوراخ دار بودن صفحات کناری بر عملکرد چرخه ای اتصالات

ورق فولادی st52-بررسی عددی تأثیر استفاده از آلیاژ حافظه دار شکلی-فروش فولاد st52

ورق فولادی st52

چکیده

در اتصالات گیردار رایج، نقطه ضعف بزرگ، شکست ترد ناحیه ی جوشکاری هنگام وقوع زلزله می باشد. یک راهکار خلاقانه برای رفع چنین نقطه ضعف هایی استفاده از صفحات کناری در اتصال تیر به ستون می باشد. در مطالعات گذشته، تمرکز بیشتر بر عملکرد اتصالات با صفحه ی کناری و مقایسه ی این اتصالات با انواع دیگر اتصالات گیردار بوده است. در این تحقیق، به بررسی تأثیر جنس، ضخامت و سوراخ دار بودن صفحات کناری بر عملکرد چرخه ای اتصال خمشی پرداخته می شود. برای این منظور علاوه بر استفاده از صفحات کناری از جنس فولاد نرمه St37 و فولاد پر مقاومت کم آلیاژ (St52). از آلیاژ حافظه دار شکلی نیکل-تیتانیوم (SMA-Ni-Ti) نیز بکاری گیری شد.

مدل سازی و تحلیل

تا اثر فوق الاستیک این آلیاژ بر عملکرد اتصال نیز مورد بررسی قرار گیرد. مدل سازی و تحلیل در نرم افزار اجزاء محدود ABAQUS تحت بارگذاری چرخه ای صورت پذیرفت. و نتایج حاکی از افزایش ظرفیت و شکل پذیری اتصالات با صفحه ی کناری از جنس آلیاژ حافظه دار شکلی بوده و همچنین مشخص گردید. که می توان ضخامت های بهینه ای را برای صفحات کناری انتخاب نمود. تا بدین صورت بیشترین شکل پذیری ممکن در اتصال ایجاد گردد. و از تشکیل مفصل پلاستیک جلوگیری شود. بر اساس نتایج مورد حاصل، با تغییر پیکربندی و ایجاد برش. در اتصال بطور کلی ظرفیت اتصال در دوران 0/04 رادیان (حد پذیرش قاب های خمشی) کاهش یافت. و تمرکز تنش در گوشه های دارای برش خوردگی بیشترین تأثیر را در گسیختگی صفحات کناری دارند.

مقدمه

ساخت سازه های فولادی قاب خمشی در نیمه ی دوم قرم بیستم دچار تغییرات چشمگیری شد. که خود حاصل به چالش کشیده شدن روندهای طراحی آئین نامه ای توسط زلزله هایی همچون نورثریچ (1994) و کوبه (1995) بود. عملکرد سازه های فولادی در این دو زلزله از نظر شکل پذیری پایین تر از سطح مورد انتظار بود. و شکست ترد در اتصالات فولادی قاب خمشی مشاهده شد. بعد از زلزله ی نورثریچ، دو تغییر اساسی در طراحی اتصالات فولادی ایجاد شد.

ورق فولادی st52

1) افزایش مقاومت اتصالات 2) ضعیف کردن مقاومت تیر نسبت به مقاومت اتصال. هدف از این دو تغییر جدا کردن مفصل پلاستیک از سطح ستون و انتقال آن به تیر بود. این کار احتمال شکست ترد جوش های شیاری اتصال را کاهش می دهد و به اتصال این قابلیت را می داد. که دوران پلاستیک را تا 0.03 رادیان با افت لنگر پلاستیک کمتر از 20% تحت بارهای چرخه ای کنترل نماید. از جمله اتصالاتی که در دهه های اخیر کاربرد آن رواج پیدا کرده است.

اتصال تیر به ستون با استفاده از صفحات کناری می باشد. در اتصالات با صفحه ی کناری یک جفت صفحه ی فولادی تیر را به ستون متصل می کند. این کار، اتصال جوشی انتهای تیر به بال ستون را حذف می کند. و تیر مستقیماً اتصالی به ستون ندارد. جدایی تیر از ستون مانع تمرکز تنش سه محوری موجود دراتصالات گیردار رایج می شود. و افزایش سختی صفحات کناری تا حد زیادی قاب سازه ای را سخت تر کرده. و با ایجاد سه چشمه ی اتصال موازی (دو صفحه کناری به همراه جان ستون). وابستگی سختی به تغییر شکل چشمه ی اتصال حذف می گردد. در این نوع اتصال صفحات فولادی در بالا و پایین تیر. تنها به منظور پر کردن فاصله ی بین عرض بال تیر و عرض ستون استفاده می شوند.

مطالعات انجامی در زمینه ی اتصالات با صفحات کناری، غالباً بر تعیین عملکرد لرزه ای. مقایسه با اتصالات دیگر و بهسازی لرز ه ای به کمک این اتصالات متمرکز بوده اند. واثقی امیری و همکاران پارامترهای لرز ه ای سیستم های دوگانه با اتصالات دارای صفحات کناری را مورد بررسی قرار دادند. و پارامترهای لرز ه ای مانند ضرایب شکل پذیری، تنش مجاز، اضافه مقاومت ضریب رفتار را در این نوع قاب ها محاسبه کردند. دیلمی و یخچالیان اتصالات گیردار با صخامت کناری را در نرم افزار اجزاء محدود ANSYS مدل سازی نمودند.

ورق فولادی st52

در زمینه ی بهسازی سازه هم می توان به مطالعه ی انجامی توسط چو و همکاران اشاره کرد. در این مطالعه شرایط اولیه ی اتصال مورد بهسازی به صورت گیردار با بال جوش شده و جان پیچ شده به ستون بوده است. که بعد از بهسازی، دو صفحه ی کناری در دو طرف بال قرار گرفت و به ستون متصل گردید.

در زمینه مطالعات آزمایشگاهی نیز می توان به مطالعه ی دیلمی و شیراوند اشاره کرد. در این مطالعه دو نمونه ی اتصال گیردار با صفحه ی کناری تحت بارگذاری چرخه ای مورد آزمایش قرار گرفتند. و عملکرد چرخه ای آنها مورد بررسی قرار گرفته. فریدمهر و همکاران به بررسی عملکرد سازه ی فولادی قاب خمشی دارای اتصال گیردار با صفحه ی کناری تحت خرابی پیش رونده پرداختند.

ورق فولادی st52

اتصال خمشی صفحه کناری قادر به دست یابی به ظرفیت چرخشی کافی و توسعه ظرفیت غیر ارتجاعی کامل تیر اتصال دهنده است. نتایج نشان داد که این اتصال دارای سختی، مقاومت به شکل پذیری مناسبی در برابر خرابی پیش رونده می باشد. علیزاده و همکاران به ارزیابی عملکرد محوری اتصال صفحه کناری جان تیر پرداختند. نتایج نشان داد که صفحه ی کناری اتصال باعث افزایش مقاومت محوری می شود.

ورق فولادی st52-بررسی عددی تأثیر استفاده از آلیاژ حافظه دار شکلی- قیمت فولاد st52

آلیاژ نرمه

در مطالعه فعلی به منظور بررسی جامع رفتار صفحات کناری در اتصالات علاوه بر فولادهای نرمه و پر مقاومت کم آلیاژ. آلیاژهای حافظه دار شکلی نیکل – تیتانیوم (SMA-Ni-Ti) نیز بکارگیری شد. آلیاژهای حافظه دار شکلی گروهی از آلیاژهای فلزی هستند. که در تغییر شکل های زیاد با افزایش دما شکل اولیه ی خود را به دست می آورند. وقتی فنری از آلیاژ حافظه دار شکلی تولید می شود. قابلیت کشش و انبساط دارد و شبکه ی کریستالی آن قابل تغییر است. بدون اینکه دچار خرابی گردد.

زمانی که فنر تا دمای خاصی حرارت دهی می شود. اتم های شبکه ی کریستالی نظم و ترتیب اولیه ی خود را به دست می آورند و فنر مارپیچ می شود. آلیاژهای حافظه دار شکلی دارای دو فاز با شکل کریستالی متفاوت و در نتیجه خصوصیات متفاوت هستند. یکی از این فازها آستنیت است که فاز پایدار آن در دمای بالا است و دیگری مارتنزیت که فاز پایدار آن در دمای پایین است. تغییر حالت SMA بین این دو حالت که با اعوجاج برشی شبکه بندی اتفاق می افتد تغییر شکل مارتنزیتی نامگذاری می شود. تغییر شکل برگشت پذیر مارتنزیتی با سرد و گرم کردن در غیاب بار خارجی در شکل 1 نمایان و مشخص است.

در حالت بدون تنش، یک آلیاژ حافظه دار شکلی دارای چهار دمای مشخصه می باشد. As دمای آغاز حالت آستنیت، Af دمای پایین حالت آستنیت. Ms دمای حالت آغاز مارتنزیت و Mf دمای پایان حالت مارتنزیت می باشد. اگر دمای محیط بالاتر از Af باشد ماده اصطلاحاً در حالت آستنیت قرار دارد. و رفتار فوق الاستیک از خود بروز خواهد داد. و اگر دمای محیط کمتر از Mf باشد. ماده اصطلاحاً در حالت مارتنزیت قرار دارد. و رفتار حافظه شکلی از خود بروز خواهد داد. همچنین شکل 2 زمانی را نشان می دهد که ماده تحت حالت بدون تنش قرار گرفته است.

ورق فولادی st52

ورق فولادی st52

و تحت بار گرمایی است. تا زمانی که ماده به دمای As برسد، تبدیل از مارتنزیت به آستنیت آغاز می شود. تا به دمای بالاتر As و به سمت Af برود. سرانجام زمانی که به دمای Af برسد، تبدیل فاز پایان می پذیرد و ماده به حالت کاملاً آستنیت در می آید. در تبدیل معکوس، زمانی که ماده تحت کاهش دما قرار دارد. تا زمانی که ماده به دمای Ms نرسیده است. در حالت کامل آستنیت قرار دارد. زمانی که به دمای Ms می رسد، کریستال های آستنیت شروع به تبدیل شدن به مارتنزیت می کنند. و زمانی که به دمای Mf می رسد، تبدیل آستنیت به مارتنزیت کامل می شود. در تبدیل معکوس، در دمای بین Mf و Ms ماده به صورت ترکیبی از آستنیت و مارتنزیت می باشد. حالت مارتنزیت می تواند هم توسط دما و هم توسط تنش ایجاد شود.

در ادامه، پیشینه ی مطالعات در زمینه ی کاربرد آلیاژهای حافظه دار شکلی در سازه های قاب خمشی ارائه می گردد. ابولمعالی و همکاران خصوصیات میرا کننده ی انرژی اتصالات T شکل را با استفاده از فولاد و بست های SMA مورد آزمایش قرار دادند. با وجود اینکه در این آزمایش بست های SMA دچار ترک اولیه شدند. اما اتصالات T شکل با بست های SMA میرایی انرژی بیشتری نسبت به اتصال با بست های فولادی از خود نشان دادند.

ورق فولادی st52

الینگوود و همکاران عملکرد لرزه ای قاب های خمشی دارای آرماتورهای SMA مارتنزیت یا فوق الاستیک را مورد بررسی قرار دادند. شبیه سازی های عددی نشان داد که اتصالات SMA فوق الاستیک برای کنترل تغییر شکل باقیمانده در سازه مناسب تر هستند. و همچنین اتصالات حاوی SMA مارتنزیت در کاهش تغییر شکل حداکثر تأثیر بیشتری دارد. اسپیشر و همکاران آزمایش بارگذاری چرخه ای را بر روی اتصالات ساده با تاندون های فولادی. SMA مارتنزیت، SMA فوق الاستیک و SMA فوق الاستیک به همراه میله های آلومینیومی موازی انجام داند.

برخلاف مدل های تولیدی با فولاد، SMA مارتنزیت و همچنین SMA فوق الاستیک توانایی مرکز گرایی قابل ملاحظه ای از خود نشان دادند. و تغییر شکل های باقیمانده در آنها تحت بارگذاری تا جابه جایی نسبی 5% ناچیز بود. فنگ و همکاران رفتار اتصالات گیردار با ورق انتهایی دارای پیچ های SMA. را در مدل های بزرگ مقیاس تحت بار چرخه ای مورد آزمایش قرار دادند. همه ی مدل ها توانایی مرکزگرایی بالایی از خود نشان دادند. و ظرفیتت میرایی انرژی آن ها در حد متوسط بوده است. وانگ و همکاران اتصال مرکزگرایی بین تر H شکل و ستون های دایره ی توخالی. را با استفاده از تاندون های فوق الاستیک SMA معرفی کردند. در مطالعه ی آنها شش نمونه ی بزرگ مقیاس مورد آزمایش قرار گرفت. و قابلیتت مرکز گرایی آنها بررسی شد.

بعد از اعمال بار چرخه ای تا جا به جایی نسبی 6% اتصالات دارای عملکرد مناسبی بوده اند. و میرایی انرژی نسبتاً خوبی از بروز می دهند. و در نهایت قابلیت مرکزگرایی آن ها مطلوب گزارش شده است. ماوریا و همکاران، مهاربندهای کمانش تاب کوچکی با هسته ی کوچک تر و طول کوتاه پیشنهاد کردند. که می توانند در سازه ها به عنوان فیوز و میراگر بکار روند. اوزجلیک و همکاران، مهاربند کمانش تابی با شرایط اتصال متفاوت را به صورت تست های آزمایشگاهی پیشنهاد کردند. نوآوری این تحقیق ایجاد محدودیت های بشتر در بخش های مختلف اتصال مصالح به هم می باشد. این قیود باعث کاهش نقص های موضعی و کمانش های آنی در بعضی بخش های مهاربند می گردد. شن و همکاران، عملکرد لرزه ای قاب های با مهاربندهای هم محور را با و بدون مهاربندهای کمانش تاب مطالعه کردند.

نتایج تحقیق نشان می دهد که قاب های با مهاربند های کمانش تاب دریفت های پسماند را کنترل می نماید. و ظرفیت تسلیم و فروریزش سازه را افزایش داده اند. سانژینگ و همکاران، با بکارگیری آلیاژ حافظه دار در قاب های با مهاربندهای شورون هشتی کمانش تاب. عملکرد قاب های با مهاربندهای کمانش تاب در دو حالت با و بدون آلیاژ حافظه دار را مطالعه کردند. در این تحقیق عدم توانائی مهاربندهای کمانش تاب در مهار دریفت های پسماند بیان شده است. همچنین از توانایی این مهاربندها در کاهش دریفت طبقات تحت تحلیل های لرزه ای عنوان شده است. فرمانی و قاسمیه در مطالعه ای عددی دو دسته اتصالات تیر به ستون مجهر به تاندون های آلیاژ حافظه دار شکلی نیکل-تیتانیوم. را به عنوان المان مرکز گرا و پین های فولادی را به عنوان میراگرهای انرژی مکمل مورد بررسی قرار دادند.

و نقش آنها را در بهسازی لرزه ای اتصالات قابل خمشی فولادی تعیین نمودند. هاشمی و همکاران د قاب با تعداد طبقات 6 و 12 دارای مهاربندهای کمانش تاب در نرم افزار OpenSees. به صورت دو بعدی در دو حالت با و بدون آلیاژ حافظه دار شکلی مدل سازی نموده اند. و در نهایت نقش آلیاژهای حافظه دار شکلی در آن به استفاده از تحلیل های دینامیکی غیرخطی افزایش (IDA). تحت 7 زوج شتاب نگاشت دور از گسل پیشنهادی دستورالعمل FEMA P695 بررسی شدند. بر اساس منحنی های IDA، ظرفیت فروریزش قاب های مذکور مورد ارائه و در نهایت منحنی های شکست برای سطح فروریزش توسعه دهی شدند.

نتایج نشان داد که ظرفیت فروریزش قاب های دارای مهاربند مجهز به آلیاژ حافظه دار شکلی نسبت به مهاربند کمانش تاب بیشتر می باشد. به عنوان نمونه، در سطح احتمال 50 درصد. ظرفیت فروریزش قاب 12 طبقه دارای مهاربند مجهر به آلیاژ حافظه دار شکلی نسبت به قاب دارای مهاربند کمانش تاب، 30 درصد بیشتر می گردد. همچنین نتایج بیانگر این مسأله است که در قاب های 6 طبقه به ازای شتاب های طیفی مختلف. سیستم مهاربندی کمانش تاب مجهز به آلیاژ حافظه دار شکلی. نسبت به سیستم مهاربندی کمانش تاب می تواند 38 درصد احتمال فروریزش را کاهش دهد. با بکارگیری آلیاژ حافظه دار شکلی در این قاب های می توان هزینه بازاریابی سیستم دچار خسارت ساختمانی. را کاهش داد و سیستم برگشت پذیرتری داشت.

تا کنون تمرکز اکثر مطالعات انجامی بر روی ظرفیت باربری و شکل پذیری اتصالات با صفحه ی کناری می باشد. در این تحقیق، به عنوان نوآوری به بررسی اثرات جنس، ضخامت و سوراخ دار بودن صفحه ی کناری بر عملکرد چرخه ای اتصالات. با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود ABAQUS پرداخته می شود. همچنین در این مطالعه، با مدل سازی آلیاژهای حافظه دار شکلی نیکل-تیتانیوم. علاوه بر فولادهای نرمه و پر مقاومت کم آلیاژ از خصوصیت فوق الاستیک این آلیاژها در اتصالات با صفحه ی کناری نیز استفاده گردید. و عملکرد آنها مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت.

صحت سنجی و مدل سازی نمونه ها

به منظور صحت سنجی مدل های مورد مطالعه، مدل اجزاء محدود نمونه ی آزمایشگاهی مورد انجام. توسط دیلمی و شیراوند در نرم افزار ABAQUS شبیه سازی گردید. شمای کلی اتصال در شکل 3، بارگذاری چرخه ای مطابق شکل 4. مدل ایجاد شده در نرم افزار ABAQUS در شکل 5 ارائه و نمایان است. طبق مشخصات نمونه ی آزمایشگاهی در منبع از مقطع IPE300 برای تیر و از مقطع 21PE270 برای ستون استفاده گردید. مشخصات هندسی صفحات کناری در جدول 1، خصوصیات هندسی تیر و ستون در جدول 2. ابعاد ورق های بکار رفته در جدول 3 و مشخصات مصالح در جدول 4 ذکر شده اند.

بارگذاری در این آزمایش به انتهای ستون و به صورت افقی اعمال گردیده. و گامهای بارگذاری طبق جدول 5 اعمال گردیده و دوران نهایی اتصال به 0/06 رادیان می رسد. مشخصات آلیاژهای حافظه دار شکلی نیکل-تیتانیوم در جدول 6 ارائه و نمایان است. در مش بندی مدل از المان پیوسته C3D&R با شش وجه و هشت گره بکار گیری گردید.

ورق فولادی st52

در شکل 6 منحنی هیسترزیس نمونه ی آزمایشگاهی دیلمی و شیراوند بیان گردید. همانطور که از شکل 7 مشخص است منحنی هیسترزیس لنگر-دوران و خروجی نرم افزار ABAQUS تطابق خوبی با منحنی هیسترزیس نمونه ی آزمایشگاهی دارد. پس می توان با اطمینان به مدل سازی و تحلیل های دینامیکی تحت بارگذاری چرخه ای پرداخت. و با توجه به تغییر پارامترهای جنس، ضخامت و پیکربندی رفتار صفحات کناری بر عملکرد چرخه ای اتصالات را مورد مطالعه و مقایسه قرار داد. متغیرهای ارائه شده در جدول 1 و 2 به صورت زیر تعریف می شوند.

 a: فاصله مرکز تا مرکز IPE در ستون.

b,tf,tw: به ترتیب ضخامت جان، ضخامت بال و عرض بال.

tsp,Isp,hsp: به ترتیب ارتفاع، طول و ضخامت صفحات کناری.

ورق فولادی st52
ورق فولادی st52
ورق فولادی st52

lcov: طول ضخامت رویی و نشیمن

bbcov , ttcov: به ترتیب ضخامت و عرض صفحات رویی.

bbcov , ttcov: به ترتیب ضخامت و عرض صفحه نشیمن.

tcon: ضخامت صفحات پیوستگی.

tsh: ضخامت صفحات برش.

همچنین به منظور صحت سنجی رفتار آلیاژ حافظه دار شکلی نیکل – تیتانیوم و اعمال منحنی تنش-کرنش مربوطه در نرم افزار ABAQUS. مدل میله ای با مقطع دایره ای شکل به شعاع 100 میلی متر و طول 1/5 متر ایجاد شد. و مشخصات فوق الاستیک آلیاژ حافظه دار شکلی نیکل-تیتانیوم براساس مقاله ی مرجع تعریف گردید. سپس این مدل تحت بارگذاری چرخه ای قرار گرفت و منحنی تنش کرنش ان استخراج گردید. شمای این مدل در شکل 8 ارائه شده است.

ورق فولادی st52

مطابق شکل 9 مشخصات حاصل از خروجی نرم افزار ABAQUS

ورق فولادی st52

از جمله تنش شروع و پایان تغییر از فاز آستنیت به مارتنزیت (مقادیر Mf,Ms). تنش شروع و پایان تغییر از فاز مارتنزیت به آستنیت (مقادیر Af , As). و کرنش تبدیل با منحنی آزمایشگاهی آلیاژ حافظه دار شکلی نسبتاً مطابقت دارند.

ورق فولادی st52

نتایج

در این بخش نتایج مدل سازی و تحلیل های چرخه ای مدل های مورد مطالعه در نرم افزار اجزاء محدود ABAQUS ارائه گردیده. و نتایج در سه بخش به شرح ذیل ارائه و مقایسه شده اند.

بررسی اثر جنس صفحه ی کناری بر عملکرد چرخه ای اتصال پارامتر نخست بررسی اثر جنس صفحات کناری. بر عملکرد چرخه ای اتصال در نمونه های M-3,M-2,M-1 می باشد. این نمونه ها به ترتیب از جنس فولاد نرمه St37. فولاد پر مقاومت کم آلیاژ ST52 و آلیاژهای حافظه دار شکلی Ni-Ti مد نظر قرار گرفت. منحنی هیسترزیس لنگر-انحنا حاصل از اعمال بارگذاری چرخه ای به ترتیب در شکل های 10 الی 12 نمایان و و معلوم و مشخص است.

در همه ی این مدل ها ضخامت صفحه ی کناری برابر با 15 سانتیمتر مد نظر قرار گرفت. و در مدل M-1 حداکثر لنگر در 0/03 رادیان ایجاد شده و برابر است با 168kN.m. در مدل M-2 حداکثر لنگر در دوران 0/02 رادیان رخ می دهد و مقدار آن برابر است با 177kN.m. همچنین مقادیر حداکثر لنگر و دوران مربوطه برای نمونه M-3 به ترتیب برابر است با 172/6kN.m و 0/02 رادیان. مقدار حداکثر لنگر در هر چرخه هیسترزیس در شکل 13 برای هر کدام از نمونه ها مشخص گردید.

ورق فولادی st52

ورق فولادی st52
ورق فولادی st52

با توجه به منحنی ارائه شده در شکل 13 مشخص می شود که منحنی M-3. مربوط به آلیاژز حافظه دار شکلی (SMA-Ni-Ti) دوران بیشتری را تا نقطه ی گسیختگی تحمل کرده است. اما با این وجود لنگر حداکثر در منحنی M-1 بیشتر است. بنابراین با استفاده از آلیاژ حافظه دار شکلی (SMA-Ni-Ti) ظرفیت اتصال کاهش 2/5% از خود نشان می دهد. اما شکل پذیری آن را به صورت قابل ملاحظه ای افزایش می دهد. در ادامه مدل های M-1 تا M-3 مطابق شکل های 14 تا 16 ارائه و نمایان است.

بررسی اثر ضخامت صفحه ی کناری بر عملکرد چرخه ای اتصال

مطابق شکل های 17 تا 21 در مدل های T-1 تا T-5 اثر ضخامت صفحه کناری بر عملکرد آن بررسی گردید. نمونه های T-1 و T-2 از فولاد St37 و نمونه های T4،T3 و T5 از آلیاژ حافظه دار شکلی (SMA-Ni-Ti) هستند. در مدل T-1 لنگر حداکثر برابر است با KN.m 168/9 که در دوران 0/01 رادیان رخ می دهد. برای مدل 2-T لنگر حداکثر و دوران مربوطه برابر است با 127/5kN.M و 0/07 رادیان. مقدار لنگر حداکثر و دوران در مدل T-3 برابر است با 173/7kN.m که دوران 0/03 رادیان رخ می دهد.

ورق فولادی st52
ورق فولادی st52

برای مدل 4-T هم مقادیر لنگر حداکثر و دوران به ترتیب برابر هستند با kN.m و 0/04 رادیان مقادیر لنگر. و جابه جایی حداکثر هم برابر هستند. با 122/9kN.m و 0/07 رادیان. مقایسه ی حداکثر لنگر در چرخه های مختلف منحنی هیستترزیس در مدل های 1-T تا 5-T مطابق شکل 22 ارائه و نمایان است. در ادامه مدل های T-1 تا T-5 مطابق شکل های 23 تا 27 نمایان و مشخص است.

ورق فولادی st52

بررسی اثر سوراخ دار بودن در صفحات کناری

به منظور بررسی اثر سوراخ دار بودن در صفحه ی کناری بر عملکرد اتصال. نمونه های S-1 تا S-4 در نرم افزار ABAQUS مدل سازی شد و منحنی های هیسترزیس آنها استخراج گردید.

ورق فولادی st52
ورق فولادی st52
ورق فولادی st52
ورق فولادی st52

این منحنی ها در شکل های 28 تا 31 نمایان و مشخص است. در مدل 1-S مقدار لنگر حداکثر برابر است با 163/67kN.m که در میزان دوران 0/03 رادیان رخ داده است. در مدل 2-S مقدار لنگر حداکثر برابر است با 160/85kN.m در دوران برابر با 0/01 رادیان. همچنین میزان لنگر و دوران مدل S-3 به ترتیب برابر است. شکل 32 مقادیر حداکثر لنگر در چرخه های دیگر را در این مدل ها نمایان و مشخص است. همانطور که از منحنی مشخص است، دوران گسیختگی در نمونه های S-2 و S-4. کمتر از همین مقادیر برای نمونه های S-1 و S-3 می باشد. در ادامه مدل های S-1 تا S-4 مطابق شکل های 33 تا 36 نمایان و مشخص است.

تجزیه و تحلیل نتایج

در این قسمت نتایج مورد ارائه در بخش های با یکدیگر مقایسه خواهند شد. طبق آیین نامه ی FEMA350 و آیین نامه ی فولاد آمریکا (AISC,2010) در قاب های خمشی ویژه ظرفیت اتصال یابد.

ورق فولادی st52
ورق فولادی st52
ورق فولادی st52

در دوران برابر با 0/04 رادیان حداقل برابر با 80% ظرفیت تیرهای متصل به اتصال باشد. به همین منظور مقادیر حداکثر لنگر تحمل شده. توسط اتصال ها در مدل های تولیدی در دوران 0/04 رادیان در جدول 7 ارائه شدند.

ورق فولادی st52

ورق فولادی st52
ورق فولادی st52

در همه ی مدل های مورد ارائه نسبت لنگر دوران نسبی برای اتصال ها تهیه گردید. برای تهیه ی این منحنی ها از نرم افزار Matlab استفاده گردید. به شکلی که مساحت زیر منحنی پوش لنگر-دوران نسبی با مساحت زیرمنحنی دوخطی ایجادی یکسان مد نظر قرار گرفت. منحنی دوخطی نمونه ها در شکل 37 نشان داده شده است.

ورق فولادی st52

ورق فولادی st52

در مدل های M-1 و M2 که در آنها صفحه ی کناری به ترتیب از فولاد St37 و St52 ساخته شده اند. مشاهده می شود که ظرفیت اتصال در دوران 0/04 رادیان وابستگی چندانی به جنس این فولادها نداشته. و اساساً با افزایش لنگر به حدی بالاتر از لنگر پلاستیک تیرها وقوع کمانش موضعی در بال و جان تیر. منحنی هیسترزیس این نمونه ها دچار افت شده است. در مدل M-3 با توجه به استفاده از آلیاژ حافظه دار شکلی نیکل-تیتانیوم. و خواص فوق الاستیک این ماده که در نرم افزار آباکوس تعریف شده است.

می توان مشاهده کرد که اولاً با توجه به آنکه مدول الاستیسیته آلیاژ حافظه دار شکلی نیکل-تیتانیوم. در فاز آستنیت نسبت به مدول الاستیسیته فولاد بسیار پایین تر است. شیب قسمت الاستیک منحنی مربوط به مدل M-3 کمتر از شیب منحنی های M-2 و M-1 است. در عین حال، افت ایجادی در منحنی هیسترزیس M-1 و M-2 در منحنی M-3 هم نمایان می گردد. دلیل این امر آن است که قبل از تبدیل فاز آستنیت به مارتنزیت در آلیاژ نیتینول لنگرهای ایجادی از لنگر پلاستیک تیر فراتر می رود. و کمانش های موضعی مانند نمونه های M-1 و M-2 در بال و جان تیر ایجاد می شوند.

با ورود آلیاژ حافظه دار شکلی نیکل – تیتانیوم به فاز مارتنزیت و ظهور خواص فوق الاستیک. بخشی از جابه جایی های ایجادی با ایجاد تغییر شکل های بزرگ در صفحه ی کناری جبران می شود. و با این وجود تنش های بزرگ تری هم توسط صفحه کناری تحمل می شود. این مسأله باعث می شود که ظرفیت اتصال در این حالت بیشتر از نمونه های M-1 و M-2 باشد.

ورق فولادی st52

و با این وجود افت شدید ایجادی در ظرفیت در جابه جایی های بالای 0/04 رادیان. در نمونه های M-1 و M-2 در نمونه ی M-3 مشاهده نشود. نکته دیگر اینکه در نمونه های M-1 و M-2 تغییر شکل المان های بال و جان تیر. در جابه جایی های نسبی بالای 0/04 رایدان آنقدر زیاد بود که عملاً امکان همگرایی در این جابه جایی ها برای نرم افزار وجود نداشت.

در نمونه ی M-3 اما این تغییر شکل ها در المان های تیر به شدت مدل های M-1 و M-2 نبوده. و اتصال تا جابه جایی های نسبی 0/07 رادیان را تحمل کرده و افت لنگر چندانی در آن ایجاد نمی شود. در مدل T-1 ضخامت فولاد St37 به 1 سانتی متر کاهش داده شده است. این کار ظرفیت اتصال در دوران 0/04 رادیان را کاهش داد. اما با این وجود در این نمونه افت لنگر بعد از جابه جایی 0/04 رادیان به شدت نمونه های M-1 و M2 نیست. به عبارت دیگر با کاهش ضخامت صفحه ی اتصال سختی اتصال نسبت به سختی تیر کاهش یافت و نیروهای کمتری به تیر وارد می شوند. اما تنش های ایجادی در صفحه ی اتصال هم بزرگ تر خواهند شد.

در مدل T-2 ضخامت صفحه کناری باز هم کاهش یافته و به 0/5 سانتی متر رسیده است. با این کار عملاً افت لنگر در جابه جایی های نسبی بالای 0/04 رادیان وجود نداشته است. چراکه کمانش موضعی و تغییر شکل های بزرگ مانند حالات قبلی در جان و بال تیر رخ نمی دهد. در این حالت تنها می توان کمانش موضعی جان پایین تیر را در آخرین چرخه بارگذاری مشاهده کرد. (دلیل عدم رخداد کمانش موضعی در بال بالایی این است که صفحه اتصال پایینی یک تکه بوده. و به همین دلیل سختی بیشتری نسبت به صفحات بالایی دارد و نیروهای بیشتری به بال پایینی تیر نسبت به بال بالایی وارد می گردد).

همچنین در مدل T-2 تنش های ایجادی در فولاد صفحه ی کناری بسیار بالا رفت. و برخلاف صفحات کناری در مدل های قبلی که رفتاری الاستیک داشتند. در این حالت صفحه ی کناری رفتار پلاستیک از خود نشان می دهد. مدل های T-1 و T-2 تا دوران 0/07 رادیان را تحمل نمودند. در مدل های S-1 تا S-4 با ایجاد برش های نیم دایره و مستطیل شکل. عملکرد صفحه ی کناری با ایجاد تغییر پیکربندی در آن مورد بررسی قرار گرفت.

در مدل های S-1 و S-3 با ایجاد دو برش نیم دایره و مستطیل شکل. ظرفیت اتصال در دوران 0/04 رادیان سه درصد نسبت به حالت صفحه ی بدون برش کاهش نشان می دهد. و به ترتیب به مقادیر 156/25kN.m و 157/17kN.m می رسد. همچنین در مدل های S-2 و S-4 تعداد چهار برش نیم دایره و مستطیل شکل در صفحه ی کناری ایجاد شده. و در این حالت افت لنگر در دوران 0/04 رادیان قابل توجه بوده. و همچنین اتصال تنها قادر به تحمل دوران تا 0/05 رادیان می باشد. برای مقایسه ی شکل پذیری پارامتر

ورق فولادی st52

حاصل از منحنی دو خطی لنگر-دوران نسبی این نمونه ها با یکدیگر مقایسه می گردد. برای نمونه های S-1 و S-3 با دو برش دایره و مستطیل شکل مقدار پارامتر شکل پذیری برابر است با

ورق فولادی st52

بنابراین می توان نتیجه گرفت که علیرغم نزدیکی ظرفیت خمشی در دوران نسبی 0/04 رادیان. تغییرشکل برش ها از دایره به مستطیل باعث کاهش قابل ملاحظه ی شکل پذیری می شود. با افزایش تعداد برش های دایره ای و مستطیل شکل شکل پذیری باز هم کاهش یافته است. به صورتی که دوران نهایی نمونه ها از 0/07 به 0/05 کاهش می یابد. در مدل های S-2 و S-4 پارامتر شکل پذیری برابر است با

ورق فولادی st52

در نهایت با مقایسه ی نمونه های S-1 تا S-4 می توان نتیجه گرفت. که عملکرد اتصال با صفحه ی کناری به همراه برش های دایره ای شکل. از نظر ظرفیت و شکل پذیی بهتر از صفحات کناری با برش های مستطیل شکل بوده. و با افزایش تعداد این برش ها، ظرفیت و شکل پذیری کاهش چشمگیری داشته اند.

نتیجه گیری

در این تحقیق، تأثیر تغییر در جنس، ضخامت و شکل صفحات کناری در اتصالات خمشی تحت اثر بارگذاری چرخه ای مورد بررسی قرار گرفتند. در مجموع برای بررسی اثر جنس، 12 نمونه ی عددی شامل 3 مدل. اثر ضخامت، 5 مدل و اثر تغییر پیکربندی نمونه ها، 4 مدل در نرم افزار اجزاء محدود ABAQUS مدل سازی شدند. و در بررسی اثر جنس صفحه ی کناری، علاوه بر فولادهای نرم و پر مقاومت از آلیاژهای حافظه دار شکلی نیکل-تیتانیوم (Ni-Ti). در صفحه ی کناری اتصال استفاده شده است. در نهایت بعد از مدل سازی و تحلیل اجزاء محدود مدل ها. به استخراج منحنی هیسترزیس تحت بارگذاری چرخه ای پرداخته و نتایج زیر به اختصار ارائه شده است.

1- مشخص شد که صفحات کناری با آلیاژ حافظه دار شکلی نیکل-تیتانیوم در ضخامت یکسان. اساساً ظرفیت نیروی بالاتری را تحمل کرده و انرژی بیشتری را جذب می کنند.

ورق فولادی st52

2- در مدل هایی که شامل تغییر ضخامت صفحه ی کناری می باشند. مشخص شد که در صفحات فولادی با وجود آنکه ظرفیت لنگر اتصال کاهش می یابد. اما با این وجود تا ضخامت 1 سانتی متر، میزان شکل پذیری افزایش می یابد. و افت لنگر در جابه جایی های بالاتر کمتر رخ می دهد.

3- با کاهش بیشتر ضخامت در صفحات فولادی در جابه جایی های بالا. صفحه ی کناری از خود رفتار پلاستیک نشان می دهد و تغییر شکل چندانی در فولاد ایجاد نمی شود. اما با توجه به اینکه مقدار لنگر تحمل شده در اتصال از 0/8 لنگر پلاستیک بیشتر است. اتصال می تواند در قاب خمشی با شکل پذیری ویژه نیز استفاده شود.

4- ایجاد تغییر پیکربندی در صفحات کناری مانند سوراخ دار بودن تا زمانی که این تغییر پیکربندی ها در نقاط پر تنش نباشد. (قسمت مرکزی صفحه ی اتصال و ناحیه ی متصل به بال ستون) تأثیر زیادی بر ظرفیت اتصال ندارد. اما ایجاد تغییر پیکربندی در نواحی پر تنش، به سرعت ظرفیت اتصال را کاهش می دهد.

فروش انواع استیل-فولاد نسوز -فولاد دریایی-فولاد ساختمانی-فولاد آلیاژی (استیل دی) ((ارتباط سریع با واحد فروش 02166396590- 09922704358))

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

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *