مثال طراحی اتصال جوشی تحت ترکیب برش و پیچش

اتصال جوشی خارج از مرکز تحت ترکیب برش و پیچش

1. مقدمه

در این جلسه مثالی از طراحی اتصالات جوشی تحت بار خارج از مرکزبه روش طراحی ارتجاعی آموزش داده می شود. 

 ورقی برای اتصال تیر به ستون طراحی شده است و در معرض نیروی برشی با مقدار قابل توجهی قرار گرفته است. این ورق با سه خط جوش متشکل از دو خط جوش طولی و یک خط جوش عرضی به ستون متصل شده است.  فولاد استفاده شده از نوع st37  بوده و برای برقراری جوش از الکترود E70 استفاده می کنیم. 

ابتدا مرکز سطح اتصال را تعیین می کنیم. سپس ثابت پیچشی را که به صورت خطی تابعی از t_e بوده تعیین کرده و  مساحت کل جوش را نیز  تعیین می کنیم.

در ادامه مطابق با آموزش های قبل می بایست تنش های اعمالی و نیروی برایند را در دو نقطه عرضی و طولی جوش محاسبه کنیم. سپس مقاومت جوش را نیز با استفاده از روابط متناظر در مبحث دهم تعیین می کنیم. 

حال با هدف دستیابی به طرحی بهینه نیروی برآیند را برابر با مقدار مقاومت قرار داده و بعد جوش را تعیین می کنیم. 
در مرحله آخر محدودیت های الزام شده مبحث دهم برای جوش های گوشه را کنترل شده و پس از تکمیل فرایند طراحی نقشه اجرایی جوش به طور کامل ترسیم می کنیم. 

2. روش های طراحی اتصال جوشی تحت بار خارج از مرکز 

طراحی ارتجاعی

روش ها طراحی مشتمل بر 3 نوع می باشند. روش اول روش طراحی ارتجاعی است. که در حل مثال های آموزشی نیز از همین روش استفاده می شود. به این دلیل که مفاهیم حاکم بر طراحی مطابق این روش ساده بوده و نیاز به زمان کمتری نیز دارد. اشکال  این روش محافظه کارانه بودن آن است. فرضیات این روش به گونه ایست که روق متصل شونده صلب فرض شده، از اصطکاک صرفنظر می شود و جوش نیز به صورت الاستیک فرض می شود که دلیل نام گذاری این روش نیز، است. 

روش مقاومت نهایی

روش دیگر طراحی، روش مقاومت نهایی است که روش دقیق تری نسبت به روش ارتجاعی بوده اما روند پیچیده تری داشته به این دلیل که می بایست مرکز آنی دوران برای جوش در نظر گفته شود و سپس مقاومت جوش به صورت دقیق  محاسبه می شود. 

روش تجربی

روش دیگر روش تجربی است که همان روش مقاومت نهایی است که برای یک سری حالت خاص توسط آزمایش به فرمول های ساده ای تبدیل شده است. 

در ادامه روند طراحی حالت های مختلف اتصالات خارج از مرکز بر مبنای روش طراحی ارتجاعی توضیح داده می شود:

3.  اتصال جوشی تحت ترکیب برش و پیچش

یکی از حالت های اتصال جوشی تحت بار خارج از مرکز اتصالات جوشی تحت ترکیب برش و پیچش است. فرض می کنیم باری به صورت برشی به یک ورق متصل شونده اعمال می شود. این ورق توسط جوش طولی و جوش های عرضی به بال یک ستون متصل شده است. بار نسبت به مرکز سطح اتصال دارای خروج از مرکزیت e می باشد و می توان مرکز سطح اتصال را با توجه به طول جوش ها تعیین کرد. مطابق با مباحث استاتیک، بار  همراه با یک لنگر پیچشیبه مرکز سطح اتصال انتقال می یابد. مقدار لنگر پیچشی برابر با اندازه بار برشی در اندازه خروج از مرکزیت می باشد.  لنگر پیچشی منجر به اعمال جریان برش در سراسر جوش می شود. بنابراین دو تنش با ماهیت های برشی و پیچشی بر اتصال اعمال می شوند. حال می بایست این تنش ها در روند طراحی بررسی شوند. 

در تمامی نقاط جوش تنش ناشی از برش وجود داشته و با f_vy مشخص می شود. نقاط بحرانی جوش تعیین شده و معمولا یکی از نقاط جوش طولی و یکی از نقاط جوش عرضی بررسی می شود. 

تنش پیچشی نیز در تمامی نقاط جوش وجود داشته و با f_t نشان داده شده و همواره عمود بر شعاع رسم شده از مرکز سطح نسبت به نقطه مورد نظر می باشد. برای محاسبه تنش برشی ناشی از پیچش برای سهولت به طور محافظه کارانه ای از رابطه نظیر مقطع دایره ای استفاده می شود.  بردار تنش ناشی از پیچش به دو مولفه تنش افقی و تنش عمودی تبدیل می شود. که مولفه تنش عمودی نظیر پیچش با مولفه تنش برشی جمع می شود. در نهایت نیز نیروی برآیند محاسبه شده و با مقاومت جوش کنترل می شود. 

قابل ذکر است که این احتمال وجود دارد که نیروی برشی  به صورت مورب به ورق وارد شود که در آن صورت به هر نقطه جوش یک مولفه افقی و یک مولفه عمودی ناشی از نیروی برشی اعمال می کند. که در ان صورت مولفه افقی تنش ناشی از پیچش نیز با مولفه افقی تنش ناشی از نیروی برشی جمع می شود.

دقت شود که در در فرایند کنترل نقاط جوش باید دقت شود که هر چه فاصله شعاعی نقطه مورد نظر تا مرکز سطح جوش بیشتر باشد، نیروی بیشتری به آن نقطه اعمال می شود

محاسبه مقاومت جوش در جلسات قبلی آموزش داده شد. برای نقاطی که بر روی جوش عرضی(ارتفاعی) ما قرار دارند به این دلیل که با راستای نیرو موازی هستند، از مقاومت جوش داده شده در آیین نامه استفاده می شود، اما در صورتی که راستای نیرو با راستای جوش متعامد بوده و یا زاویه داشته باشد، مقاومت جوش داده شده در آیین نامه در یک ضریب افزاینده که تابعی از آن زاویه است، ضرب می شود.  . 

4. اتصالات جوشی تحت برش و خمش

فرض می کنیم که بار برشی از تیری که توسط نبشی نشیمن به بال ستون متصل شده است، به نبشی نشیمن اعمال می شود.  این بار نسبت به اتصال جوش نبشی به بال دارای خروج از مرکزیت می باشد.  

برای طراحی مشابه با حالت قبل نیروی برشی به همراه لنگر خمشی به مرکز سطح اتصال انتقال می یابد که اندازه لنگر خمشی اعمالی از حاصلضرب خروج از مرکزیت بار در مقدار بار برشی حاصل می شود. در ادامه با استفاده از روابط مکانیک جامدات تنش ناشی از برش و خمش محاسبه می شود. دقت شود که در رابطه محاسبه تنش خمشی( رابطه برنولی) فاصله دورترین تار کششی تا مرکز سطح اتصال ملاک است و نه تار فشاری، به این دلیل کشش موجب کندن جوش می شود.

در ادامه نیروی اعمالی برآیند و مقاومت جوش نیز مشابه با حالت قبل محاسبه شده و نیروی اعمالی با مقاومت فراهم شده توسط جوش قیاس شده و پذیرش اتصال کنترل می شود. 

در جلسه بعد مثال هایی از طراحی جوش خارج از مرکز تحت ترکیب برش و خمش بررسی می شود.

5. دپارتمان سازه سامانه کارگشا

مدت زمان این محصول ویدئویی آموزشی-محاسباتی 18  دقیقه بوده و شامل تصاویر، روابط محاسباتی، توضیحات تفضیلی و در صورت نیاز تفاسیر آیین نامه‌ای عنوان محصول می باشد. 

برای بهره مندی از خدمات محاسبات طراحی بر اساس شرح خدمات سازه ، در خواست خود را در لینک مشاوره فنی و مهندسی سازه ثبت نمایید.

• هیچ دیدگاهی ثبت نشده است.