مثال طراحی اتصال جوشی نبشی نشیمن تحت ترکیب برش وخمش

اتصال جوشی خارج از مرکز تحت ترکیب برش و خمش

در این جلسه مثالی از طراحی اتصال جوشی که تحت بار خارج از مرکزی که باعث ایجاد لنگر خمشی بر روی اتصال شده و در واقع اتصال ما تحت ترکیب برش و خمشی قرار دارد، آموزش داده می شود.

باری که  بر روی نبشی نشیمن اعمال می شود ناشی از تیر استقرار یافته بر روی آن است، که این بار نسبت به جوش اتصال نبشی نشیمن به بال ستون دارای خروج از مرکزیت می باشد. به صورت محافظه کارانه در این مثال از مقاومت فراهم شده توسط برگشت جوش ها صرفنظر می شود، اما در مثال بعدی این مقاومت در نظر گرفته می شود. مقدار لنگر خمشی اعمالی از حاصلضرب نیروی برشی در مقدار خروج از مرکزیت اتصال بدست می آید. فولاد از نوع st37  بوده و برای جوشکاری از الکتورد E70 استفاده می شود. 

در ابتدا ممان اینرسی اتصال جوشی را نسبت به محور افقی و مساحت کل جوش محاسبه می کنیم. در ادامه تنش های وارده که شامل تنش ناشی از برش و تنش ناشی از خمش می باشد را بااستفاده از روابط متناظر مکانیک جامدات  محاسبه می کنیم. دقت شود در صورتی که اتصال جوشی نسبت به محور افقی اتصال متقارن نباشد در رابطه محاسبه تنش ناشی از خمشی، تار کشش را می بایست مد نظر قرار دهیم. 

در ادامه تنش برآیند را محاسبه کرده و مقاومت جوش نیز مطابق جلسات قبل از روابط متناظر مبحث دهم محاسبه می شود و برای دستیابی به یک اتصال بهینه تنش برآیند را برابر با مقاومت جوش قرار داده و ضخامت گلوگاه جوش و متناظرا بعد جوش بهینه را محاسبه کرده و ضخامت حداقل قطعه اتصال مشخص می شود. 

سپس مطابق با الزامات مبحث دهم حداقل و حداکثر طول جوش و حداقل طول قلاب نیز تعیین می شوند. 

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:

 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 پیچشی به 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.  . 

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 جلسات آتی مثالی از تر کیب برش و پیچش در صورتی که بعد جوش مجهول باشد و مثال هایی از طراحی جوش خارج از مرکز تحت ترکیب برش و خمش بررسی می شود.

در این مثال طول جوش مشخص بوده و بعد جوش طراحی شد در مثال جلسه آتی طول جوش تحت ترکیب برش و خمش در صورتی که بعد جوش مشخص باشد، طراحی می شود. 

لینک را کلیک کرده و محاسبات طراحی ساختمان فولادی و پروژه های  فولادی خود را به ما بسپارید. 

منبع:

«دپارتمان سازه سامانه کارگشا»

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

برای بهره مندی از سایر خدمات محاسبات طراحی سازه در خواست خود را در لینک های مربوطه زیر ، در قسمت عنوان سوال-سازه ثبت نموده و فایل های مورد نیاز را بارگذاری کنید.

1-طراحی اسکلت فولادی و شالوده

2-طراحی اسکلت بتنی و شالوده

3-سبک سازی و بهینه سازی محاسبات طراحی

4- کنترل مضاعف محاسبات طراحی

3-طراحی سقف کامپوزیت عرشه فولادی و کامپوزیت سنتی

4-طراحی دال پس کشیده

5- طراحی دال بتنی مشبک

6-طراحی دال های بتنی 

7- بهسازی لرزه ای و مقاوم سازی

8-طراحی سوله

9-طراحی سازه های با اسکلت LSF

10- مباحث تکمیلی و پژوهشی سازه

با تشکر

• هیچ دیدگاهی ثبت نشده است.