طراحی تیر پیوند در قاب مهاربندی واگرا

با توجه به تیر 1-BM نشان داده شده در شکل  کفایت نیمرخ IPB320 با مشخصات را به عنوان تیر پیوند بررسی نمائید. بارهای وارده بر اساس تحلیل مرتبه اول به صورت زیر می باشند:

اتصال مهاربند به تیر پیوند به منظور کاهش نیاز خمشی تیر خارج از ناحیه پیوند، گیردار فرض شود. مقدار تغییر مکان نسبی در تراز طبقه دوم از تحلیل ارتجاعی مرتبه اول می باشد .

مشخصات فولاد ورق های سخت کننده برابر است با :

مشخصات تیر پیوند، نیمرخ IBP320 به صورت زیر است :

تعیین نیروها و لنگرهای طراحی تیر پیوند

ترکیب بار لرزه ای حاکم برابر است با:

(ضریب بار زنده برای کاربری هایی که بار زنده گسترده یکنواخت آنها کم تر از 500 کیلوگرم بر مترمربع می باشد برابر با 0.5 منظور می گردد).

نیروی برشی طراحی تیر پیوند

نیروی محوری طراحی تیر پیوند

لنگر خمشی طراحی تیر پیوند

لحاظ اثرات مرتبه دوم

محاسبه B1

مقدار ضریب ^C_m به طور محافظه کارانه برابر 1 لحاظ می گردد، از روش ضریب طول موثر برای طراحی پایداری استفاده می شود. مبحث دهم استفاده از اثرات مرتبه اول را برای محاسبه ^P_uمجاز می داند .

محاسبه B2

برای محاسبه ₂^B نیاز به محاسبه ^p_estory ^{, p}_story می باشد .

الف- محاسبه ^P_story مساحت و محیط طبقه از داده های مثال عبارتند از:

^p_story از مجموع بارهای ثقلی طبقات در تراز طبقه دوم در اثر ترکیب بار لرزه ای زیر به دست می آید.

ب: محاسبه Pe story

برش کل طبقه مطابق شکل 4-18, برابر H=90 ton می باشد، با توجه به داده های مثال، مقدار جابجایی نسبی از تحلیل ارتجاعی مرتبه اول است. ارتفاع طبقه L=375 cm است. مطابق پیوست دوم مطابق پیوست دوم مبحث دهم در سیستم های قاب مهاربندی در این صورت:

نیروی محوری طراحی تیر پیوند با در نظر گرفتن آثار مرتبه دوم:

شایان ذکر است اثرات مرتبه دوم برای تشدید نیروی برشی تیر پیوند لازم نمی باشند .

کنترل فشردگی لرزه ای تیر پیوند 

مطابق مبحث دهم تیر پیوند باید از نوع فشرده لرزه ای با شکل پذیری زیاد با محدودیت حداکثر نسبت پهنا به ضخامت  باشد.

نیمرخ تیر پیوند شرایط فشردگی لرزه ای را داراست.

محاسبه مقاومت برشی تیر پیوند 

مقاومت برشی اسمی تیر پیوند ^V_n برابر کوچک ترین مقدار محاسبه شده بر اساس حالت های حدی تسلیم برشی و تسلیم خمشی در نظر گرفته می شود.

در حالت تسلیم برشی اگر می توان از اثرات نیروی محوری چشم پوشی کرد، در این صورت :

بنابراین مقاومت برشی اسمی تیر پیوند در حالت تسلیم برشی :

کنترل زاویه چرخش پلاستیک تیر پیوند 

زاویه چرخش پلاستیک تیر پیوند نسبت به تیر خارج از ناحیه پیوند، به رفتار مورد انتظار تیر پیوند وابسته است. بنابراین در اولین گام باید رفتار تیر پیوند تعیین گردد، رفتار مورد انتظار تیر پیوند از مقایسه طول تیر پیوند با ضریبی از  به دست می آید.

مقادیر کمتر از 1.6 نشان می دهد که رفتار تیر پیوند برشی است .

تعیین مقاومت محوری فشاری تیر پیوند

تعیین مقاومت خمشی تیر پیوند

به منظور بررسی حالت حدی حاکم باید طول مفصل پلاستیک مشخص شود:

چون طول مهار نشده تیر ،^L_b کوچک تر از طول مفصل پلاستیک ^L_bمی باشد. حالت حدی تسلیم رخ می دهد .

اثر هم زمان فشار محوری و لنگر خمشی

مهار جانبی تیر پیوند

مطابق مبحث دهم باید در دو انتهای تیر پیوند در بال های فوقانی و تحتانی برای تضمین وقوع تسلیم برشی قبل از کمانش پیچشی – جانبی مهارتهای جانبی پیش بینی شوند. این مهارهای جانبی باید علاوه بر داشتن سختی کافی قادر به تحمل نیروی زیر به صورت کشش و فشار باشند.

مهارهای جانبی باید دارای مقاومت و سختی فوق باشند.

کنترل سخت کننده های تیر پیوند

الف- سخت کننده های انتهایی

در دو انتهای محل اتصال مهاربند به تیر پیوند بایستی یک جفت سخت کننده عرضی در تمام عمق جان و در دو طرف آن تعبیه گردد. ابعاد سخت کننده از روابط زیر به دست می آید:

ب- سخت کننده های میانی

سخت کننده های میانی تیر پیوند بستگی به نوع رفتار آن دارد. با توجه به رفتار برشی تیر پیوند و قرار گرفتن زاویه چرخش پلاستیک آن در محدوده فاصله سخت کننده ها از درون یابی به صورت زیر به دست می آید:

طراحی جوش سخت کننده ها

اتصال سخت کننده های عرضی به جان و بال های تیر پیوند باید توسط جوش گوشه برقرار گردد. اتصال سخت کننده ها به جان باید برای نیروی AstFy محاسبه شود. اتصال سخت کننده ها به هریک از بال های تیر پیوند باید برابر 1.4AstFy در نظر گرفته شود( ^F_y  تنش تسلیم فولاد سخت کننده و ^A_st سطح مقطع ورق هریک از سخت کننده ها است).

الف-اتصال سخت کننده ها به جان

وجود جوش گوشه در دو خط برای اتصال سخت کننده ها به جان ضروری است. اگر پخی با ابعاد cm6 در امتداد جان فرض شود، در این صورت بعد جوش چنین محاسبه می شود:

ب- اتصال سخت کننده ها به بال

وجود جوش گوشه در دو خط برای اتصال سخت کننده ها به بال تیر ضروری است. اگر پخی با ابعاد 3 سانتی متر در امتداد بال فرض شود در این صورت بعد جوش چنین محاسبه می شود:

بنابراین نیمرخ IBP320 برای تیر پیوند مناسب است.

منابع

1. مبحث 10 مقررات ملی ساختمان ویرایش 1392
2. آیین نامه 10-AISC 360
3. کتاب طراحی لرزه ای سازه های فولادی دکتر حامد صفاری- مهندس علی فخرالدینی، انتشارات آذر