آسیب خستگی در سیستم های خرپا (سازه زیگزاگ)

[rkiahoseyni]

مقدمه:

گروپیوس، بنیانگذار Bauhaus، یک سیستم میله گره (که اکنون به عنوان سیستم خرپا فضایی نامیده می شود) توسعه داد و اولین ساختارهای سیستم خرپا در سال 1942 به این روش ساخته شد. در مدت زمان کوتاهی، سیستم های خرپای فضایی به روشی رایج در پروژه های بزرگ مورد استفاده قرار گرفتند و توانستند پاسخگوی نیاز طراحان باشند. 

 

ساختار خرپا:

یک عضو واحد سیستم خرپای فضایی دارای 6 میله و 4 گره است. این عنصر واحد را می توان به راحتی با 3 میله که در جهات مختلف هستند تکرار کرد. در حال حاضر به عنوان یک سیستم ساختاری مشترک، سیستم های خرپایی با میله های فشاری کششی که توسط گره ها به یکدیگر متصل هستند، تشکیل می شوند. این سیستم با استفاده از گره ها به عنوان دروازه انتقال، بارها را در دو جهت انتقال می دهد. سیستم‌های خرپای فضایی بیشتر در ساختمان‌های صنعتی، مراکز خرید، نمایشگاه‌ها، مراکز نمایشگاهی و مجموعه‌های ورزشی استفاده می‌شوند. با این سیستم ها می توان دهانه های طولانی با ستون های کمتری ساخت و این ساختار مفیدتری را فراهم می کند. این سیستم ها نسبت به اکثر سیستم های سازه ای سبک تر هستند. به دلیل افزایش بارهای زلزله متناسب با جرم سازه، سیستم های خرپا فضایی با بارهای جانبی کمتری در طول مدت مواجه می شوند.

 
اهمیت  خرپا:

 زمین لرزه ها نیروهای عظیم نوسانی هستند که بر سازه های عمرانی وارد می شوند. خرپاها مقادیر شکل‌پذیری و چقرمگی بیشتری نسبت به سیستم‌های بتن مسلح دارند. این ثابت می کند که سیستم های خرپایی ظرفیت جذب انرژی بالاتری دارند. با استفاده از خرپاها میتوان دهانه های عریض را تا 150 متر ساخت. با این روش نیازهای معماری را نیز می توان با ساخت اشکال مختلف سیستم خرپایی فضایی (مربع، مستطیل و غیره) برآورده کرد. همچنین سیستم های خرپا را می توان به شکل سهموی و گنبدی تنظیم کرد. کابل ها، قیف ها و غیره را می توان به راحتی در فضاهایی که بین میله های سیستم خرپا فضایی تشکیل شده است، قرار داد. هر سیستم هندسی تعریف شده را می توان توسط سیستم خرپا فضایی تشکیل داد. این به معنای ارضای نیازهای معماری به روشی مطمئن است.
سبک ترین سیستم های فولادی هایپر استاتیک، سیستم های خرپا فضایی هستند. سیستم های خرپا فضایی سیستم های فوق استاتیک درجه بالا هستند. به عنوان دلیل این امر، بار عنصر ساختاری آسیب دیده به عناصر دیگر منتقل می شود و از پایداری سازه محافظت می شود. همچنین می توان نوار آسیب دیده را با یک عنصر جدید جایگزین کرد. عناصر خرپای فضایی تحت تأثیر بار خمشی نیستند، بنابراین ساخت دهانه های ایمن و طولانی با ستون های کمتر توسط خرپاهای فضایی امکان پذیر است. سیستم های خرپای فضایی تحت ترکیب های بارهای مختلف تغییر شکل می دهند. در این صفحه، عمر مفید سیستم‌های خرپای فضایی تحت تأثیر برف و بارهای حرارتی چرخه‌ای و اثرات خوردگی مورد مطالعه قرار می‌گیرد. به دلیل اصول توزیع تنش، هنگامی که تعداد معینی از عناصر خراب می شوند، سیستم های خرپای فضایی از کار می افتند.

 

خستگی خرپا:

خستگی اصطلاحی برای توصیف آسیب و شکست مواد تحت بارهای چرخه ای در کاربردهای مهندسی است. خرابی های خستگی عموماً در تنشی بسیار کمتر از استحکام نهایی ماده رخ می دهد. شکست در درجه اول به دلیل استرس مکرر از حداکثر به حداقل است. شکست خستگی ممکن است به اشکال مختلف مانند خستگی مکانیکی زمانی که اجزاء فقط تحت تنش یا کرنش نوسانی قرار دارند رخ دهد. خزش-خستگی هنگامی که اجزاء تحت بارگذاری چرخه ای در دمای بالا هستند به وقوع می پیوندد. این پدیده در واقع خستگی حرارتی مکانیکی است زمانی که هم بارگذاری مکانیکی و هم دمای چرخه ای وجود دارد. خستگی خوردگی زمانی رخ می دهد که اجزاء تحت بارگذاری چرخه ای در حضور یک محیط شیمیایی تهاجمی قرار دارند. بسیاری از متغیرها می توانند بر رشد ترک ناشی از خستگی ناشی از خوردگی تأثیر بگذارند. بسیاری از متغیرهای مهم مورد بررسی قرار گرفته اند و نتایج در تعدادی از مقالات مروری موجود است.
برای برخی از مواد، منحنی S-N برای مقادیر بزرگ N افقی می شود. حد تنش خستگی حداکثر دامنه تنش است که کمتر از آن، ماده هرگز شکست نمی‌خورد و مهم نیست تعداد چرخه‌ها چقدر باشد. استحکام خستگی (Fs)، تنشی که در آن شکست پس از تعداد چرخه های مشخص رخ می دهد. عمر خستگی (FL) تعداد چرخه هایی است که در سطح تنش مشخص شده از کار می افتند. شروع ترک در محل‌های تمرکز تنش (ترک‌های میکرو، خراش، فرورفتگی، گوشه‌های داخلی، پله‌های لغزش دررفتگی و غیره) رخ می دهد. کیفیت سطح مهم است. مرحله I، انتشار آهسته اولیه در امتداد صفحات کریستالی با تنش برشی حل شده بالااست که شامل فقط چند دانه است و دارای سطح شکستگی صاف است. مرحله دوم انتشار سریعتر عمود بر تنش اعمال شده است. ترک با کند کردن و تیز کردن مکرر در نوک ترک رشد می کند.
شکست خستگی عموماً تحت تنش کمتر از استحکام مواد ذکر شده رخ می دهد. شکست اساساً توسط یک بارگذاری چرخه ای بین مقدار حداکثر و حداقل ایجاد می شود. تنش موجی و تغییر شکل باعث خستگی مکانیکی می گردد. 

 

 

گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی