بررسی تطبیقی طراحی خرپای سقفی

[rkiahoseyni]

مقدمه:
در این مقاله، طراحی ساختاری خرپای مورد استفاده در هواپیما از فولاد ضد زنگ فریتی بررسی و با طرح های خرپاهای ساخته شده از فولادی آستنیتی و کربنی مشابه مقایسه شده است. هدف از این مطالعه مقایسه تفاوت‌های ساختاری ناشی از خواص مختلف دمای بالا است که طراحی سازه بر اساس EN 1993-1-4 و EN 1993-1-2 انجام می‌شود. گریدهای فولاد ضد زنگ انتخاب شده عبارتند از گریدهای آستنیتی 1.4301، 1.4571، و 1.4318 و گریدهای فریتی 1.4521، 1.4509، و 1.4003 که هریک کاربرد و کارآیی مخصوص به خود را دارند. برخی مقایسه ها نیز با توجه به ساختار فولاد کربنی S355 انجام شده است که هیچ گونه حفاظتی در برابر آتش ندارد. خرپا از بخش های توخالی فولاد ضد زنگ سازه جوش داده شده (RHS) تشکیل شده است. موارد آتش سوزی R15 و R30 که مطابق با استاندارد آتش سوزی ISO 834 مطابق با مقاومت های آتش سوزی 15 و 30 دقیقه هستند، مورد مطالعه قرار می گیرند. نسبت بار که نشان دهنده بار در شرایط آتش سوزی است، در مقایسه با بار معمولی، در این مطالعه موردی 35/0 است. موارد آتش سوزی R15 و R30 بر اساس این فرض انتخاب شده اند که یک سازه فولادی ضد زنگ محافظت نشده می تواند مقاومت کافی برای تحمل بارهای وارد شده بر روی آن در دماهای آتش مربوط به R15 و R30 داشته باشد. این به دلیل این واقعیت است که استحکام تسلیم و مدول الاستیسیته در این دماها بسیار بالا باقی می ماند.

 

بررسی خرپا در دماهای مختلف:
مطالعه زیر برای معرفی احتمالات انتخاب گرید فولاد ضد زنگ برای کاربرد سازه ای در مورد طراحی دمای معمولی اتاق (RT) و اقدامات آتش نشانی انجام شده است. هدف این بررسی، مقایسه مواد مورد نیاز برای درجات مختلف فولادهای زنگ نزن است. مقایسه این امکان را فراهم می کند که با در نظر گرفتن قیمت مواد، جنبه هزینه را نیز پوشش دهد. مقایسه ها بر اساس نتایج سایر وظایف پروژه SAFSS است که در منابع مختلف داده های کافی وجود دارد. بنابراین برخی از جزئیات ممکن است با توصیه های نهایی که در گزارش نهایی پروژه SAFSS ارائه می شود متفاوت باشد.
   
خواص مواد:
خواص مکانیکی مواد به عنوان تابعی از دمای فولاد مورد بررسی قرار گرفته است. برای گریدهای فریتی 1.4521، 1.4509 و 1.4003 خواص در پروژه SAFSS تعیین شده است. گریدهای آستنیتی و فریتی انتخاب شده برای این مطالعه، قدرت تسلیم را از 230 نیوتن بر میلی‌متر مربع تا 380 نیوتن بر میلی‌متر مربع در دمای اتاق پوشش می‌دهند.
خواص مکانیکی در دمای اتاق و در دمای آتش بستگی به درجه فولاد ضد زنگ دارد. در مورد آتش، پارامترهای مهم مواد که بر مقاومت سازه تأثیر می گذارد، کاهش در استحکام تسلیم و مدول الاستیسیته به عنوان تابعی از دمای فولاد است. خواص مکانیکی در شرایط آتش سوزی برای درجه های آستنیتی در EN 1993-1-2 ضمیمه C و در کتابچه راهنمای طراحی Euroinox آورده شده است. خواص مکانیکی در دمای آتش برای فولادهای زنگ نزن فریتی در پروژه SAFSS، WP4 حدود 4.1 مقاومت در برابر آتش ساختاری تعیین شده است.
بر اساس نوع فولاد ضد زنگ (یعنی فریتی و آستنیتی) گروه بندی فولادهای زنگ نزن به کلاس های خاصی در دمای آتش دشوار است. گریدهای 1.4509 و 1.4521 مشابه هستند. به نظر می رسد خواص مکانیکی مربوط به آلیاژهای شیمیایی باشد و مخصوص درجه خاصی است.
در حدود دماهای 700 درجه سانتیگراد و 800 درجه سانتیگراد، بسته به درجه فولاد ضد زنگ، مقادیر مقاومت تسلیم بسیار متفاوت است. تفاوت مشخصی در کاهش قدرت تسلیم بین گریدهای فریتی و آستنیتی وجود دارد. شیب کاهش در گریدهای فریتی در دمای 700 درجه سانتیگراد و 800 درجه سانتیگراد تندتر است که مطابق با دمای 15 دقیقه و 30 دقیقه در یک آتش سوزی استاندارد است. پایدارترین کاهش، نسبتاً در استحکام تسلیم با درجه 1.4571 رخ می دهد. در دمای مربوط به آتش سوزی 15 دقیقه ای (حدود 700 درجه سانتی گراد) درجه فریتی 1.4521 بالاترین قدرت تسلیم را دارد. نقاط قوت درجه فریتی 1.4509 و گریدهای آستنیتی 1.4571 و 1.4318 فقط اندکی کمتر است. در دمایی مطابق با آتش سوزی 30 دقیقه ای (حدود 800 درجه سانتیگراد) استحکام تسلیم درجه آستنیتی 1.4571 دارای قدرت تسلیم برتر است. درجه آستنیتی 1.4318 دارای استحکام تسلیم بالایی در دمای اتاق است، اما دارای مقداری بین 1.4301 و 1.4571 در دماهای مربوط به آتش سوزی 30 دقیقه است. درجه فریت 1.4003 عملکرد خود را به سرعت در دماهای بالاتر از 600 درجه سانتیگراد از دست می دهد. فولاد کربنی تقریباً شکل منحنی مشابهی با درجه فریتی 1.4003 دارد. مقادیر ضریب کاهش برای مدول الاستیسیته برای تمام گریدهای فولاد ضد زنگ یکسان است. گریدهای فریتی دارای مدول الاستیسیته کمی بالاتر در دمای اتاق در مقایسه با آستنیتی ها هستند، بنابراین در دمای آتش نیز مقادیر بیشتری ایجاد می کنند. تمام گریدهای فولاد ضد زنگ دارای مدول الاستیسیته بسیار بالاتری نسبت به فولادهای کربنی در دمای آتش هستند.

گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی