نکات ضروری در استفاده از پروفیل های سبک

[rkiahoseyni]

مقدمه:
طراحی سازه های فولادی ساخته شده از پروفیل های شکل سرد معمولاً با پیچیدگی ناشی از باریکی بالای مقاطع مشخص می شود. این باریکی بالا به طور بالقوه باعث پدیده اعوجاج مقطعی شده و به طور کل در بخش محلی و کمانش کلی سازه، که به طور سنتی برای مقاطع نورد گرم نیز وجود دارد می تواند مهم بوده و مورد ارزیابی قرار گیرد.
از نظر مقرراتی و در چارچوب برنامه توسعه ساختاری یوروکدها و به ویژه EC3 (طراحی سازه های فلزی)، این پیچیدگی اضافی منجر به ایجاد بخش خاصی از EC3 برای پرداختن به طراحی پروفیل های شکل سرد شده است. در نهایت برای طراحی و انجام کلیه بررسی های ایمنی مورد نیاز بر روی دیافراگم های OSB که ایمنی بارهای افقی را تضمین می کند، نسبت به سازه های چوبی از یوروکد 5 استفاده شود.

پدیده خاص فولاد سرد شکل:
کمانش موضعی:
باریکی زیاد عناصر مختلف تشکیل دهنده مقطع منجر به پدیده کمانش موضعی می شود که در طراحی این نوع مقطع باید به صراحت مورد توجه قرار گیرد. علاوه بر این، استحکام خمشی پست عناصر نازک معمولاً پایدار است، بنابراین می توان در اندازه گیری این مقاطع، ذخیره خمشی پست را در نظر گرفت تا راه حلی اقتصادی به دست آورد.
با توجه به یوروکد3، طراحی عناصر سرد شکل گرفته بر اساس روش های تولید استاندارد، دارای مقطع موثر هستند. این روش کاهش مقاومت مقطع را در اثر کمانش موضعی با کاهش اندازه هر یک از عناصر مقطع (مقطع موثر) در نظر می گیرد.

پیچ خوردگی:
باریکی مقاطع متضمن سفتی پیچشی بسیار کم است. اکثر مقاطع تولید شده توسط فرآیند نورد سرد تک متقارن یا حتی نامتقارن هستند و در جایی که مرکز برش با مرکز ثقل مقطع منطبق نیست، بنابراین ضروری است که عمل بارگذاری و مرکز برش گشتاورهای پیچشی ثانویه به دلیل خروج از مرکز بین محور در نظر گرفته شود. بنابراین، ممکن است لازم باشد که چنین عناصری در فواصل منظم یا به طور مداوم در تمام طول خود به پیچش محدود شوند.

اعوجاج:
مقاطع عرضی که از تغییر شکل و یا پیچ خوردگی جانبی جلوگیری می‌کنند ممکن است همچنان تحت یک حالت کمانش باشند که معمولاً به آن کمانش اعوجاجی می‌گویند. این حالت کمانش ممکن است در اندام های فشرده و یا خمیده رخ دهد. EC3-3 کاهش مقاومت مقطع را به دلیل کمانش اعوجاج با کاهش ضخامت آرماتور در نظر می گیرد.

طبقه بندی های مقطعی:
همانطور که مشخص است، سطوح مقطع پروفیل های فولادی سازه، صرف نظر از جوشکاری یا نورد گرم، با مونتاژ عناصر صفحه جداگانه تشکیل می شوند. این، در هنگام تراکم، می تواند به صورت موضعی کمانش کند. کمانش موضعی در مقاطع عرضی ممکن است با جلوگیری از ایجاد تنش تسلیم، ظرفیت تحمل بار را محدود کند.
حتی اگر مقطع سرد شکل گرفته از یک قطعه (صفحه) منفرد است که برای تشکیل بخش نهایی خم شده است، در انتها از چندین عنصر باریک تشکیل شده است. واضح تر است که چون دیوارهای آن بسیار نازک هستند، احتمال این پدیده حتی بیشتر است.
طبق EC3، مقاطع عرضی را می توان به صورت زیر طبقه بندی کرد:
کلاس 1 - مقاطع عرضی که می توانند لولاهای پلاستیکی ایجاد کنند، با ظرفیت چرخش کافی برای انجام آنالیز پلاستیک، بدون کاهش مقاومت آن.
کلاس 2 - مقاطع عرضی که می توانند به گشتاور پلاستیکی مقاوم دست یابند، اما ظرفیت چرخش آنها توسط کمانش موضعی محدود می شود.
کلاس 3 - مقاطع عرضی که در آن کشش در دورترین الیاف فشرده، محاسبه شده با استفاده از توزیع الاستیک تنش، می تواند تنش تسلیم را به دست آورد، اما در جایی که کمانش موضعی می تواند مانع از تکمیل گشتاور مقاوم پلاستیک شود.
کلاس 4 - مقاطع عرضی که در آنها کمانش موضعی قبل از تنش تسلیم در یک یا چند قسمت از مقطع رخ می دهد.
یوروکد 3 همچنین نشان می دهد که کلاس مقاطع به باریکی عنصر تشکیل شده (نسبت طول به ضخامت) و همچنین به تقاضا، کلاس فولاد و نوع پروفیل بستگی دارد. می توان پارامترهای شناسایی شده را محاسبه کرد و هر گاه مقطعی در محدوده کلاس 3 نباشد به عنوان کلاس 4 در نظر گرفته می شود و بنابراین باید در محاسبه کمانش دقت کرد. کلاس های وب و فلنج ها می توانند متفاوت باشند، اما کلاس سطح مقطع بالاتر از همه آنها خواهد بود، یعنی بدترین حالت رخ می دهد.

خواص موثر:
هنگامی که پروفیل از خانواده کلاس 4 است، مقاومت موثر باید بر اساس سطح مقطع موثر باشد. مقاطع موثر معادل سطح مقطع 4 هستند اما با ابعاد کاهش یافته که با نادیده گرفتن مواد در نواحی مستعد کمانش به دست می آیند. با این مقطع موثر جدید، خواص موثر را می توان از طریق یک حساب خطی الاستیک محاسبه کرد. طول موثر عناصر تشکیل شده از طریق یک ضریب کاهنده p محاسبه می شود، که به عنوان تابعی از باریکی نرمال شده عنصر تعریف می شود.

گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی