بررسی رفتار اتصالات سازههای فولادي سبك با مقاطع قوطي شكل
دانشگاه آزاد اسلامی واحد کاشمر
ارائه پایان نامه کارشناسی ارشد
پژوهشگر: محسن جهان آرا
استاد راهنما: آقای دکترسید مرتضی کاظمی
مقدمه
معرفی پژوهش صورت گرفته
بررسی رفتار اتصالات سازههای فولادي سبك با مقاطع قوطي شكل
سوالات و اهداف تحقیق؟
-بررسی رفتار اتصال نبشی نشیمن در تیرها و ستونهایی با مقطع قوطی شکل
-ارایهیک اتصال مفصلی جدید جهت اتصال تیر قوطی شکل به ستون قوطی شکل و بررسی رفتار آن
-ارایهیک اتصال صلب یا نیمه صلب جدید جهت اتصال تیر قوطی شکل به ستون قوطی شکل و بررسی رفتار آن
روش پژوهش؟
اجرای تست های آزمایشگاهی و مدلسازی عددی با نرم افزار آباکوس
سازه های سبک فولادی
Light weight Steel Frame (Cold-formed Steel Form)
استفاده از مقاطع C، U و ZØمقاطع سردنوردØاجرا غالبا با سقف سبکØمزایای بسیاری در مقایسه با سایرسازه ها مانند سبک بودن و اجرای آسان
اعضای سازه سبک فولادی:
Stud (اعضای قائم باربر)
Joist (اعضای خمشی سقف)
Track (اعضای همبند قاب)
Flat strap (اعضای باربر جانبی)
اتصالات به صورت پیچ (مهره و خودکار، جوشی و پرچ)
سازه LBF
(Lightweght Boxing frame)
سازه های سبک فولادی با مقاطع قوطی
رفع عیوب سازه های LSF
ممان اینرسی بالاتر مقطع قوطی با توجه به پراکندگی ذرات اطراف تار خنثی
سازه LBF
(Lightweght Boxing frame)
نقاط قوت سازه LBF :
سبک بودن
توزیع ستونها در سطح کل دیوارها و جدا کننده ها
حذف دیوارهای ریزشی و یکپارچه نمودن دیوارها
عملکرد باکسی و یا جعبه ای در سازه LBF
اجرای آسان و قابل درک برای نیروها و عوامل اجرایی بومی
انتخاب اعضا و مقاطع مناسب جهت اجرا
اتصال:
جوشی
پیچی (پیچ و مهره یا پیچ های خودکار)
پرچی
پیشینه ی پژوهش
۱-الخرات وراجرز16نمونه راتحت بارگذاری چرخه ای ومونوتونیک قراردادند
۲-استفاده ازسه مهاربندهای سبک،متوسط وسنگین که باپیچ وجوش متصل شدند
۳-که درنهایت دریافتندنمیتوان انتظاررفتارشکل پذیرازنمونه هاداشت بجزمهاربندسبک که ظرفیت باربری درحالت پلاستیک رادارد
پیشینه ی پژوهش
۱- انتخاب مهاربندبهینه.
۲- دریافتندکه قاب فولادی بامهاربندضربدری وبراکت درگوشه بهترین عملکردرا داشته.
۳- استفاده ازمهاربندبهینه برای سازه های بتنی،فولادی وال اس اف درطبقات مختلف
۴- درنتیجه ال اس اف درطبقات کمتر،عملکردلرزه ای بهتری نسبت به سایرسازه ها دارد
پیشینه ی پژوهش
- استفاده از المان C3D8R
- فرض ساده کننده مدلسازی با درنظر نگرفتن رزوه های پیچ های خودکار
پیشینه ی پژوهش
تعداد6نمونه راکه اولی بدون تقویت ونمونه دوم تاچهارم باتقویت ودنده فولادی ونمونه 5 و 6باتقویت ویک دنده سرامیکی
۲-نتایج بدست آمده نشان میدهد نقاط انتهایی دنده های تقویتی به ستون مستعد شکست وخرابی میباشد
بخش دوم
اجرای پژوهش
روند اجرای پژوهش
فرآیند آزمایشگاهی
-بررسی سه نوع اتصال تحت دو نوع بارگذاری
-تعداد نمونه : 6
-بررسی اتصال تیر به ستون با مقطع قوطی به فرم تیر طره
-اعمال بار با استفاده از جک هیدرولیکی
-اتصال گیردار ستون در بالا و پایین
فرآیند مدلسازی
-استفاده از روش المان محدود
-استفاده از نرم افزار آباکوس
-مدلسازی مطابق واقعیت با در نظر گرفتن برخی فرض های ساده کننده
-استفاده از حلگر ABAQUS/STANDARD و تحلیل استاتیکی
-استفاده از المان C3D8R
فرآیند آزمایشگاهی
-اعمال بارگذاری مطابق پروتوکل SAC
-برداشت داده های با استفاده از دستگاه ثبت داده
معرفی نمونه ها
| ردیف | نام نمونه | اتصال | بارگذاری اعمالی |
| 1 | C1 | جوشی | چرخهای |
| 2 | C1-1 | جوشی | مونوتونیک |
| 3 | C2 | پیچی | چرخهای |
| 4 | C2-2 | پیچی | مونوتونیک |
| 5 | C3 | پیچی | چرخهای |
| 6 | C3-3 | پیچی | مونوتونیک |
مدل C2
-استفاده از نبشی نشیمن
-اتصال پیچی
-اتصال تیر در 4.5 سانتی متری از وسط تیر
-با فرض رفتار مفصلی
مدل C3
-استفاده از نبشی بالاسری و زیرسری
-اتصال پیچی
-اتصال تیر در 4.5 سانتی متری از وسط تیر
-با فرض رفتار صلب یا نیمه صلب
مدل C1
-استفاده از نبشی بالاسری و زیرسری
-اتصال جوشی
-اتصال تیر در 4.5 سانتی متری از وسط تیر
-با فرض رفتار مفصلی
مدلسازی عددی به وسیله نرم افزار آباکوس
مدل C1
مدل C2
مدل C3
مشخصات مصالح و استخراج نتایج
| مصالح | دانسیته
(Kg/cm3) |
مدول الاستیک
(Kg/cm2) |
نسبت پواسون | تنش پلاستیک
(Kg/cm2) |
کرنش پلاستک |
| ST37 | 0/7849 | 2100000 | 0/3 | 2450
3770 |
0
0/2 |
| AISI 1018 | 0/7849 | 2100000 | 0/3 | 3770
4490 |
0
0/2 |
پارامتر های مورد بررسی:
-حداکثر نیرو قابل تحمل
-حداکثر ممان قابل تحمل
-حداکثر دوران قابل تحمل
-انرژی جذب شده
-وضعیت در انتهای بارگذاری
نویزگیری
بخش سوم: تحلیل نتایج
نتایج تست های آزمایشگاهی نمونه C2
نتایج تست های آزمایشگاهی نمونه C2
نتایج مدلسازی مدل C2
نتایج مدلسازی مدل C2
مقایسه نتایج آزمایشگاهی و مدلسازی نمونه C2
| پارامتر | آزمایشگاهی | مدلسازی | اختلاف (درصد) |
| نیرو در دریفت 10 درصد بارگذاری چرخهای (کیلوگرم) | 200 | 175 | 12/5 |
| نیرو در دریفت 10 درصد بارگذاری خمشی (کیلوگرم) | 145 | 130 | 10 |
| انرژی جذب شده (کیلوگرم-سانتی متر) | 38300 | 37800 | 1.3 |
| حداکثر نیروی متحمل شده(کیلوگرم) | >200 | >200 | – |
| حداکثر دوران متحمل شده | >20 % | >20 % | – |
نتایج تست های آزمایشگاهی نمونه C3
نتایج تست های آزمایشگاهی نمونه C3
نتایج مدلسازی مدل C3
نتایج مدلسازی مدل C3
مقایسه نتایج آزمایشگاهی و مدلسازی نمونه C3
| پارامتر | آزمایشگاهی | مدلسازی | اختلاف (درصد) |
| نیرو در دریفت 10 درصد بارگذاری چرخهای (کیلوگرم) | 370 | 320 | 13/5 |
| نیرو در دریفت 10 درصد بارگذاری خمشی (کیلوگرم) | 420 | 320 | 23/8 |
| انرژی جذب شده (کیلوگرم-سانتی متر) | 83400 | 90700 | 8 |
| حداکثر نیروی قابل تحمل(کیلوگرم) | 490 | 360 | 26/5 |
| حداکثر دوران قابل تحمل | 13 % | 2/12 % | 1/7 |
نتایج تست های آزمایشگاهی نمونه C1
نتایج تست های آزمایشگاهی نمونه C1
نتایج مدلسازی مدل C1
نتایج مدلسازی مدل C1
مقایسه نتایج آزمایشگاهی و مدلسازی نمونه C1
| پارامتر | آزمایشگاهی | مدلسازی | اختلاف (درصد) |
| نیرو در دریفت 10 درصد بارگذاری چرخهای (کیلوگرم) | 180 | 150 | 16.7 |
| نیرو در دریفت 10 درصد بارگذاری خمشی (کیلوگرم) | 115 | 125 | 8 |
| انرژی جذب شده (کیلوگرم-سانتی متر) | 30000 | 35150 | 14/6 |
| حداکثر نیروی قابل تحمل(کیلوگرم) | 160 | 140 | 12/5 |
| حداکثر دوران قابل تحمل | 20 % | 19 % | 5 |
مقایسه سه نوع اتصال با یکدیگر
| پارامتر / اتصال (نمونه) | پیچی C2 | پیچی C3 | جوشی C1 |
| نیرو در دریفت 10 درصد (کیلوگرم) | 145 | 420 | 115 |
| لنگر در دریفت 10 درصد (کیلوگرم-سانتی متر) | 13800 | 39900 | 10900 |
| مقدار انرژی جذب شده در بارگذاری چرخهای (کیلوگرم-سانتی متر) | 38350 | 83400 | 30000 * |
| حداکثر نیروی قابل تحمل(کیلوگرم) | >200 | 490 | 160 |
| حداکثر دوران قابل تحمل | >20 % | 13 % | 20 % |
| وضعیت در انتهای بارگذاری خمشی | سالم | دچار شکست از ناحیه اتصال پیچ نبشی بالاسری به ستون | دچار شکست در نبشی بالاسری |
به ترتیب بهترین عملکرد:
.1اتصال پیچی C2
.2اتصال پیچی C3
.3اتصال جوشی C1
| نوع اتصال | (K_s L)/EI | اتصال |
| مفصلی | 0/44 | C1 |
| مفصلی | 0/46 | C2 |
| نیمه صلب | 2/92 | C3 |
بخش چهارم: نتیجه گیری
Øمعرفی و بررسی عملکرد سه نوع اتصال مختلف
Øالویت بندی بهترین اتصال بر اساس عملکرد
Øبررسی نتایج تست های آزمایشگاهی و مدلسازی عددی و مقایسه آن ها با یکدیگر
پیشنهادات
Øاستفاده از اتصال C2 در سازه های LBF
Øتغییر جنس مصالح و بررسی رفتار
Øبررسی اتصال در بارگذاری انفجار
برای دانلود مقاله روی دکمه زیر کلیک کنید: