پایان نامه بررسی عددی برش های قالبی در اتصالات جوشی در سازه های فولادی

  • Code: # 31414

  • تعداد صفحات: 147
  • فرمت فایل: word
  • سال: 1391
  • مقطع: کارشناسی ارشد
  • دسته بندی: مهندسی عمران
قیمت: ۳۶,۰۰۰ تومان
۶۵,۰۰۰ تومان
دانلود فایل
  • خلاصه
  • فهرست
  • خلاصه پایان نامه بررسی عددی برش های قالبی در اتصالات جوشی در سازه های فولادی

    پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد عمران – سازه

    چکیده

    در سازه های فلزی یکی از مهمترین مکان های تمرکز تنش ، محل اتصال می باشد . در برش قالبی ، نیروی برشی در محل اتصال به حدی زیاد است که قسمتی از تیر یا تقویت کننده آن بطور تکه ای گسیخته و جدا
    می شود و این امر ناشی از بی توجهی در طراحی اتصال یا عدم پیش بینی صحیح بارگذاری است . در این تحقیق با کمک نرم افزار و با استفاده از روش های تئوری ، قصد داریم رفتار اتصال های گوناگون تیر به تیر را بررسی کرده و شرایط بحرانی آن از لحاظ تغییر شکل و تنش ایجاد شده مورد بررسی قرار گیرد . و در این بررسی ها رفتار برش قالبی در اتصالات جوش شده را دنبال کرده و در ادامه به دنبال ارائه راه حلی برای تقویت اتصال تیر به تیر بدور از خطر برش قالبی بوده  و بهترین و مقاوم ترین نوع تقویت را در این اتصال پیشنهاد می گردد.

    در این تحقیق برای مدل کردن اتصالات و بررسی برشهای قالبی در اتصالات جوشی از نرم افزار پیشرفته کتیا (CTIA-R 19) استفاده شده و در آخر نیز آنالیز و تحلیل المان محدود در محیط نرم افزار ABAQUS انجام شد.

    از نتایج تحقیق مشخص گردیده که برخی روش های تقویت یک اتصال تیر به تیر در برش های قالبی در اتصالات جوشی بسیار کارا و سودمند و برخی دیگر کاملاً بی فایده و غیرضروری هستند.

    کلید واژه : برش قالبی ، اتصالات جوشی ، تیرهای زبانه شده ، آنالیز اجزاء محدود

    فصل اول

      تعریف مسئله، ضرورت و اهداف انجام کار

     

    -1 مقدمه

    در سازه های فلزی اتصال تیر به تیر به کرات به چشم می خورد . در موارد بسیاری لازم است که به صلاحدید مهندسین طراح ، جان تیر در محل اتصال تقویت شود . عموماً تقویت جان تیر در محل اتصال یا با ورق و یا با نبشی جان صورت می گیرد و نوع اتصال یا جوش و یا پیچ و مهره می باشد . نیروی عمودی وارد بر تیر در محل اتصال تنش برشی زیادی را در پی داشته و در حالتی خاص احتمال گسیخته شدن تمامی و یا قسمتی از جان تیر وجود خواهد داشت . چرا که می دانیم در محل جوش حالت ترد شدگی و تنش پسماند وجود داشته و ضمنا در نزدیکی سوراخ های پیچ نیز مقطع بدلیل مساحت کمتر ضعیف شده است . بنابراین نیروی عمودی به راحتی ممکن است در مقطع ضعیف باعث رشد ترک ها شده و برش قالبی رخ دهد .

    در شکل زیر یک تیر نشان داده شده است که بال بالایی آن برش خورده و جان آن برای اتصال پیچ و مهره ای سوراخ شده است . محل رشد ترک و گسیختگی جان در شکل مشخص گردیده است]1[ .

    (تصاویر در فایل اصلی موجود است)

    2 تعریف مسئله

    اصطلاح برش قالبی در جان تیر در محل اتصال به سرعت ذهن را معطوف می کند به رفتار پلاستیک ماده در معرض تنش های شدید . بنابراین روابط ریاضی شاید بدلیل پیچیده بودن چندان با نتایج تجربی و تحلیل نرم افزاری انطباق نداشته باشند . اما می توان با مقایسه اطلاعات نظری و عملی و نیز تحلیل نرم افزاری به یافته های سودمندی دست یافت که امید می رود این امر منجر به بهتر شدن طراحی اتصال تیر به تیر شود .

    در این تحقیق ابتدا موارد آیین نامه ای را بررسی کرده و سپس روابط ریاضی و مدل های پیشنهادی بررسی
    می شود . که این روابط طبیعتاً بر پایه آزمایشهای عملی هستند که منابع هر کدام ذکر شده است . بعد از آشنایی مقدماتی با رفتار سازه در محل اتصال ،کار اصلی یعنی تحلیل چند تیر تقویت شده به کمک تحلیل المان محدود[1] پیش گرفته می شود که این امر باعث خواهد شد به مسئله برش قالبی و گسیختگی های جان تیر بیشتر توجه کرده و راهکارهایی برای پیشگیری از آن پیدا شود . بدیهیست هر چه مدل پیشرفته تر فرض شود روابط ریاضی پیچیده تر و نتایج دقیقتر خواهد بود اما بهتر است برای درک بهتر از موضوع ساده سازی هایی در نظر گرفته شود . در مجموع بررسی ها بر این پایه است که جان تیر در حال تقویت است یا ضعیف شدن ، چرا که استفاده بیش از حد از پیچ و یا جوش در محل اتصال ممکن است شرایط را کاملاً وارونه سازد و مقطع جان را در معرض برش قالبی قرار دهد و پدیده برش قالبی که موضوع این تحقیق می باشد در این اتصالات افزایش یابد.

     

     

    1-3 ضرورت و اهداف انجام کار

    تقویت تیر در محل اتصال یا در بال ها و یا در جان انجام می شود و نوع تقویت در جان دارای حساسیت بیشتری است چرا که احتمال برش قالبی وجود دارد . معمولا نیروهای سیکلی خستگی مانند زلزله نیز در ابتدا اتصالات ضعیف را هدف قرار می دهند و این موضوع اهمیت تحقیق در زمینه اتصال و تقویت آن را دو چندان می کند . اگر اتصال نبشی یا ورق تقویتی جان با پیچ و مهره صورت می گیرد باید توجه داشت که تعداد سوراخ ها و نیز قطر آنها نباید بیش از حد مقطع جان تیر را ضعیف نماید . اگر هم نوع اتصال جوشی است ، باید توجه داشت که محل و موقعیت هر خط جوش به مقاومت جان تیر لطمه نزده باشد .

    هدف ارائه راه حلی برای تقویت اتصال تیر به تیر بدور از خطر برش قالبی می باشد به گونه ای که نیروهای عمودی و ممان های خمشی در تکیه گاه خنثی شده و آسیب جدی به مقطع ضعیف جان وارد نشود . اگر اتصال تقویت شده در بحرانی ترین شرایط در برابر بارهای خارجی مقاومت خود را از دست نداده و در محدوده الاستیک باقی بماند می توان اطمینان پیدا کرد که پدیده برش قالبی رخ نخواهد داد . شاید با مقایسه نتایج تحلیلی بتوان بهترین نوع تقویت را پیدا کرد و در حالتی که تیر در معرض برش قالبی قرار می گیرد رفتار آن را شبیه سازی نمود تا در طراحی اتصال بتوان از نتایج این تحلیل سود برد .

    برش قالبی عمدتاً برای اتصالات پیچی است اما مقالات ارائه شده طی چندین بررسی تجربی اخیر نشان داده است که برش قالبی می تواند در اتصالات جوشی نیز رخ دهد . مکانیک شکست برش قالبی در اتصالات جوشی متفاوت از اتصالات پیچی است پس ضرورت بررسی برشهای قالبی در اتصالات جوشی امری توجیه پذیر است . به کمک تحلیل المان محدود قصد داریم محل تمرکز تنش را در اتصال تیر به تیر ، که احتمال می رود تسلیم از آن محل شروع شود و پدیده برش قالبی رخ دهد، بیابیم.

     

    1-4 ساختار پایان نامه

    در تحقیق حاضر ، فصول به شرح ذیل تدوین شده است :

    فصل اول به کلیات اختصاص یافته و شامل مقدمه ، روش کار ، ضرورت و اهداف انجام کار می باشد.

    فصل دوم ابتدا تعریفی از برش قالبی و تعاریف اولیه و ضوابط آیین نامه ای آورده شده و پس به کارهای انجام شده و معیار پیشنهادی برای اتصال بر اساس برش قالبی پرداخته و در نهایت یک نتیجه گیری از مباحث تئوری بیان شده است.

    در فصل سوم به مدلسازی و تحلیل چند نمونه اتصال تقویت شده پرداخته شده است.

    فصل چهارم مربوط به آنالیز و بررسی اتصال های نمونه می باشد که در آن 5 نوع اتصال از تحلیل شماره (1) ، دو اتصال از تحلیل شماره (2) و سه اتصال از تحلیل شماره (3) و 5 اتصال از تحلیل شماره (4) آورده شده است و در نهایت تحلیلی راجع به تأثیر خط جوش بر برش قالبی بیان شده است.

    در نهایت فصل پنجم به نتیجه گیری ، بحث جمع بندی و ارائه پیشنهادات پرداخته است.

    فصل دوم

    برش قالبی ( تئوری ، روابط و نکات آیین نامه ای )

    -1 مقدمه

    در اثر نیروی کششی و یا برشی، بیشتر تیرهای فاق شده[1] ای که با پیچ و مهره اتصال دارند در معرض برش قالبی هستند .  برای اتصال دو تیر ممکن است قسمتی از بال بالایی و پایینی بریده شود تا جان تیرهای به یکدیگر نزدیک شده و اتصال دو تیر عمود بر هم میسر شود . همین امر یعنی حذف قسمتی از بال تیر، احتمال وقوع برش قالبی در جان تیر را بیشتر می کند] 2[ .

    2-2 تعریف برش قالبی[2] و علل وقوع آن

    پدیده برش قالبی زمانی اتفاق می افتد که در اثر بارگذاریهای برشی شدید ، قسمتی از تیر یا عضو درگیر با اتصال از بدنه اصلی جدا شده و از هم گسیخته شود . معمولاً دو عامل باعث برش قالبی می شود .

    1 – گسیختن در اثر کشش و تسلیم در برش

    2 – گسیختن در برش و تسلیم در کشش

    حالت اول متداولتر است . حالت دوم به ندرت اتفاق می افتد چرا که در کشش شکل پذیری فولاد نسبت به زمانی که برش اتفاق می افتد کمتر میشود . برش قالبی در اتصالات پیچ و مهره ای بیشتر رایج است چون سوراخ پیچها مقطع تیر را ضعیف می کند و تیر مستعد از هم گسیختگی ناشی از برش می شود . زمان وقوع برش قالبی چندان بستگی به حد نهایی بار ندارد چرا که انعطافپذیری ماده در بارگذاری کشش و برش یکسان نیست و حد نهایی گسیختگی معمولا درکشش زودتر از برش رخ می دهد . برش قالبی ممکن است در تیرها با بال برش خورده  ,ED BEAM(ر تیرهای فاق دار (ان کشش زودتر از طافپذیری ماده در بارگذاری کشش و برش یکسان نیست و ز هم گسیختگی ناشی از برش می شود .  و گاست پلیت ها[3] و یا باد بندها اتفاق بیفتد .

    تحلیل و تست برای گاست پلیت ها بسیار بیشتر از تیرهای با بال برش خورده انجام گرفته است . برش قالبی اکثراً به طرز چیدمان و شرایط هندسی اتصال بستگی دارد و به نوع بارگذاری . ضمنا به دو فاق بودن یا به تک فاق بودن تیر و ضخامت و ارتفاع جان تیر و میزان چرخش تیر ، قطر و تعداد سوراخ پیچها و  ... بستگی دارد .

    در شکل 2–1 ، دو تیر فاقدار متعامد به تیر اصلی اتصال دارند که تیر چپ دارای اتصال جوش و تیر راست دارای اتصال پیچ و مهره است و احتمال وقوع برش قالبی در هر دو تیر وجود دارد .

     

  • فهرست پایان نامه بررسی عددی برش های قالبی در اتصالات جوشی در سازه های فولادی

    فهرست:

    فصل اول : تعریف مسئله، ضرورت و اهداف انجام کار. 1

    1 – 1 ) مقدمه. 2

    1 – 2 ) تعریف مسئله. 3

    1 –3 ) ضرورت و اهداف انجام کار. 4

    1-4 ) ساختار پایان نامه 5

     فصل دوم : برش قالبی ( تئوری ، روابط و نکات آیین نامه ای ) 6

    2 – 1 ) مقدمه. 7

    2 – 2 ) تعریف برش قالبی و علل وقوع آن. 7

    2 – 3  )تعاریف اولیه و ضوابط آیین نامه ای.. 9

    2 – 3 – 1 ) اتصال جوشی و تعاریف آن. 9

    2 – 3 – 2 ) اتصال تیر به تیر. 11

    2 – 3-3  ) برش بال تیر در اتصال تقویت شده 12

    2 – 3 – 4 ) صلیب اتصال نبشی جان. 12

    2 – 3- 5 ) تعیین ابعاد نبشی اتصال. 13

    2 – 3-6 ) معیارهای محاسبه ظرفیت برش قالبی.. 13

    2 - 3 - 7 ) آیین نامه ایران. 16

    2- 4 ) کارهای انجام شده 18

    2-5 ) معیار پیشنهادی برای طراحی اتصال بر اساس برش قالبی.. 20

    2-6 ) نتیجه گیری از مباحث تئوری 25

    فصل سوم : مدلسازی و تحلیل چند نمونه اتصال تقویت شده 26

    3 – 1 ) مقدمه. 27

    3 –2 ) روش المان محدود و مزیت استفاده از آن. 27

    3-3 ) مش بندی و روش آنالیز. 29

    3 -4 ) تعریف مسئله. 30

    3 – 4 – 1 ) مقایسه انواع تقویت اتصال و بررسی کارایی آنها (تحلیل شماره 1 ) 30

    3 – 4-2 ) بررسی تغییر شکل و تنش تیرهای متعامد (تحلیل شماره 2 ) 32

    3 – 4-3 ) بررسی شدت بحرانی بودن فاق بالا و پایین (تحلیل شماره 3 ) 33

    3 – 4-4 ) بررسی تأثیر طول فاق بر مقاومت اتصال (تحلیل شماره 4 ) 34

    3-5 ) مدلسازی جوش... 35

    3 – 6 ) چگونگی تحلیل و بررسی.. 35

    فصل چهارم : آنالیز و بررسی اتصال های آزمایشی نمونه. 37

    4 – 1 )مقدمه. 38

    4 – 2 )تحلیل شماره (1) 38

    4 – 3 )تحلیل شماره (2) 55

    4 – 3-1) مقدمه. 55

    4 – 3-2 ) اتصال بدون ورق تقویت فوقانی بال. 55

    4 –3-3 ) اتصال با ورق تقویت فوقانی بال. 59

    4 – 4 ) تحلیل شماره (3) 67

    4 – 4-1 ) تیر با فاق بالا. 68

    4-4-2 )تیر با فاق زیر. 69

    4 – 4-3 ) تیر با فاق دوبل. 70

    4 – 5 ) تحلیل شماره (4) 72

    4-6 ) تأثیر خط جوش به برش قالبی.. 76

    4-3-3) فصل پنجم : نتیجه گیری وپیشنهادات..........................................................................................80     

    5-1 ) مقدمه ..........................................................................................................................................81

    5-2 ) توضیح کلی روند تحلیلی انجام شده.............................................................................................. 81

    5-3 ) نتیجه گیری .............................................................................................................................. 85

    5-4 ) پیشنهادات ................................................................................................................................ 87

    5-2 ) منابع و مآخذ  ........................................................................................................................... 88

    پیوست (1) نقشه های ساخت اتصال تحلیل شماره (1)...........................................................................91

    پیوست (2) گزارش تحلیل با روش المان محدود نرم افزار کتیا برای اتصال تحلیل شماره (1)....................97

     

     

     

    منبع:

             

    R.G. Driver, G. G. (2004). A UNIFIED APPROACH TO DESIGN FOR BLOCK SHEAR. Connections in Steel Structures V - Amsterdam, 323-334.

    John Y.C. ZHONG, M. C. (2004). EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF BLOCK SHEAR OF COPED BEAMS WITH WELDED CLIP ANGLES CONNECTION. 5th Structural Specialty Conference of the Canadian Society for Civil Engineering.

    Michael C. H. Yam, Y. C. (2008). An Investigation of the Block Shear Strength of Coped Beams with the Welded Cliped Angles Connection : PART II : Numerical Study. Hong Kong Polytechnic University, 1-61.

    راهنمای جوش و اتصالات جوشی در ساختمان های فولادی / دفتر تدوین و ترویج مقررات ملی ساختمان ، 1386

    Grondin, G. L. (2004). Block Shear Failure in Steel Members — A Review of Design Practice. Edmonton, Alberta, CANADA, 329-332.

    GRONDIN, G. L. (2001). AISC LRFD Rules for Block Shear in Bolted Connections—A Review. ENGINEERING JOURNAL / FOURTH QUARTER, 199-203.

    مقررات ملی ساختمان – مبحث دهم – طرح و اجرای ساختمان های فولادی / دفتر تدوین و ترویج مقررات ملی ساختمان ، 1387

    Cameron R. Franchuk, R. G. (2003). Experimental investigation of block shear failure in coped steel beams. Can. J. Civ. Eng. Vol. 30,, 871-881.

    Michael C.H. Yama, Y. Z. (2007). An investigation of the block shear strength of coped beams with a welded clip angle connection— Part I: Experimental study. Elsevier - Journal of Constructional Steel Research.

    Bino Baljit S. Huns, G. Y. (2002). BLOCK SHEAR FAILURE OF BOLTED GUSSET PLATES. 4th Structural Specialty Conference of the Canadian Society for Civil Engineering.

    Bino Baljit Singh Huns, G. Y. (2002). Block Shear Behaviour of Bolted Gusset Plate. structural engineering report 248.

    Cameron R. Franchuk, R. G. (2002). Block Shear Behaviour of Coped Steel Beams. structural engineering report 244.

    Erika Winters-Downey, S. a. (2008). Simple Shear Connection Limit States. MODERN STEEL CONSTRUCTION.

    Ferrell, M. T. (2003). Designing with Single Plate Connections. Modern Steel Construction.

    Geschwindner, L. F. (2004). EVOLUTION OF SHEAR LAG AND BLOCK SHEAR PROVISIONS IN THE AISC SPECIFICATION. Connections in Steel Structures V - Amsterdam, 21-26.

    Goodrich, W. (2005). BEHAVIOR OF EXTENDED SHEAR TABS IN STIFFENED BEAM-TO-COLUMN WEB CONNECTIONS.

    P.E., L. A. (2002). ORTHOGONAL AND SKEWED SHEAR CONNECTIONS DESIGN AND DETAILING REQUIREMENTS. University of Minnesota Dept of Civil Engineering.

    Williams, A. (2012). Steel Structure Design. American Society of Civil Engineers.

    Ziqi Wu, G. Y. (2002). Behaviour of Steel Columns Reinforced with Welded Steel Plates. structural engineering report 250.

    Bino Baljit S. Huns, G. Y. (2002). BLOCK SHEAR FAILURE OF BOLTED GUSSET PLATES. 4th Structural Specialty Conference of the Canadian Society for Civil Engineering.

    Bino Baljit Singh Huns, G. Y. (2002). Block Shear Behaviour of Bolted Gusset Plate. structural engineering report 248.

    Cameron R. Franchuk, R. G. (2002). Block Shear Behaviour of Coped Steel Beams. structural engineering report 244.

    Cameron R. Franchuk, R. G. (2003). Experimental investigation of block shear failure in coped steel beams. Can. J. Civ. Eng. Vol. 30,, 871-881.

    Erika Winters-Downey, S. a. (2008). Simple Shear Connection Limit States. MODERN STEEL CONSTRUCTION.

    Ferrell, M. T. (2003). Designing with Single Plate Connections. Modern Steel Construction.

    Geschwindner, L. F. (2004). EVOLUTION OF SHEAR LAG AND BLOCK SHEAR PROVISIONS IN THE AISC SPECIFICATION. Connections in Steel Structures V - Amsterdam, 21-26.

    Goodrich, W. (2005). BEHAVIOR OF EXTENDED SHEAR TABS IN STIFFENED BEAM-TO-COLUMN WEB CONNECTIONS.

    GRONDIN, G. L. (2001). AISC LRFD Rules for Block Shear in Bolted Connections—A Review. ENGINEERING JOURNAL / FOURTH QUARTER, 199-203.

    Grondin, G. L. (2004). Block Shear Failure in Steel Members — A Review of Design Practice. Edmonton, Alberta, CANADA, 329-332.

    John Y.C. ZHONG, M. C. (2004). EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF BLOCK SHEAR OF COPED BEAMS WITH WELDED CLIP ANGLES CONNECTION. 5th Structural Specialty Conference of the Canadian Society for Civil Engineering.

    Michael C. H. Yam, Y. C. (2008). An Investigation of the Block Shear Strength of Coped Beams with the Welded Cliped Angles Connection : PART II : Numerical Study. Hong Kong Polytechnic University, 1-61.

    Michael C.H. Yama, Y. Z. (2007). An investigation of the block shear strength of coped beams with a welded clip angle connection— Part I: Experimental study. Elsevier - Journal of Constructional Steel Research.

    P.E., L. A. (2002). ORTHOGONAL AND SKEWED SHEAR CONNECTIONS DESIGN AND DETAILING REQUIREMENTS. University of Minnesota Dept of Civil Engineering.

    R.G. Driver, G. G. (2004). A UNIFIED APPROACH TO DESIGN FOR BLOCK SHEAR. Connections in Steel Structures V - Amsterdam, 323-334.

    Williams, A. (2012). Steel Structure Design. American Society of Civil Engineers.

    Ziqi Wu, G. Y. (2002). Behaviour of Steel Columns Reinforced with Welded Steel Plates. structural engineering report 250.

     

     

  • ثبت سفارش
    عنوان محصول
    قیمت