بنام یگانه مهندس هستی
مهار جانبی تیر های فولادی در قاب خمشی
مقدمه
مهار جانبی تیرهای فولادی یکی از جنبه‌های مهم در طراحی سازه‌های فولادی است که به منظور جلوگیری از کمانش پیچشی-جانبی تیرها انجام می‌شود. کمانش پیچشی-جانبی زمانی رخ می‌دهد که بال فشاری تیر تحت بارهای وارده تمایل به خم شدن و پیچش دارد. برای جلوگیری از این نوع کمانش، مهارهای جانبی به کار می‌روند که در مقالات قبلی مفصل به این موضوع پرداختیم.
امروز به موضوع مهار جانبی در قاب های خمشی پرداخته و ضوابط آنرا بررسی می‌کنیم.
علت ایجاد مهار جانبی در تیر های فولادی:
همانطور که در مقالات قبلی توضیح دادیم (محاسبه مقاومت خمشی) استفاده از مهار های جانبی برای تیر های فولادی به این علت انجام می‌شود که تیر های فولادی هنگام بارگذاری ممکن است پیچیده و این پیچش موجب کاهش قابل توجه ظرفیت خمشی تیر می‌شود.
این کمانش موجب می‌شود تا تیر مورد بارگذاری نتواند حداکثر ظرفیت خمشی خود را تجربه نماید و قبل از ایجاد شدن لنگر پلاستیک یا Mp از دست رفته و کارایی خودرا از دست خواهد داد.پیشنهاد می‌شود پیش از مطالعه این مقاله،مقاله قبلی (محاسبه مقاومت خمشی) در خصوص این موضوع را مطالعه نموده تا با نحوه محاسبه لنگر پلاستیک و لنگر تسلیم به خوبی آشنا شوید.
در مجموع با ایجاد مهار های جانبی باعث جلوگیری از کمانش پیچشی جانبی شده و از حداکثر لنگر قابل تحمل عضو که همان لنگر پلاستیک است استفاده می‌کنیم.
هنگامی که کمانش پیچشی جانبی ایجاد شود ظرفیت خمشی از رابطه ZFy قابل محاسبه نبوده
ما به دو دلیل از مهار جانبی برای تیر ها استفاده می‌کنیم.دلیل اول در بالا توضیح داده شد و اما دلیل دوم الزام آیین نامه است که در ادامه به آن پرداخته و بررسی می‌کنیم.
مهار جانبی تیر های فولادی به دلیل الزام لرزه‌ای برای تیرهای متوسط و ویژه
دلیل دوم استفاده از مهار های جانبی در تیر های فولادی الزام مبحث دهم مقررات ملی ساختمان است که این الزام برای قاب های خمشی متوسط و ویژه است.
در ادامه خواهید دید به دلیل اهمیت بیشتر قاب های خمشی ویژه،فواصل این مهار ها طبق روابط ، کمتر از قاب های خمشی متوسط خواهد بود به عبارتی دیگر فاصله میان مهار های جانبی در قاب خمشی متوسط،زیاد تر از قاب خمشی ویژه است.دراین خصوص باید مفهوم Lb را تعریف نموده که در توضیح زیر آنرا معرفی می‌کنیم.
Lb درواقع حداکثر فاصله مهارجانبی تیر می‌باشد که می‌توان در صورتی که فاصله مهار ها از این عدد کوچک تر باشد از حداکثر ظرفیت خمشی عضو سود برد.به تعبیری دیگر فاصله مهار های جانبی اگر از Lb بیشتر باشد ظرفیت خمشی افت کرده و قابل محاسبه با رابطه ZFy نیست.
برای محاسبه این عدد از رابطه زیر استفاده می‌کنیم.
به عنوان مثال برای یک IPE27 حداکثر فاصله مهارهای جانبی برای استفاده از حداکثر ظرفیت خمشی ۱۵۳ سانتی‌متر است که ریز محاسبات در زیر آمده.
(در این رابطه E مدومل الاستیسیته فولاد و برابر با ۲۰۰۰۰۰۰ ، Fy تنش تسلیم فولاد و ry شعاع ژیراسون می‌باشد.)
پس اگر فاصله مهارهای جانبی از ۱۵۳ سانتی‌متر بیشتر باشد تیر دچار کمانش پیچشی جانبی می‌شود.
مهار جانبی در قاب های خمشی با شکل پذیری متوسط
در بند ۱۰-۳-۲-۸ از مبحث دهم مقررات ملی ساختمان رابطه محاسبه Lb آورده شده که در زیر بررسی می‌کنیم.
در قاب های خمشی متوسط که دارای تیر های فولادی تنها هستند دو الزام را باید ارضا نمایند.
۱ هردو بال تیر باید به صورت جانبی یا مقطع تیر از طریق مهار پیچشی نقطه ای،مهار شود.
۲ فاصله حداکثر مهار های جانبی که در طول تیر کار می‌شوند نباید از رابطه Lb بیشتر شود.
در زیر مجدد برای IPE27 حداکثر فاصله مهار های جانبی را طبق رابطه این بند محاسبه می‌کنیم.
همانطور که مشاهده می‌کنید در قاب های خمشی متوسط حداکثر فاصله مهارجانبی IPE27 باید ۳۶۵ سانتی‌متر باشد.لازم به ذکر است این عدد صرفا به ابعاد و مشخصات مقطع بستگی دارد و ارتباطی با طول تیر نداشته.
همچنین در نرم افزار ایتبس اگر طول تیر از عدد مورد نظر(Lb) فراتر رود ارور زیر نمایش داده می‌شود.
نکته:تیرهایی که یک بال آنها در بتن محصور است و با استفاده از برشگیر ها و گلمیخ ها به بتن دوخته شده است عملا آن بال تیر مهار شده محسوب می‌شود.
طبق این بند از مبحث دهم اگر بال تیر در بتن سقف محصور شود،آن بال دچار کمانش پیچشی جانبی نخواهد شد.
مهار جانبی در قاب های خمشی با شکل پذیری زیاد
بدیهی است که در قاب خمشی با شکل پذیری زیاد حساسیت موضوع افزایش یافته و فاصله مهار های جانبی باید نسبت به قاب های خمشی متوسط کاهش قابل توجهی داشته باشد.
در فاصله از بند ۱۰-۳-۲-۸-۲ قابل محاسبه می‌باشد.
در این رابطه ضریب ۰٫۱۷ در قاب های خمشی متوسط به ۰٫۰۸۶ کاهش یافته و این دلالت بر کاهش قابل توجه حداکثر فاصله مهارجانبی دارد.
مجدد برای قاب های خمشی ویژه حداکثر فاصله مهار جانبی را محاسبه می‌نماییم.
کاهش قابل توجه حداکثر فاصله مهار جانبی در قاب های خمشی ویژه و متوسط کاملا مشخص است.
مبحث دهم علاوه بر بند های بالا به دلیل حساسیت موضوع ضابطه دیگری نیز قرارداده تا از عدم کمانش پیچشی جانبی اطمینان حاصل نماید.
مطابق این بند همه تیر های باربرلرزه ای باید به صورت جانبی مهارشده باشند و طبق روابطی که در مقاله قبلی توضیح دادیم (مقاومت خمشی) برای تعیین مقاومت خمشی تیر یا Mn حالت حدی کمانش پیچشی جانبی تعیین کننده نباشد یا به تعبیری دیگر مقدارLb<Lp بوده که مقدار Lp از رابطه شماره ۱ قابل محاسبه است.
جمع بندی:
در مجموع برای حداکثر فاصله مهار های جانبی از دو رابطه استفاده می‌کنیم.رابطه اول، که تعیین کننده مقاومت خمشی است و رابطه دوم که از بندهای ضوابط لرزه ای حاصل می‌شود هرکدام که کمتر است.
در مثال های بالا در یک قاب خمشی متوسط، مطابق ضوابط لزره‌ای حداکثر فاصله مهار های جانبی ۳۵۶ سانیت متر و در روابط تعیین مقاومت خمشی این فاصله ۱۵۳ سانتی‌متر است، که بدیهی است باید مقدار کمتر یعنی ۱۵۳ سانتی‌متر را در نظر بگیریم.
منابع:
-
مبحث دهم مقررات ملی ساختمان
“امیدواریم این مقاله براتون مفید بوده باشه”
