6-1 مقدمه
در اتصالات صلب خمشی، لنگر خمشی انتهای تیر به صورت کامل به ستون منتقل گردیده و زاویه چرخش بین تیر و ستون در محل اتصال ثابت باقی می ماند. همان گونه که در فصل اول این کتاب بیان شد، چنانچه اتصالی قادر باشد تمام ظرفیت خمشی تیر را به ستون منتقل کند به آن اتصال با مقاومت کامل و در صورتی که درصدی از لنگر خمشی تیر را منتقل کند به آن اتصال با مقاومت جزیی می گویند.
سازه های فولادی که اتصال تیرها به ستون ها توسط اتصالات صلب (ممان گیر) انجام می شود، دارای مزایای عمده ای به شرح زیر هستند .
الف _ لنگر خمشی منفی پدید آمده در محل اتصال موجب کاهش لنگر خمشی مثبت می شود. به عبارت دیگر قسمت های انتهایی و میانی تیر هر دو در تحمل خمش تیر سهیم هستند که خود موجب کاهش در ابعاد مقطع تیر خواهد شد.
ب _ چنانچه تیر از شرایط فشردگی و تکیه گاه جانبی کافی برخوردار باشد، باز توزیع لنگر خمشی در تیر امکان پذیر بوده و می توان لنگر خمشی منفی طراحی را به میزان 10 درصد کاهش داد. کاهش لنگر خمشی منفی تیر باعث می شود که مقطع کوچک تری برای تحمل بارهای وارده بر تیر مورد نیاز باشد.
ج _ در سازه های فولادی که امکان تعبیه بادبند برای تحمل بارهای جانبی در آن ها به دلیل محدودیت های معماری میسر نباشد، استفاده از قاب های خمشی با اتصالات صلب یک راه حل مناسب جایگزین است.
د _ سازه های با اتصالات صلب عموما دارای شکل پذیری مناسب هستند. از این رو سازه های فولادی با این گونه اتصالات عملکرد رضایت بخشی در برابر نیروهای ناشی از زلزله دارند.
در این فصل اتصالات ممان گیر متعارف در سازه های فولادی با استفاده از هر دو فن جوشکاری و پیچکاری بررسی گردیده و مبانی و ضوابط طراحی هر یک همراه با مثال هایی ارائه خواهد شد.
6-2 انواع اتصالات صلب متداول
هر چند تنوع اتصالات صلب تیر به ستون بسیار زیاد است، لیکن در این فصل به انواع رایج آن که به نحو گسترده ای در اسکلت های ساختمانی مورد استفاده قرار می گیرد اشاره خواهد شد.
چون عمده لنگر خمشی تیر در بال های آن توسعه می یابد، از این رو برای فراهم نمودن یک اتصال صلب باید به نحو مقتضی بال های تیر به ستون متصل گردند. اتصال بال های تیر به ستون می تواند به صورت مستقیم و با استفاده از جوش نفوذی (شکل 6-1- الف)، به صورت مستقیم و توسط ورق های فوقانی و تحتانی(شکل 6-1- ب) و یا توسط ورق فوقانی و نشیمن (شکل 6-1- ج) انجام گیرد.
(تصاویر در فایل اصلی موجود است)
اتصال مستقیم بال های تیر به ستون به دلیل نیاز به پخ زنی بال برای جوش شیاری (شکل 6-1- الف) چندان متداول نیست و استفاده از ورق های فوقانی و تحتانی و یا نبشی نشیمن متداول تر است (شکل 6-1- ب و ج ). شکل 6-2- الف نمونه ای از اتصال صلب را که بال های تیر توطس ورق های فوقانی و تحتانی توسط جوش شیاری به بال ستون توسط پیچ به بال های تیر متصل شده اند، نشان می دهد. انتقال نیروی برشی تیر به ستون توسط نبشی و با کمک پیچ در این اتصال انجام می گیرد. برای اتصال بال زیرین تیر به ستون می توان از نبشی نشیمن مطابق شکل 6-2- ب استفاده کرد.
همان گونه که در شکل های 6-1 و 6-2 ملاحظه می کنید جان ستون توسط ورق هایی که به آن ورق های پیوستگی گویند، تقویت شده اند. لزوم به کار گیری ورق های تقویتی جان ستون (ورق های پیوستگی) در بخش های بعدی مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
به جای ورق های فوقانی و تحتانی و یا نبشی نشیمن می توان از سپری برای اتصال بال ها به ستون استفاده کرد (شکل 6-3- الف).
برای ایجاد یک اتصال صلب می توان تیر فولادی را در کارخانه به یک ورق انتهایی که در آن
سوراخ هایی تعبیه شده است توسط جوش شیاری در بال و جوش گوشه به جان متصل نمود.
سوراخ هایی تعبیه شده است توسط جوش شیاری در بال و جوش گوشه به جان متصل نمود. اتصال تیر به بال ستون توسط پیچ در محل کارگاه انجام می گیرد (شکل های 6-3-ب و ج).
اتصالات نشان داده شده در شکلهای 6-1 الی 6-3 که تیر ها در صفحه جان ستون به ستون متصل گردیده اند تشکیل یک قاب خمشی مسطح می دهند. چنانچه در یک سازه فولادی لازم باشد تیرها در صفحه عمود بر جان ستون هم به ستون متصل شوند در این صورت سیستم سازه ای تشکیل یک قاب خمشی فضایی را خواهد داد.
اتصال صلب تیر به جان ستون به سهولت اتصال آن به بال ستون نمی باشد. در این حالت می توان از یک نیمرخ سپری با طول حدود 2 برابر ارتفاع تیر که بال ها و جان آن برای قرار گرفتن مناسب در فاصله بال ها و جان ستون بریده شده است، استفاده نمود. اتصال سپری به جان ستون توسط جوش گوشه و به بال ستون توسط جوش شیاری انجام می گیرد (شکل های 6-4- الف و ب).
راکار دیگر اتصال تیر به ستون، استفاده از ورق های فوقانی و نشیمن تقویت شده است (شکل 6-5).
در اتصال شکل 6-5 جان ستون به شدت در معرض خمش و تنش های موضعی قرار می گیرد. بنابراین استفاده از اتصال مطابق شکل 6-4 برای اتصال تیر به جان ستون مناسب تر خواهد بود.
در ادامه این فصل به بررسی و تجزیه و تحلیل رفتار اتصالات نشان داده شده در شکل های 6-1 الی 6-5 پرداخته و ضمن ارائه اصول و ضوابط طراحی ان ها مثال هایی نیز در هر مورد ارائه خواهد شد.
-3 اتصال صلب توسط ورق های فوقانی و تحتانی (جان های تیر و ستون در یک صفحه)
در شکل های6-1- ب و 6-2- الف نونه ای از اتصال صلب تیر به ستون به کمک ورق های فوقانی و تحتانی که در آن جان های تیر و ستون در یک صفحه قرار دارند، نشان داده شده است.لنگر خمشی منفی موجود در اتصال توسط یک زوج نیرو به صورت کشش در ورق فوقانی و فشار در ورق تحتانی به بال ستون منتقل می شود. انتقال نیروی برشی تیر به ستون توسط ورق یا نبشی که به جان تیر و بال ستون متصل می شود انجام می گردد.
ورق های فوقانی و تحتانی توسط جوش شیاری با نفوذ کامل به بال ستون و به کمک جوش گوشه یا پیچ به بال های تیر متصل می شوند. ورق های فوقانی و تحتانی و نبشی جان به ترتیب بر اساس نیرو های کششی ، فشاری و برشی موجود در آن ها طراحی می شوند.
چنانچه لنگر خمشی منفی موجود در انتهای تیر را با M نشان دهیم در این صورت نیروه ی کششی T و فشاری C به ترتیب در ورق های فوقانی و تحتانی برابر خواهند بود با ،
(تصاویر و فرمول ها در فایل اصلی موجود است.)