امتت مجله امتت – اقتصاد – ساختمان
شاید این مطالب برایتان مفید باشد
تحلیل تنشهای ایجاد شده در سازههای فولادی
در علم مهندسی سازه، تحلیل تنش فرآیندی است که طی آن چگونگی توزیع نیروهای داخلی در اعضای فولادی تحت بارهای مختلف (مرده، زنده، زلزله و باد) بررسی میشود. فولاد به دلیل خاصیت همگن بودن و رفتار الاستیک-پلاستیک مشخص، یکی از قابلپیشبینیترین مصالح برای تحلیل تنش است. شناخت دقیق این تنشها برای جلوگیری از کمانش، تسلیم و شکست خستگی در ساختمانها و پلها امری حیاتی است.
در این مقاله، به بررسی انواع تنشها و متدهای تحلیل آنها در سازههای فولادی میپردازیم.
انواع تنشهای اصلی در اعضای فولادی
تنشها بسته به نوع بارگذاری و هندسه عضو، به شکلهای مختلفی در مقاطع فولادی ظاهر میشوند.
تنشهای محوری (کششی و فشاری)
تنش محوری زمانی ایجاد میشود که نیرو در راستای محور طولی عضو (مانند مهاربندها یا ستونهای خرپا) وارد شود. در فولاد، مقاومت کششی بسیار بالاست، اما در حالت فشاری، چالش اصلی «کمانش» (Buckling) است. مهندسان باید اطمینان حاصل کنند که تنش فشاری پیش از رسیدن به حد تسلیم فولاد، باعث ناپایداری و خم شدن ناگهانی عضو نشود.
تنشهای خمشی و برشی
در تیرها، بارهای عمودی باعث ایجاد تنش خمشی میشوند که در لایههای بالایی و پایینی مقطع (بالها) به حداکثر میرسد. همزمان، تنش برشی در جان تیر (Web) ایجاد میشود که تمایل دارد لایههای فولاد را روی هم بلغزاند. تحلیل دقیق تمرکز تنش در محل اتصال جان به بال برای جلوگیری از گسیختگی برشی اهمیت فراوانی دارد.
متدهای مدرن تحلیل تنش
با پیچیدهتر شدن سازهها، روشهای محاسباتی از حالت دستی به سمت تحلیلهای عددی پیشرفته حرکت کردهاند.
روش اجزای محدود (FEM)
روش اجزای محدود قدرتمندترین ابزار برای تحلیل تنش در اتصالات پیچیده فولادی است. در این متد، قطعه به هزاران المان کوچک تقسیم شده و معادلات تعادل برای هر المان حل میشود. این تحلیل اجازه میدهد تا نقاطی که دارای «تمرکز تنش» (Stress Concentration) هستند (مانند اطراف سوراخ پیچها یا لبههای جوش) به دقت شناسایی شوند.
تحلیل غیرخطی هندسی و مادی
در بارهای بسیار شدید مانند زلزله، فولاد از محدوده الاستیک خارج شده و وارد فاز پلاستیک میشود. در این مرحله، تنش دیگر با کرنش رابطه خطی ندارد. تحلیل غیرخطی به مهندسان کمک میکند تا ظرفیت نهایی سازه و چگونگی بازتوزیع تنشها پس از تسلیم برخی از اعضا را پیشبینی کنند.
پدیدههای بحرانی در تحلیل تنش فولاد
برخی عوامل میتوانند باعث شکست سازه شوند، حتی اگر تنشها کمتر از حد تسلیم اسمی باشند.
پدیده خستگی (Fatigue)
در سازههایی که تحت بارهای تکرار شونده هستند (مانند پلهای فلزی یا سازههای صنعتی دارای جرثقیل)، نوسان تنش باعث ایجاد ترکهای میکروسکوپی میشود. این ترکها به تدریج رشد کرده و منجر به شکست ناگهانی عضو میشوند. تحلیل خستگی بر اساس نمودارهای S-N (تنش در مقابل تعداد چرخه) انجام میگیرد.
کمانش پیچشی-جانبی (LTB)
در تیرهای فولادی بلند که مهار جانبی کافی ندارند، ترکیب تنشهای خمشی و فشاری در بال فشاری میتواند باعث پیچش ناگهانی تیر حول محور طولیاش شود. تحلیل تنش در این حالت باید پایداری کلی مقطع را در کنار مقاومت مصالح بررسی کند.
درک عمیق از نحوه توزیع تنشها، کلید طراحی سازههایی سبکتر، اقتصادیتر و در عین حال ایمنتر است. امروزه استفاده از نرمافزارهایی نظیر SAP2000 و ABAQUS این امکان را فراهم کرده تا رفتار واقعی فولاد تحت پیچیدهترین شرایط بارگذاری شبیهسازی شود.
مصالح ساختمانی بازیافتی و تاثیر آن بر محیط زیست
انتقاد سرپرست فولاد از شرایط بازی با پرسپولیس
مقایسه مصالح نوین با مصالح سنتی
