رفتار خرابی سازه های فضاکار کش بستی

بررسی رفتار خرابی سازه های فضاکار کش بستی در اثر کمانش اعضای فشاری

کلید واژه : کش بستی ، کمانش، پیش تنیدگی، ناکاملی، کابل

چکیده

سازه های فضاکار یکی ازانواع مهم سیستم های سازه ای می باشندکه درساخت سازه های مدرن باابعاد بزرگ،کاربردفراوان دارند.
یک سازه ی فضاکار رامیتوان بصورت یک سیستم سازه ای درنظرگرفت که ازعضوهای مستقیم تشکیل شده است وطرز قرارگیری آنهابه گونه ای است که بارهابصورت سه بعدی منتقل میشوند.
سازه های فضاکار کش بستی ازجمله ی سازه های فضاکار میباشندکه درآنها ازکابل ها بعنوان اعضای کششی استفاده می شود.
دراین سازه ها اعضای کششی بصورت سیستمی پیوسته میباشند.درسازه های فضاکار بااتصالات مفصلی،که سازههای کش بستی نیزجزوآنها میباشند،رفتارانفرادی اعضا اثرتعیین کننده دررفتارخرابی سازه دارد.

کمانش عضو فشاری میتواند منجربه کاهش شدیدظرفیت باربری عضو شده ودر نتیجه دراعضای سازه ای باز توزیع نیروهارخ می دهد.
این بازتوزیع به نوبه ی خود ممکن است موجب شودکه اعضای نزدیک به اعضای خراب شده،رفتارخرابی شدیدی رابه نمایش بگذارند.
در این تحقیق اثر خرابی اعضای فشاری به ازای لاغری های مختلف اعضای فشاری در روی سختی، ظرفیت باربری وهمچنین مکانیزم خرابی بافتار خاصی از سیستم های کش بستی تحت عنوان ناپیوسته عضو فشاری بررسی شده است و مشاهده شده است که تغییر لاغری اعضای فشاری باعث تغییر مکانیزم خرابی بافتار می شود.

مقدمه

امروزه سازه های فضاکارجایگاه بسیارویژه ای رادربین انواع سیستم های سازه ای ودرمهندسی سازه والبته درمعماری باز کرده اند.
چراکه این سازه ها دارای ویژگی های منحصر بقردی میباشند که آنها را از سایر سازه ها متمایز می سازد.
سازه های فضاکار از جمله ی سازه هایی می باشند که دارای عملکرد مسلط سه بعدی هستند.
بعبارت دیگرمجموعه بافتار،بارهای وارده، جابجایی هاو …همگی درفضایی سه بعدی قابل بیان هستند.درسالهای اخیرسازه فضاکاربرای پوشش دهانه های بزرگ بکارمیروند.

بدون اینکه نیازی به وجود تکیه گاه میانی باشدونیز باحجم مصالح اندکی نسبت به سطح پوشش شده ساخته می شوند.
این سازه ها با واحدهای پیش ساخته براحتی در زمان کوتاهی در محل ساختمان مونتاژ می شوند.
باپیشرفت علم سازه های فضاکار،درحال حاضر انواع مختلفی ازاین سازه طراحی وساخته میشوند که ازجمله میتوان به شبکه های تخت تک لایه ودولایه،چلیکها،گنبدها،شبکه های کابلی،سازه های تاشووکش بستهادراشکال مختلف اشاره کرد.

سازه های کش بستی نوع جدیدی ازسازه های فضاکارمیباشند که درآنها ازکابل ها به عنوان اعضای کششی استفاده می شود.
تعریف دیگری که ازاین سازههامی توان کردبه این صورت میباشدکه سیستمهای کش بستی نوعی ازسازه های فضاکارمشبک پیش تنیده میباشند.
تمام اعضای آنهامستقیم میباشندواعضای کششی هیچ سختی درفشار ندارندونیزبصورت پیوسته به همدیگراتصال دارنددرحالیکه اعضای فشاری منحصراَ فشاری وبصورت ناپیوسته میباشد.

سازه های فضاکار کش بستی همانند سایرسازه های فضاکارمعمول،از مدولهای مجزا ازهم تشکیل میشوند که بااتصال این مدولهابه یکدیگربافتارموردنظرشکل میگیرد.
درسازه های کش بستی مدولها باروش های متفاوتی به یکدیگر متصل میشوندکه این امرسبب ایجادبافتارهای متنوع کش بستی میشود.
گرچه مبدا سازه های فضاکار کش بستی به سال 1921 بر می گردد، اما سازه های  کش بستی از نقطه نظر مهندسی برای اولین بار توسط Fuller بررسی شده اند و اغلب تحقیقات هندسی که روی این سازه های انجام گرفته ، توسط Fullerو Pugh گزارش شده اند. روش های استفاده از مکانیک بنیادی اخیراَ گسترش یافته و تحقیقات منظم و سیستماتیکی در روی سازه های کش بستی  انجام گرفته است.

بدین ترتیب امکان ارائه مبانی تئوریکی برای تحلیل و طراحی این سازه ها فراهم شده است. در بین محققین Kebiche, Liu, Wangو همکارانش، Dong Yuan, Lu, Kawaguchi, Kebiche, Ben Kahlaو Lazopoulos، سهم مهمی در ارتقا دانش ایستایی این سازه ها دارند. نتایج تحلیل دینامیکی خطی این سازه ها توسط Motro وFuruya و مطالعات دینامیکی غیرخطی توسط Skelton ,Motro و همکارانش Nabi, Sultan ,Skelto Pons Moussa,Ben Kahla گزارش شده اند.

مطالعه ی تحلیلی

استفاده از روشهای تحلیلی برای مسائل ساده بهترین گزینه میتواند باشد. چراکه باکمترین امکانات میتوان دقیقترین نتایج را بدست آورد.
از جمله ی این روش ها میتوان به روش های جداسازی متغیرها، تبدیل لاپلاس وروش های ریتز وگالرکین اشاره کرد.
درعمل مسائل مهندسی بسیاری وجود داردکه با استفاده از روش های تحلیلی نمی توان جواب دقیقی برای آن ها یافت.

شاید بتوان دلیل این امر رادرطبیعت پیچیده معادلات دیفرانسیل یا مشکلات ناشی از اعمال شرایط مرزی و شرایط اولیه دانست.
سازه های فضاکار کش بستی نیز از این قاعده مستثناء نمی باشند.باید توجه داشت که بررسی آزمایشگاهی رفتار چنین شبکه هایی با توجه به برخی عوامل از قبیل بزرگ بودن سازه، تعدد زیاد المان ها، پرهزینه بودن طرح و نیاز به امکانات وسیع آزمایشگاهی عملا امکان پذیر نمی باشد ولذا  در مواجهه با چنین مسایلی اغلب از روش های عددی استفاده می شود.

از نمونه ی روش های حل عددی می توان به روش های تفاضلات محدود و عناصر محدود اشاره کرد.
بعنوان مثال در صورت استفاده از روش عناصر محدود، عضو فشاری با مجموعه ای از عناصر مستقل جایگزین می شود.
سختی هر عنصر به کمک تابع تغییر شکل تقریبی که در طول عنصر تعریف می شود،بدستمی آید .
شرایط تعادل، سازگاری و مشخصه های الاستوپلاستیک مصالح اعمال شده وباحل معادلات مربوطه،تغییرمکانهای گرهی و نیروهای داخلی بدست می آید.
در این تحقیق از روش عناصر محدود برای بررسی رفتار خرابی بافتار کش بستی انتخابی استفاده شده است.

  • پدیده ی خرابی سازه های فضاکار

انواع مکانیزمهای خرابی سازه های فضاکار که انتظار میروددرسازههای کش بستی نیزاین مکانیزمهامشاهده شوند،بادرنظرگرفتن پدیده ی کمانش عضوی،بصورت زیرمیباشند(شکل1)

  • خرابی کل سازه  : در این حالت مشخصه ی فروریزی بار اعضا فشاری ناگهانی بوده و به هنگام فرایند باز توزیع نیروها، سایر اعضا نمی توانند بار کاهش یافته در نخستین عضو( یا در نخستین مجموعه ی اعضا) خراب شده را تحمل نمایند و در خودشان نیز خرابی رخ می دهد( شکل 1- الف).
  • خرابی موضعی سازه با یک فروجهش دینامیکی : در این حالت مشخصه فروریزی بار اعضای فشاری به گونه ای ناگهانی است که در فرایند باز توزیع، سایر اعضا نمی توانند بارهای بازتوزیع شده را با سرعت کافی جذب نمایند و ناپایداری در سازه رخ می دهد. تحت بارگذاری کنترل شده، تغییر شکل سازه افزایش یافته ولی بار وارده کاهش می یابد. ناپایداری ادامه پیدا می کند تا اینکه نخستین عضو کمانش یافته ( یا نخستین مجموعه ی اعضای فشاری) به کمترین مقاومت پس کمانشی خود می رسند. در این حال، حالت تعتدل سازه مجددا پایدار شود و سایر اعضا می توانند بار اضافی را تحمل نمایند تا اینکه به ظرفیت بحرانی خود برسند( شکل 1- ب).
  • خرابی موضعی بدون فروجهش : در این حالت مشخصه ی فرو ریزی بار اعضای فشاری، ناگهانی نیست و به هنگام فرایند باز توزیع، سایر اعضا می توانند بارهای باز توزیع شده را تحمل و جذب نمایند و لذا حالت تعادل سازه پایدار می باشد. سازه می تواند بار اضافی دیگری را تحمل نماید تا اینکه سایر اعضا کمانش کنند و در نتیجه خرابی کلی سازه حاصل گردد(شکل 1-پ).

علاوه برمکانیزمهای خرابی اشاره شده ی فوق که درانواع مختلف سازه فضاکارپدیدارمیشوند،سازه فضاکار کش بستی دارای دونوع مکانیزم خرابی دیگرمیباشند.

این دو نوع مکانیزم خرابی که به ماهیت وجود کابل بعنوان عضو منحصراّ کششی برمی گردد به شرح زیرمی باشد.

  • مکانیزم خرابی شل شدگی کابل ها: این نوع خرابی مختص سازه های کش بستی می باشد. در این نوع خرابی سختی بافتار با افزایش بار کاهش می یابد. بعبارتی کاهش ملایم در شیب منحنی بار – جابجایی سازه دیده می شود( شکل 1- ت).
  • مکانیزم خرابی کلی ناشی از گسیختگی کابل ها :در این نوع مکانیزم خرابی با گسیختگی اولین مجموعه ی کابل ها، بافتار دچار خرابی کلی می شود. در حالت مکانیزم خرابی کلی ناشی از گسیختگی کابل ها، رفتار اعضای کششی به گونه ای ناگهانی است که در فرایند باز توزیع،سایر اعضا نمی توانند بارهای باز توزیع شده را با سرعت کافی جذب نمایند و ناپایداری کلی در سازه رخ می دهد( شکل 1- ث).

سازه های فضاکار کش بستی

  • انتخاب بافتار

بافتاری که دراین تحقیق موردبررسی قرارگرفته است،ازمدولهای چهارعضوفشاری تشکیل شده است.نحوه اتصال این مدولها ازنوع اتصال لب به لب میباشد.
بعبارت دیگرلبه ی کابلهای لایه ی بالایی مدول به لبه ی کابلهای لایه بالایی مدول مجاورمتصل می باشد.
به همین ترتیب لبه ی کابلهای لایه ی پایینی مدول به لبه ی کابلهای لایه ی پایینی مدول مجاورمتصل میشوند.
درتحقیق حاضربافتار انعطاف پذیرهندسی انتخاب شده است. چراکه برای این بافتارها میتوان پیش تنیدگی را به اعضای کششی اعمال کرد.

ابعاد بافتار مورد استفاده در این تحلیل 4*4 متر بوده و عمق این بافتار 0.5 متر می باشد.
تصویر این بافتار در شکل (2) آورده شده است. در این بافتار اعضای فشاری هیچگونه اتصالی با همدیگر در داخل مدول و بافتار ندارند و لذا جزو سازه های کش بستی ناپیوسته ی عضو فشاری می باشد. این سیستم از نوع بافتارهای انعطاف پذیر هندسی است.
شرایط تکیه گاهی که اعمال شده بدین صورت است که گره های تحتانی وفوقانی موازی محورX بترتیب درراستاهایY,ZودرراستایYمقیدشده اند.
درشکل (2) بافتار مورد بررسی و یک نمونه از مدول های تشکیل دهنده ی آن را می توان مشاهده کرد.

  • انجام تحلیل ها

دراین بخش ابتدا به مراحل مختلف مدل سازی عناصرمحدوداعضای کششی وفشاری اشاره شده است وسپس تحلیل های مختلف انجام شده برروی بافتارموردبررسی آورده شده است.

3-1- مدل سازی عناصر محدود اعضای کششی

کابل المانی منحصراّ کششی می باشد که هیچگونه سختی در فشار ندارد. در نرم افزار عناصر محدود ANSYS گزینه مناسب برای معرفی المانی با رفتار منحصراّ کششی و یا منحصرا فشاری المان Link10 می باشد. ولی مشکلی که در این بین وجود دارد عبارتست از اینکه  این المان خاصیت غیرخطی  مصالح ندارد. برای غلبه بر این مشکل از المان Link8 که یکی دیگر از المان های معرفی شده در نرم افزار عناصر عناصر محدود ANSYS می باشد به صورت ترکیبی با المان  Link10 استفاده شده است. ترکیب این دو المان بدین صورت انجام گرفته شده است که 95 درصد از المان Link8 و 5 درصد از المان Link10 استفاده شده است.
همچنین برای اتصال Link8 به Link10 از المان چرخشی combin7 استفاده شده است.

دراین تحقیق رفتار تنش محوری–کرنش محوری اعضای کششی باتوجه به نتیجه آزمایشی که توسطBenkahla,Kebicheانجام گرفته است،در نظرگرفته شده است.رفتارتنش محوری–کرنش محوری اعضای کششی کابلی درشکل(3)آورده شده است.

همچنین مشخصات کابل ها را می توان در جدول 1 مشاهده کرد.

3-2- مدل سازی عناصر محدود اعضای فشاری

برای اعضای فشاری ازالمانLink180 که یکی دیگر ازالمان های معرفی شده درنرم افزارعناصر محدود ANSYS است، استفاده شده است.

در اغلب روش های تحلیل خرابی مورد استفاده در ارزیابی رفتار سازه های فضاکار که دارای گره های مفصلی می باشند، با در نظرگرفتن کمانش عضوی، ابتدا رفتار بار – تغییر مکان محوری اعضا فشاری تعیین می شود. پاسخ بار- تغییر مکان محوری عضو فشاری به صورت رابطه ی ایده آل تنش محوری – کرنش محوری عضو میله ای دو سر مفصلی مورد استفاده قرار می گیرد. پاسخ های ایده آل تنش محوری – کرنش محوری که برای اعضای فشاری به ازای دامنه های مختلف ناکاملی و لاغری بدست آمده است، بعنوان رفتار مصالح اعضای فشاری بکار گرفته شده است. بعنوان نمونه رفتار تنش محوری – کرنش محوری اعضای فشاری  به ازای لاغری 160 و ناکاملی های 0.005L, 0.001L,0.0005L  در شکل (4) نمایش داده شده است. همچنین مشخصات اعضای فشاری در جدول 2 آورده شده است.

لاغری های در نظر گرفته شده برای اعضای فشاری برابر با 200, 160 ,65 می باشد.
لازم توضیح است که سطح مقطع اعضای فشاری ثابت درنظرگرفته شده است وباتغییرممان اینرسی اعضای فشاری،لاغری این اعضاتغییرداده شده است.
ناکاملی مورد استفاده برای اعضای فشاری برابر با ناکاملی متداول0.001Lمی باشد کهLبرای طول اعضای فشاری است.
تحلیل ها به ازای مقادیر مختلف سطح مقطع و پیش تنیدگی اعضای کششی انجام شده است.
نتایج تحلیلها بصورت تغییر مکان قائم گره مرکزی لایه ی بالایی بافتار دربرابرباراعمالی به بافتارنشان داده شده است.

درسازه های کش بستی عواملی که باعث رفتار غیرخطی سازه میشوند دردو گروه غیرخطی هندسی ومصالح تقسیم بندی میشوند.

عوامل غیرخطی هندسی عبارتندازکوتاه شدن اعضا تحت بار محوری،کوتاه شدن طول اعضا تحت اثرخم شدن ناشی ازناکاملی هندسی،شل وسفت شدن کابلها،وجود تغییر مکان های بزرگ با وجود تغییر شکل های کوچک.
عامل غیرخطی مصالح هم مربوط به تغییر در سختی سازه ناشی از خواص غیرخطی مصالح می باشد.
همانگونه که قبلا اشاره شده رفتارتنش وکرنشی که بعنوان رفتاراعضای فشاری وکششی به نرم افزارداده میشودبشکل غیرخطی میباشد.

باتوجه به مطالب اشاره شده،انتخاب تحلیلی ازنوع غیرخطی برای این نوع سازهها اجتناب ناپذیراست،لذا برای تعیین مسیرتعادل این سازهها از روشهای تحلیل غیرخطی استفاده میشود.
روشی که دراین تحقیق استفاده شده است،روش طول کمان است که برای تحلیلهای استاتیکی غیرخطی که دارای مشکل پایداری هستند،راه حل مناسبی میباشد.

لازم به ذکراست که مقادیر پیش تنیدگی اعمالی به اعضای کششی که بصورت کرنش اولیه اعمال شده است درشکلهای مربوط به نتایج با isوناکاملی اعضای فشاری باeوسطح مقطع اعضای کششی باAنشان داده شده است.

3-3- مطالعه ی تحلیلی به ازای لاغری 65

دراین بخش لاغری انتخاب شده برای اعضای فشاری برابر با65میباشد.ناکاملی درنظرگرفته شده برای اعضای فشاری0.001Lمی باشد.
سطح مقطع اعضای کششی هم1.6cm2فرض شده است.پیش تنیدگی های اعمال شده به اعضای کششی بترتیب برابربا0.0045,0.005بوده است.
رفتاربار-تغییرمکان قائم گره مرکزی لایه ی بالایی بافتاربه ازای پیش تنیدگی های مذکور درشکل(5)آورده شده است.

همچنانکه در شکل (5) دیده می شود، با افزایش پیش تنیدگی اعضای کششی،ظرفیت باربری بافتار کاهش یافته است.
باتوجه به اینکه باافزایش پیش تنیدگی اعضای کششی،نیروی داخلی اعضای بافتارافزایش می یابد،لذاپس ازبارگذاری بافتار،اعضای فشاری سریعتربه بارکمانشی خودرسیده وخرابی کلی دربافتاراتفاق می افتد.
لذا ظرفیت باربری بافتار با افزایش پیش تنیدگی اعضای کششی کاهش می یابد.
ازلحاظ سختی بافتارنیزباتوجه به شکل(5)دیده میشود که با افزایش پیش تنیدگی اعضای کششی،سختی بافتارنیزافزایش یافته است.
ازآنجاکه سختی این سازههاعمدتا توسعه پیش تنیدگی اعضای کششی ایجاد میشود،لذابا افزایش پیش تنیدگی اعضای کششی،سختی بافتار نیزافزایش یافته است.

مکانیزم خرابی بافتاربه ازای پیش تنیدگی های مختلف اعمالی به اعضای کششی نیزیکسان میباشد،یعنی باخرابی اولین مجموعه ی اعضای فشاری،بافتاردچارخرابی کلی شده است.

بعبارتی مشخصه ی فرو ریزی باراعضای خراب شده به گونه ای سریع بوده که درفرایند باز توزیع نیروهاسایراعضای توانایی جذب نیروهای اعضای خراب شده رانداشته ولذا خرابی کلی دربافتارروی داده است.

رفتار بافتار به ازای مقادیر مختلف سطح مقطع اعضای کششی در شکل (6) آورده شده است.
پیش تنیدگی اعمال شده به اعضای کششی0.005درنظرگرفته شده است.تحلیلهابه ازای سطح مقطعهای مختلف1.5cm2و1.6cm2و1.65cm2برای اعضای کششی انجام شده است.

همچنانکه در شکل (6) مشخص است، باکاهش سطح مقطع اعضای کششی، ظرفیت باربری بافتار افزایش یافته است.

افزایش سطح مقطع اعضای کششی به ازای پیش تنیدگی ثابت،باعث افزایش نیروی داخلی اعضا و ازجمله اعضای فشاری می شود.

پس ازاینکه بافتارتحت بارگذاری قرارگرفت،با افزایش باروارده،اعضای فشاری زودتر به بارکمانشی خود میرسند ولذا ظرفیت باربری بافتارکاهش می یابد.

همچنین با توجه به شکل (6) معلوم می گردد با افزایش سطح مقطع اعضای کششی سختی بافتار افزایش یافته است.
بعبارتی افزایش سطح مقطع اعضای کششی به ازای پیش تنیدگی ثابت باعث افزایش نیروی داخلی اعضاودرنتیجه پیش تنیدگی بافتارشده ولذاسختی بافتارافزایش یافته است.

مکانیزم خرابی بافتارازنوع خرابی کلی میباشد.یعنی خرابی اولین مجموعه ی اعضای فشاری باعث خرابی کلی بافتارشده است.
این نوع مکانیزم خرابی برای تمامی تحلیلهای این بخش مشاهده شده است.

3-4- مطالعه ی تحلیلی به ازای لاغری 160

در این قسمت لاغری انتخاب شده برای اعضای فشاری برابر با 160می باشد.ناکاملی اعضای فشاری 0.001Lدر نظر گرفته شده است.
سطح مقطع اعضای کششی برابربا0.42cm2فرض شده است.پیش تنیدگی های اعمال شده به اعضای کششی برابربا0.005,0.0048,0.0055می باشند.
نتایج حاصل ازتحلیلها بصورت رفتار بار-تغییرمکان بافتار به ازای مقادیر مختلف  پیش تنیدگی در شکل (7) آورده شده است.

همچنانکه درشکل(7)دیده می شود،باافزایش پیش تنیدگی سختی بافتارهم افزایش یافته است.ازلحاظ ظرفیت باربری،با افزایش پیش تنیدگی،ظرفیت باربری بافتارکاهش یافته است.
همچنین مکانیزم خرابی بافتار به ازای پیش تنیدگی های مختلف یکسان بوده وهمگی از نوع مکانیزم خرابی کلی می باشد.

همچنین بافتار به ازای مقادیرمختلف سطح مقطع اعضای کششی به ازای لاغری 160 اعضای فشاری مورد تحلیلی قرار گرفته است.
ناکاملی درنظرگرفته شده برای اعضای فشاری برابربا0.001Lمیباشد.پیش تنیدگی اعمال شده به اعضای  کششی برابربا0.005میباشد.
تحلیل ها براساس سطح مقطع های 0.4cm2   و0.42cm و 0.5cm2    مربوط به اعضای کششی انجام  شده است.
نتایج حاصل از تحلیل ها بصورت رفتار بار – تغییر مکان بافتار در شکل (8) آورده شده است.

همچنانکه در شکل (8)  دیده می شود، با افزایش سطح مقطع  اعضای کششی  ظرفیت باربری بافتار کاهش یافته است.
همچنین افزایش سطح مقطع اعضای کششی باعث افزایش سختی بافتارشده است.مکانیزم خرابی برای تمامی تحلیلها یکسان وازنوع خرابی کلی میباشد.

3-5- مطالعه ی تحلیلی به ازای لاغری 200

در این حالت بافتار به ازای مقادیر مختلف پیش تنیدگی اعضای کششی مورد بررسی قرار گرفته است.
لاغری اعضای فشاری دراین حالت برابر با200میباشد.ناکاملی اعضای فشاری برابر با0.001Lدرنظرگرفته شده است .
سطح مقطع اعضای کششی برابر با 0.2cm2درنظر گرفته شده است.تحلیلها به ازای پیش تنیدگی های0.005,0.0045,0.004برروی بافتارانجام شده است.
نتایج تحلیل ها بصورت رفتار بار- تغییر مکان بافتار در شکل (9) آورده شده است.

همچنانکه در شکل (9) دیده می شود، با افزایش پیش تنیدگی اعضای کششی، ظرفیت باربری بافتار کاهش یافته است.
ازلحاظ سختی بافتار نیزبا توجه به شکل(9)دیده می شودکه با افزایش پیش تنیدگی اعضای کششی سختی بافتارنیزافزایش یافته است.

باتوجه به شکل(9)دیده می شودکه بافتاربه ازای مقادیر مختلف پیش تنیدگی اعضای کششی دچارخرابی موضعی بافروجهش دینامیکی شده است.
بعبارتی بافتار به ازای مقادیر مختلف پیش تنیدگی اعضای کششی یک فروجهش دینامیکی را تجربه کرده است.
دراین حالت،همانگونه که درشکل(9)نشان داده شده است،مشخصه ی فروریزی بار اعضای فشاری بگونه ای ناگهانی بوده است که درفرایند باز توزیع،سایراعضانمی توانندبارهای باز توزیع شده را با سرعت کافی جذب نمایند و ناپایداری در سازه رخ داده است.
ناپایداری ادامه پیدا کرده است تااینکه نخستین عضو کمانش یافته(یانخستین مجموعه ی اعضای فشاری)به کمترین مقاومت پس کمانشی خودرسیده اند.
دراینحال،حالت تعادل سازه مجددا پایدارشده است وسایراعضا توانسته اند باراضافی راتحمل نمایند تا اینکه به ظرفیت بحرانی خود برسند.

بعبارت دیگرهنگام کمانش نخستین عضو(یا مجموعه ی اعضا)به ازای کوچکترین افزایش دربارگذاری هیچ گونه حالت تعادلی درهمسایگی وجود نداشته است.
دراین نقطه سازه مجبورشده است که حالت تعادل  پایدار جدیدی راممکن است دراین تراز بار موجود باشد،جستجو نماید.
حرکت به سمت حالت تعادلی باتغییرات بزرگی درتغییرشکل همراه بوده وسازه شامل یک فروجهش دینامیکی گرهی بوده است.درنتیجه سازه یک پرش دینامیکی راتجربه کرده است.

همچنین بافتاربه ازای مقادیر مختلف سطح مقطع اعضای کششی به ازای لاغری 200 اعضای فشاری مورد بررسی قرار گرفته است.
ناکاملی اعضای فشاری برابر 0.001L انتخاب شده است. پیش تنیدگی اعمال شده به اعضای کششی برابر با 0.004 می باشد.
سطح مقطع های اعضای کششی دراین حالت برابر با0.15cm2و0.2cm2 و0.25cm2 در نظر گرفته شده است.
نتایج تحلیل بصورت رفتار بار- تغییر مکان بافتار در شکل (10) آورده شده است.

همچنانکه در شکل (10) دیده می شود، با افزایش سطح مقطع اعضای کششی، سختی بافتار نیز افزایش یافته است.
افزایش سطح مقطع اعضای کششی باثابت ماندن پیش تنیدگی اعضای کششی،باعث افزایش نیروی داخلی دراعضای بافتارشده ولذاباعث افزایش سختی بافتارمیشود.

از لحاظ ظرفیت باربری بافتار،همچنانکه درشکل (10) دیده میشود،افزایش سطح مقطع اعضای کششی معادل با کاهش ظرفیت باربری بافتاربوده است

.یعنی افزایش سطح مقطع اعضای کششی باعث ایجاد نیروهای داخلی بیشتری دربافتار شده ولذااعضای فشاری سریعتر به بارکمانشی خودرسیده ولذا ظرفیت باربری بافتارکاهش یافته است

همچنانکه درشکل(10)دیده میشود،بافتاربه ازای سطح مقطعهای0.2cm2 و0.25cm2اعضای کششی،دچارخرابی موضعی بافروجهشی دینامیکی شده است.ولی به ازای سطح مقطع0.15cm2بافتاردچارخرابی کلی شده است.

با توجه به اینکه در این بخش خرابی موضعی به ازای مقادیر سطح مقطع بزرگتر (0.25cm2 0.2cm2) اعضای کششی روی داده است، به نظر می رسد که باکاهش سطح مقطع اعضای کششی مکانیزم خرابی از حالت خرابی موضعی به سمت خرابی کلی پیش می رود. چرا که با کاهش سطح مقطع اعضای  کششی ، کابل ها توانایی کمتری برای جذب نیروهای اعضای خراب شده  پیدا می کنند ولذا خرابی موضعی، به خرابی کلی تبدیل می شود. از این رو تغییرات سطح مقطع اعضای کششی به ازای مقادیر لاغری بالا مانند لاغری200، منجر به تغییر مکانیزم خرابی بافتار می شود و با توجه به اینکه خرابی مطلوب برای طراحی، خرابی موضعی است لذا به نظر می رسد که استفاده از اعضای کششی با سطح مقطع بزرگتر مطلوب می باشد.

نتیجه گیری

مرورنتایج بدست آمده ازاین تحقیق بیانگرآن است که درطراحی این بافتارمطلوب است که ازاعضای فشاری بامقادیر بالای لاغری استفاده شود.
باتوجه به اینکه مکانیزم خرابی موضعی مطلوب طراحی میباشد،لذا برای طراحی این بافتارلاغری بالا ومخصوصا 200 پیشنهاد می شود.
چراکه بافتار مورد بررسی به ازای مقادیر لاغری کم، نشان دهنده ی مکانیزم خرابی کلی می باشد.
باتوجه به اینکه لاغری بالامانند200سبب کاهش ظرفیت باربری بافتارمیشود،ولی این مقدارظرفیت باربری بافتاربیشترازظرفیت طراحی بافتارمیباشدولذا مشکلی ازلحاظ طراحی ایجاد نمیکند.

برای استفاده ازبافتارمورد بررسی دراین تحقیق جهت طرحهای اجرایی میتوان باتوجه به عدم وجودآیین نامه مدون طراحی سازههای کش بستی ازآیین نامه سازه های فضاکارمعمول استفاده کرد.
ولی باتوجه به لاغری پیشنهادی 200 ونیز استفاده از نتایجی که درادامه ارائه شده است،باعث طراحی مطلوب بافتار می شود.

بررسی نتایج حاصل ازاین تحقیق که منحصرامربوط به بافتارمورد مطالعه دراین تحقیق میباشد بیانگر آن است که :

  • با توجه به اینکه سختی این سازه ها عمدتا توسط پیش تنیدگی اعضای کششی ایجاد می شود، لذا در این نوع بافتار نیز افزایش پیش تنیدگی نشان دهنده ی افزایش سختی بافتار می باشد. اما افزایش پیش تنیدگی سبب کاهش ظرفیت باربری بافتار می شود. چراکه افزایش پیش تنیدگی اعضای کششی سبب افزایش نیروهای داخلی اعضای بافتار شده و زودتر به بار گسیختگی خود می رسند.
  • افزایش سطح مقطع اعضای کششی سبب افزایش سختی بافتار می شود. چراکه باافزایش سطح مقطع اعضای کششی نیروهای داخلی اعضای بافتار افزایش یافته و لذا سختی بافتار افزایش می یابد. همچنین افزایش سطح مقطع اعضای فشاری سبب کاهش ظرفیت باربری بافتار می شود. زیرا افزایش سطح مقطع اعضای فشاری سبب کاهش ظرفیت باربری بافتار می شود. زیرا افزایش سطح مقطع اعضای کششی باعث افزایش نیروهای داخلی اعضا شده ولذا اعضای فشاری زودتر به بار کمانشی خود می رسند.
  • مطالعه ی تحلیلی بافتار به ازای مقادیر مختلف لاغری و اثر آنها بر روی مکانیزم خرابی بافتار مورد مطالعه، نشان دهنده ی آن است که در حالت گسیختگی اعضای فشاری با افزایش ضریب لاغری اعضای فشاری مکانیزم خرابی بافتار از حالت مکانیزم خرابی کلی به سمت مکانیزم خرابی موضعی تغییر پیدا می کند همچنین افزایش لاغری در حالت گسیختگی اعضای فشاری سبب کاهش ظرفیت باربری بافتار می شود.
  • بررسی رفتار خرابی بافتار مورد مطالعه در این تحقیق به ازای مقادیر مختلف پیش تنیدگی و سطح مقطع اعضای کششی و نیز لاغری اعضای نشان دهنده ی دو نوع مکانیزم خرابی کلی و مکانیزم خرابی موضعی با فروجهش دینامیکی می باشد.

تهیه کنندگان: حجت محمدی ثانی آذر، محمدرضا شیدایی، کریم عابدی

 

Copyright 2016