سازه های فضاکار کش بستی در اثر کمانش اعضای فشاری

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 سیستمهای سازه ای میباشند که در ساخت سازه های مدرن با ابعاد بزرگ،کاربرد فراوان دارند. یک سازه ی فضاکار را میتوان بصورت یک سیستم سازه ای درنظر گرفت که ازعضوهای مستقیم تشکیل شده است و طرز قرارگیری آنها به گونه ای است که بارها بصورت سه بعدی منتقل می شوند. سازه های فضاکار کش بستی از جمله ی سازه های فضاکار میباشند که در آنها از کابل ها به عنوان اعضای کششی استفاده می شود.در این سازه ها اعضای کششی بصورت سیستمی پیوسته می باشند. در سازه های فضاکار با اتصالات مفصلی،که سازه های کش بستی نیز جزو آنها می باشند،رفتار انفرادی اعضا اثر تعیین کننده دررفتار خرابی سازه دارد.کمانش عضو فشاری میتواند منجربه کاهش شدید ظرفیت باربری عضو شده ودر نتیجه دراعضای سازه ای باز توزیع نیروها رخ میدهد.این باز توزیع بنوبه ی خود ممکن است موجب شود که اعضای نزدیک به اعضای خراب شده،رفتار خرابی شدیدی را به نمایش بگذارند.دراین تحقیق اثرخرابی اعضای فشاری به ازای لاغری های مختلف اعضای فشاری در روی سختی،ظرفیت باربری وهمچنین مکانیزم خرابی بافتار خاصی از سیستمهای کش بستی تحت عنوان ناپیوسته عضوفشاری بررسی شده است ومشاهده شده است که تغییر لاغری اعضای فشاری باعث تغییر مکانیزم خرابی بافتار میشود.

مقدمه

امروزه سازه های فضاکار جایگاه بسیار ویژه ای را در بین انواع سیستم های سازه ای و در مهندسی سازه و البته در معماری باز کرده اند. چراکه این سازه ها دارای ویژگی های منحصر بقردی می باشند 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. به عبارت دیگر مجموعه بافتار،بارهای وارده، جابجایی ها و … همگی در فضایی سه بعدی قابل بیان هستند.در سال های اخیر سازه های فضاکار برای پوشش دهانه های بزرگ بکار می روند.بدون اینکه نیازی به وجود تکیه گاه میانی باشد و نیز با حجم 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. با پیشرفت علم سازه های فضاکار، در حال حاضر انواع مختلفی از این سازه طراحی و ساخته می شوند که از جمله می توان به شبکه های تخت تک لایه و دو لایه ، چلیک ها ، گنبدها، شبکه های کابلی، سازه های تاشو و کش بست ها در اشکال مختلف اشاره کرد.
سازه های کش بستی نوع جدیدی از سازه های فضاکار می باشند که در آنها از کابل ها به عنوان اعضای کششی استفاده می شود. تعریف دیگری که از این سازه های می توان کرد به این صورت می باشد که سیستم های کش بستی نوعی از سازه های فضاکار مشبک پیش تنیده می باشند. تمام اعضای آنها مستقیم می باشند و اعضای کششی هیچ سختی در فشار ندارند و نیز بصورت پیوسته به همدیگر اتصال دارند در حالیکه اعضای فشاری منحصراَ فشاری و بصورت ناپیوسته می باشد.
سازه های فضاکار کش بستی همانندسایرسازه های فضاکار معمول،ازمدولهای مجزا ازهم تشکیل میشوندکه با اتصال این مدولهابه یکدیگربافتارموردنظر شکل میگیرد.
در سازه های کش بستی مدولها باروشهای متفاوتی به یکدیگرمتصل میشوندکه این امرسبب ایجاد بافتارهای 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 با کمترین امکانات میتوان دقیقترین نتایج را بدست آورد.
از جمله ی این روش ها می توان به روش های جداسازی متغیرها، تبدیل لاپلاس و روش های ریتز و گالرکین اشاره کرد. در عمل مسائل مهندسی بسیاری وجود دارد که با استفاده از روش های تحلیلی نمی توان جواب دقیقی برای آن ها یافت. شاید بتوان دلیل این امر را در طبیعت 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 و با حل معادلات مربوطه،تغییرمکان های 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.

1- پدیده ی خرابی سازه های فضاکار

انواع مکانیزم های خرابی سازه های فضاکار که انتظار می رود در سازه های کش بستی نیز این مکانیزم ها مشاهده شوند، با در نظر گرفتن پدیده ی کمانش عضوی،بصورت زیر می باشند( شکل 1):
1- 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)
2- 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).
3- 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 برمکانیزم های خرابی اشاره شده ی فوق که در انواع مختلف سازه های فضاکار پدیدار می شوند، سازه های فضاکار کش بستی دارای دو نوع مکانیزم خرابی دیگر می باشند. این دو نوع مکانیزم خرابی که به ماهیت وجود کابل بعنوان عضو منحصراّ کششی بر می گردد به شرح زیر می باشد.
4- 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).
5- 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).

2- انتخاب بافتار

بافتاری که در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفته است، از مدول های چهار عضو فشاری تشکیل شده است. نحوه ی اتصال این مدول ها از نوع اتصال لب به لب می باشد. به عبارت دیگر لبه ی کابل های لایه ی بالایی مدول به لبه ی کابل های لایه بالایی مدول مجاور متصل می باشد. به همین ترتیب لبه ی کابل های لایه ی پایینی مدول به لبه ی کابل های لایه ی پایینی مدول مجاور متصل می شوند.در تحقیق حاضر بافتار انعطاف پذیر هندسی انتخاب شده است. چرا که برای این بافتارها می توان پیش تنیدگی را به اعضای کششی اعمال کرد.
ابعادبافتارمورداستفاده دراین تحلیل4*4 متربوده وعمق این بافتار0.5 متر میباشد.تصویراین بافتاردر شکل (2) آورده شده است.
دراین بافتاراعضای فشاری هیچگونه اتصالی باهمدیگر درداخل مدول وبافتار ندارند ولذاجزو سازه های کش بستی ناپیوسته ی عضو فشاری میباشد.
این سیستم از نوع بافتارهای انعطاف پذیر هندسی است.شرایط تکیه گاهی که اعمال شده بدین صورت است که گره های تحتانی و فوقانی موازی محور X، به ترتیب در راستاهای Y,Z و در راستای Y مقید شده اند. در شکل (2) بافتار مورد بررسی و یک نمونه از مدول های تشکیل دهنده ی آن را می توان مشاهده کرد.

3- انجام تحلیل ها

دراین بخش ابتدابمراحل مختلف مدلسازی عناصرمحدوداعضای کششی وفشاری اشاره شده است وسپس تحلیلهای مختلف انجام شده برروی بافتارمورد بررسی 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.
سازه های فضاکار
دراین تحقیق رفتارتنش محوری–کرنش محوری اعضای کششی باتوجه به نتیجه آزمایشی که توسطBenkahla,Kebicheانجام گرفته است،در نظرگرفته شده است.

رفتار تنش محوری–کرنش محوری اعضای کششی کابلی درشکل(3) آورده شده است.همچنین مشخصات کابلها را میتوان درجدول 1 مشاهده کرد.

3-2- مدل سازی عناصر محدود اعضای فشاری

برای اعضای فشاری از المان Link180 که یکی دیگر از المان های معرفی شده در نرم افزار عناصر 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 لاغری160 وناکاملی های0.005L,0.001L,0.0005L درشکل(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 به توضیح است که سطح مقطع اعضای فشاری ثابت در نظر گرفته شده است و با تغییر ممان اینرسی اعضای فشاری، لاغری این اعضا تغییر داده شده است. ناکاملی مورد استفاده برای اعضای فشاری برابر با ناکاملی متداول 0.001L می باشد که L برای طول اعضای فشاری است. تحلیل ها به ازای مقادیر مختلف سطح مقطع و پیش تنیدگی اعضای کششی انجام شده است.
نتایج تحلیلهابصورت تغییرمکان قائم گره مرکزی لایه ی بالایی بافتاردربرابر باراعمالی به بافتارنشان داده شده است.
درسازه های کش بستی عواملی که باعث رفتارغیرخطی سازه میشوند دردوگروه غیرخطی هندسی ومصالح تقسیم بندی میشوند.
عوامل غیرخطی هندسی عبارتندازکوتاه شدن اعضا تحت بارمحوری،کوتاه شدن طول اعضا تحت اثرخم شدن ناشی ازناکاملی هندسی،شل وسفت شدن کابلها،وجودتغییرمکانهای بزرگ باوجود تغییرشکلهای 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 سازه ها اجتناب ناپذیراست،لذابرای تعیین مسیرتعادل این سازه ها ازروشهای 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 ذکر است که مقادیر پیش تنیدگی اعمالی به اعضای کششی که به صورت کرنش اولیه اعمال شده است در شکل های مربوط به نتایج با is و ناکاملی اعضای فشاری با e وسطح مقطع اعضای کششی با A نشان داده شده است.

3-3- مطالعه ی تحلیلی به ازای لاغری 65

دراین بخش لاغری انتخاب شده برای اعضای فشاری برابربا 65 میباشد. 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.
رفتار بار- 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 مییابد،لذاپس ازبارگذاری بافتار،اعضای فشاری سریعتربه بارکمانشی خودرسیده وخرابی کلی دربافتاراتفاق میافتد.
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.
ازآنجا که سختی این سازه هاعمدتاتوسعه پیش تنیدگی اعضای کششی ایجادمیشود،لذا باافزایش پیش تنیدگی اعضای کششی،سختی بافتارنیزافزایش یافته است.
مکانیزم خرابی بافتاربازای پیش تنیدگی های مختلف اعمالی به اعضای کششی نیزیکسان میباشد،یعنی باخرابی اولین مجموعه ی اعضای فشاری، بافتاردچار خرابی کلی شده است.بعبارتی مشخصه ی فرو ریزی بار اعضای خراب شده به گونه ای سریع بوده که در فرایند باز توزیع نیروها سایر اعضای توانایی جذب نیروهای اعضای خراب شده را نداشته ولذا خرابی کلی در بافتار روی 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 مختلف1.5cm2 و1.6cm2و1.65cm2برای 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 وازجمله اعضای فشاری می شود.
پس ازاینکه بافتارتحت بارگذاری قرارگرفت،با افزایش باروارده،اعضای فشاری زودتر به بار کمانشی خود میرسندولذا ظرفیت باربری بافتار کاهش مییابد.
همچنین با توجه به شکل (6) معلوم می گردد با افزایش سطح مقطع اعضای کششی سختی بافتار افزایش یافته است.
بعبارتی افزایش سطح مقطع اعضاکششی بازاءپیش تنیدگی ثابت باعث افزایش نیروی داخلی اعضاودرنتیجه پیش تنیدگی بافتارشده ولذاسختی بافتارافزایش یافته است.
مکانیزم خرابی بافتاراز نوع خرابی کلی میباشد.یعنی خرابی اولین مجموعه ی اعضای فشاری باعث خرابی کلی بافتار شده 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 160 می باشد.
ناکاملی اعضای فشاری 0.001L در نظر گرفته شده است.
سطح مقطع اعضای کششی برابربا0.42cm2فرض شده است. پیش تنیدگی های اعمال شده به اعضای کششی برابربا 0.005,0.0048,0.0055 میباشند.
نتایج حاصل ازتحلیل ها بصورت رفتار بار-تغییرمکان بافتاربه ازای مقادیر مختلف پیش تنیدگی درشکل (7) آورده شده است.
همچنانکه در شکل (7) دیده می شود، با افزایش پیش تنیدگی سختی بافتار هم افزایش یافته است.
از لحاظ ظرفیت باربری، با افزایش پیش تنیدگی، ظرفیت باربری بافتار کاهش یافته است.
همچنین مکانیزم خرابی بافتاربه ازای پیش تنیدگی های مختلف یکسان بوده وهمگی از نوع مکانیزم خرابی کلی میباشد.
همچنین بافتاربه ازای مقادیر مختلف سطح مقطع اعضای کششی به ازای لاغری 160 اعضای فشاری مورد تحلیلی قرار گرفته است.
ناکاملی در نظر گرفته شده برای اعضای فشاری برابر با 0.001L می باشد.
پیش تنیدگی اعمال شده به اعضای کششی برابربا0.005 میباشد.تحلیلهابراساس سطح مقطعهای 0.4cm2 و0.42cm2 و0.5cm2مربوط 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 بافتار شده است.
مکانیزم خرابی برای تمامی تحلیل ها یکسان و از نوع خرابی کلی می باشد.

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 در این حالت برابر با 200 می باشد. ناکاملی اعضای فشاری برابر با 0.001L در نظر گرفته شده است . سطح مقطع اعضای کششی برابر با 0.2cm2 در نظر گرفته شده است. تحلیل ها به ازای پیش تنیدگی های 0.005, 0.0045,0.004 بر روی بافتار انجام 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 نیز با توجه به شکل (9) دیده می شود که با افزایش پیش تنیدگی اعضای کششی سختی بافتار نیز افزایش یافته است.
با توجه به شکل (9) دیده می شود که بافتار به ازای مقادیر مختلف پیش تنیدگی اعضای کششی دچار خرابی موضعی با فروجهش دینامیکی شده است. بعبارتی بافتار به ازای مقادیر مختلف پیش تنیدگی اعضای کششی یک فروجهش دینامیکی را تجربه کرده است. در این حالت، همانگونه که در شکل (9) نشان داده شده است، مشخصه ی فروریزی بار اعضای فشاری به گونه ای ناگهانی بوده است که در فرایند باز توزیع، سایر اعضا نمی توانند بارهای باز توزیع شده را با سرعت کافی جذب نمایند و ناپایداری در سازه رخ داده است.
ناپایداری ادامه پیدا کرده است تااینکه نخستین عضوکمانش یافته(یانخستین مجموعه ی اعضای فشاری)به کمترین مقاومت پس کمانشی خودرسیده اند.
دراین حال،حالت تعادل سازه مجددا پایدارشده است وسایراعضاتوانسته اند باراضافی راتحمل نمایند تا اینکه به ظرفیت بحرانی خود برسند.
بعبارت دیگرهنگام کمانش نخستین عضو( یامجموعه ی اعضا)بازای کوچکترین افزایش دربارگذاری هیچ گونه حالت تعادلی درهمسایگی وجودنداشته است.
در این نقطه سازه مجبور شده است که حالت تعادل پایدارجدیدی راممکن است دراین تراز بارموجود باشد،جستجو نماید.
حرکت بسمت حالت تعادلی با تغییرات بزرگی درتغییر شکل همراه بوده و سازه شامل یک فروجهش دینامیکی گرهی بوده است.
در نتیجه سازه یک پرش دینامیکی را تجربه 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 در این حالت برابر با 0.15cm2 و 0.2cm2 و 0.25cm2 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 ایجاد شده دراعضای بافتار شده ولذا باعث افزایش سختی بافتار میشود.
ازلحاظ ظرفیت باربری بافتار،همچنانکه در شکل(10) دیده میشود،افزایش سطح مقطع اعضای کششی معادل با کاهش ظرفیت باربری بافتار بوده است.
یعنی افزایش سطح مقطع اعضای کششی باعث ایجادنیروهای داخلی بیشتردربافتارشده ولذااعضای فشاری سریعتربه بارکمانشی خودرسیده ولذاظرفیت باربری بافتارکاهش یافته است.
همچنانکه درشکل(10)دیده میشود،بافتاربه ازای سطح مقطع های 0.2cm2و0.25cm2اعضای کششی،دچارخرابی موضعی بافروجهشی دینامیکی شده است.
ولی به ازای سطح مقطع 0.15cm2 بافتار دچار خرابی 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،بنظرمیرسدکه باکاهش سطح مقطع اعضای کششی مکانیزم خرابی ازحالت خرابی موضعی بسمت خرابی کلی پیش میرود.
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 بافتار لاغری بالا ومخصوصا 200 پیشنهاد میشود.
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 بافتار میباشدولذامشکلی ازلحاظ طراحی ایجاد نمیکند.
برای استفاده ازبافتارموردبررسی دراین تحقیق جهت طرحهای اجرایی میتوان باتوجه به عدم وجودآیین نامه ی مدون طراحی سازه های کش بستی ازآیین نامه سازه های فضاکار معمول استفاده کرد.
ولی باتوجه به لاغری پیشنهادی 200 ونیز استفاده ازنتایجی که درادامه ارائه شده است،باعث طراحی مطلوب بافتار میشود.
بررسی نتایج حاصل ازاین تحقیق که منحصرا مربوط به بافتار موردمطالعه دراین تحقیق میباشد بیانگر آن است که:
1- 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.
2- 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.
3- 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.
4- 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