لوگوسازه فضایی
شرکت فضاسازه نقش جهان
سقفی به اندازه یک جهان
 ایران پرچم
پرچم
پرچم

تاثیرمیزان سفت شدگی پیچ اتصال مرو بر رفتارشبکه دو لایه

تاثیر میزان سفت شدگی پیچ اتصال مرو بر رفتار استاتیکی شبکه دو لایه

چکیده

میزان سفت شدگی پیچ در رفتار سازه های فضاکار پیش ساخته با اتصالات MERO اثر می گذارد. در این مطالعه یک شبکه دو لایه با مقیاس واقعی تحت شرایط تکیه گاهی مختلف و میزان متفاوت سفت شدگی پیچ مورد آزمایش قرار گرفت در هر حالت تمام پیچ های شبکه تا میزان معینی سفت شدند و میزان خیز تعدادی از گره ها تحت اثر یک بار متمرکز(در وسط دهانه) اندازه گیری گردید. نتایج بدست آمده نشان می دهد که میزان سفت شدگی پیچ اتصال اثر قابل ملاحظه بر روی رفتار شبکه داشته و پاسخ های بار- تغییر مکان شبکه های دو لایه با اتصال نوع MERO در یک ناحیه قرار دارند که حد بالا و پایین این ناحیه به شرایط تکیه گاهی شبکه وابسته است.

کلمات کلیدی: اتصال مرو، سفت شدگی پیچ،شبکه دو لایه

مقدمه

شبکه دو لایه با اتصال نوع مرو شامل تعدادی المان های لوله ای می باشد که توسط پیچ به تعدادی گوی متصل می شوند. هر پیچ می تواند دارای درجه سفت شدگی متفاوتی باشد. مطالعات انجام شده توسط محققان نشان می دهد که درجه سفت شدگی پیچ اثر قابل ملاحظه ای بر رفتار اتصالات نوع مرو دارد. رفتار اتصالات نیز به نوبه خود نقش مهمی بر روی پاسخ کلی شبکه دو لایه دارد و مطالعه این پاسخ، هدف مقاله حاضر می باشد.

روش تحلیلی محض برای مطالعه رفتار شبکه دو لایه با اتصال نوع مرو مناسب نیست. زیرا حالت تنش و کرنش در اتصال نوع مرو پیچیده است. این پیچیده گی ناشی از ناپیوستگی ها، خصوصیات مختلف مصالح و غیره می باشد.همچنین وجود تعداد زیادی پیچ با درجات سفت شدگی مختلف،سبب پیچیده تر شدن مسئله می شود.

لذا تحقیق حاضر بر پایه مطالعات تجربی استوار است که با استفاده از یک شبکه دو لایه با مقیاس واقعی انجام پذیرفته است. به این جهت از مدل با مقیاس واقعی استفاده شده است که مدل های با مقیاس کوچک،قادر به نشان دادن اثر سفت شدگی پیچ بر روی رفتار شبکه های دو لایه ای که در عمل ساخته می شوند نمی باشند.

مطالعات تجربی بر روی یک شبکه دو لایه ساخته شده از اجزایی که در عمل مورد استفاده قرار می گیرند انجام شده است. این اجزا توسط کارخانه صنعتی سپاه در ایران ساخته شده اند. آزمایش برای حالتهای متعددی،شامل سه نوع شرایط تکیه گاهی مختلف و چهار درجه متفاوت سفت شدگی پیچ انجام شده است. در هر حالت بار متمرکزی در گره مرکزی لایه بالایی اعمال شده است و تغییر مکان تعدادی از گره های لایه پایینی به عنوان پاسخ شبکه اندازه گیری شده است.

سیستم اتصالی نوع مرو

سیستم اتصالی نوع مرو مورد استفاده در آزمایشات،امکان اتصال 14 عضو با زوایای گوناگون را میسر می سازد. جزئیات این اتصال در شکل 1 نشان داده شده است. اتصال نشان داده شده در شکل شماره 1 شامل:

v      گوی فلزی آهنگری شده با سوراخ رزوه شده

v      قطعه مخروطی انتهایی که به انتهای المان لوله ای جوش می شود.

v      پیچ با مقاومت کششی زیاد که انتهای مخروطی می گذرد و به داخل گوی پیچ می شود.

v      غلاف که از آن جهت چرخاندن پیچ استفاده می شود(غلاف دو دریچه در دو سوی مخالف دارد).

v      پین زبانه ای که از آن جهت مقید کردن پیچ به غلاف استفاده می شود تا چرخاندن پیچ را مقدور سازد می باشد.

دریچه های روی غلاف جابجایی پین زبانه ای را مقدور می سازد و این جابجایی میزان نفوذ پیچ در گوی را نشان میدهد.

سیستم اتصال مرو

با توجه به وجود خطا در ساخت اجزاء مختلف تشکیل دهنده اتصال،فضای خالی بین سطوح تماس غلاف ها با گوی و مخروط انتهایی وجود خواهد داشت .عرض این فضای خالی که بر مکانیزم انتقال بار اثر می گذارد،به درجه سفت شدگی پیچ ها و هم چنین میزان عدم تطابق بستگی دارد.یک شبکه دو لایه معمولا شامل تعداد زیادی از این اتصالات است که درجه سفت شدگی پیچهای آن ها دقیقا مشخص نیست بنابراین مدلهای با مقیاس کوچک قادر به منعکس کردن اثر اتصالات بر روی رفتار شبکه های دو لایه ای که در عمل ساخته می شوند نیستند. به همین خاطر در تحقیق حاضر شبکه دو لایه مورد آزمایش از اجزائی ساخته شده که در عمل مورد استفاده قرار می گیرد.

شبکه مورد آزمایش

کار تجربی بر روی شبکه دو لایه ای که در دانشگاه مازندران ساخته شده،انجام پذیرفته است. شبکه بر روی 12 ستون بتنی مسلح به ابعاد 600*600 میلیمتر که به عنوان تکیه گاه عمل می کنند قرار گرفته است. یک صفحه فولادی در بالای هر ستون قرار داده شده که توسط 4 پیچ مهاری به ستون متصل گردیده است. شمای کلی شبکه دو لایه تحت آزمایش در شکل 2 نشان داده شده است.

نمای کلی شبکه دولایه

پلان شبکه مورد آزمایش در شکل 3 نشان داده شده است. در این شکل المان های لایه به بالایی با خطوط ضخیم و المان های لایه پایینی و مورب با خطوط نازک نشان داده شده اند. فاصله مرکز تامرکز لایه های بالا و پایین برابر با 1000 میلیمتر می باشد. زوایای المان های مورب با سطح افقی 45 درجه است و همه المان ها دارای طول برابر می باشند. شبکه شامل 84 المان در لایه بالایی ،180 المان مورب و 96 المان در لایه پایینی می باشد. المانها توسط 109 اتصال نوع مرو به یکدیگر متصل شده اند. کلیه اجزا شبکه مشابه هستند. المان های لوله ای شبکه،لوله های فولادی با قطر خارجی اسمی 4/76 میلیمتر و ضخامت 5/3 میلیمتر می باشند. ابعاد المان ها در شکل 4 نشان داده شده اند.

ابعاد المان

پلان و مقطع تکیه گاه

تکیه گاه ها

تمام تکیه گاه های شبکه در دو راستای افقی بصورت غلتکی عمل می کنند. اجزاء تکیه گاه غلتکی که پلان و مقطع آن در شکل 5 نشان داده شده است، شامل دو صفحه فولادی سخت، یک صفحه PVC صلب با 7 سوراخ و 7 گوی فلزی می باشد. صفحه فولادی سخت پایینی روی صفحه ای که در بالای ستون واقع شده قرار داده شده است. صفحه pvc و 7 گوی فلزی روی صفحه فولادی سخت پایینی قرار می گیرند و صفحه فولادی سخت بالایی نیز روی آن ها قرار می گیرد. بنابراین صفه سخت بالایی به راحتی قادر به حرکت افقی در هر راستای می باشد. شبکه برای سه حالت تکیه گاهی مختلف به شرح زیر مورد آزمایش قرار گرفته است.

v      اولین نوع قرارگیری تکیه گاه شامل4 تکیه گاه در 4 گوشه می باشد شبکه با این نوع قرارگیری تکیه گاه “شبکه 4” نامیده می شود.

v      دومین نوع قرارگیری تکیه گاه مشابه “شبکه 4” است با 4 تکیه گاه اضافی در 2 سوی روبروی شبکه . این نوع قرارگیری تکیه گاه ها “شبکه 8” نامیده می شود.

v      سومین نوع قرار گیری تکیه گاه، مشابه”شبکه 4″ است با 8 تکیه گاه اضافی در 4 سوی شبکه.شبکه با این نوع قرار گیری تکیه گاه ها،”شبکه 12″ نامیده می شود.

تکیه گاه های غلتکی در مقابل بارهای جانبی مقاومتی ندارند.به محض اعمال بار جانبی از هر نوع بر روی صفحه سخت بالایی،به راحتی می غلتند.به منظور پایدار کردن شبکه تحت بارهای افقی تصادفی ، تغییر مکان افقی شبکه با استفاده از تعدادی نبشی کنترل می شود. دو نبشی به صفحه های فولادی بالای ستون های بتنی کناری دروجه خارجی شبکه مطابق شکل 6جوش می شوند. این نبشی ها مانع حرکت افقی بخش متحرک تکیه گاه غلتکی به سمت خارج شبکه می شوند.

شمع های فولادی

آماده سازی شبکه ای دو لایه با ایجاد سفت شدگی معین در پیچ های اتصال

هدف اصلی از تحقیق حاضر، بررسی اثرات درجه سفتی پیچ اتصالات بر روی رفتار شبکه های دو لایه می باشد. به این منظور”شبکه 4″،”شبکه 8″،و “شبکه 12 “،4 بار با درجات مختلف سفتی پیچ مورد آزمایش قرار گرفتند. برای هر آزمایش ابتدا تمام پیچ ها شل شده و سپس تا میزان سفتی مشخصی(240،180،120،60 نیوتن متر) سفت شدند. این کار با استفاده از آچار پیچشی(Torque Wrench) قابل تنظیم،مطابق زیر انجام شده است.

v      تمام گره های لایه پایینی شبکه توسط شمع های فولادی قابل تنظیم مطابق شکل 7 مهار شدند.

v      سپس تمام پیچ های شبکه با استفاده ازآچار شل شدند.

v      سپس تمام گره های لایه پایینی با تنظیم شمع ها هم تراز گردیند.

v      سپس تمام پیچ ها با استفاده از آچار پیچشی قابل تنظیم تا میزان مورد نیاز،سفت شدند.

v      نهایتا شمع های فولادی قابل تنظیم برداشته شدند.

روند آزمایش

از جک هیدرولیکی به منظور اعمال نیروی قائم تا 300 کیلو نیوتن بر روی گره مرکزی لایه بالایی شبکه استفاده شده است(این گره با دایره کوچکی در شکل 3 نشان داده شده است).میزان اعمال بار توسط دستگاه اندازه گیری بار(Load Cell) که بین جک هیدرولیکی و گره مرکزی قرار گرفته ،اندازه گیری شده است. تغییر مکان قائم گره های 1 تا 12 در لایه پایینی(که با دوایر توپر کوچک در شکل 3 نشان داده شده اند) توسط 12 تغییر مکان سنج(Transducer) اندازه گیری شده اند.

به منظور اندازه گیری دقیق تغییر مکان های شبکه،کلیه تغییر مکان سنج ها بر روی دو تیر بلند که بر روی پایه های فلزی خارج از فنداسیون واقع اند قرار داده شده اند (شکل 7).

با توجه به تقارن موجود در هندسه شبکه و همچنین شرایط تکیه گاهی و بارگذاری، تغییر مکان های گره های واقع در هریک از گروه های زیر باید مشابه می شدند:

v      گروه یک شامل گره های 1،6،7،12(شکل 3)

v      گروه دو شامل گره های 2،5،8،11

v      گروه سه شامل گره های 3،4،9،10

اندازه گیری تغییر مکان گره های 1 تا 12 کنترل نتایج و میزان دقت نتایج آزمایش را با توجه به تقارن گره ها ممکن ساخت. همچنین به منظور دستیابی به نتایج دقیق تر،میزان میانگین تغییر مکان های هر گروه برای تغییر مکان هر گره در آن گروه لحاظ شده است.

تحلیل شبکه

جهت مقایسه پاسخ های تحلیلی و تجربی ، هریک از شبکه های مورد آزمایش از روش متعارف تحلیل شدند. هر شبکه دو بار تحلیل شد. تحلیل اول با فرض مفصلی بودن تمام اتصالات و تحلیل دوم با فرض صلب بودن اتصالات انجام پذیرفت. در تحلیل، سطح مقطع تمام المان های شبکه،یک لوله با قطر خارجی4/76 میلیمتر و ضخامت جدار 5/3 ملیمتر فرض شدند. مدول الاستیسه لوله ها با استفاده از آزمایش کشش 206 کیلو نیوتن بر میلیمتر مربع بدست آمد.

شرایط تکیه گاهی برای مدل تحلیلی به صورت زیر انتخاب شد:

v      سه درجه آزادی انتقالی یکی از تکیه گاه کناری مطابق شکل 8 بسته شد.

v      دو درجه آزادی انتقالی در دیگر تکیه گاه انتهایی مطابق شکل 8 بسته شد.

v      دیگر تکیه گاه ها فقط در جهت قائم مقید بودند.

6

وزن شبکه در تحلیل منظور نشده است. این امر به این دلیل بود که اندازه گیری های خیز گره ها در حین آزمایش شامل اثر وزن خودشبکه نمی شد. مقایسه مقادیر متناظر نشان می دهد که خیز گره ها در حالت های اتصال مفصلی و صلب بسیار به هم نزدیک هستند.بنابراین نتایج حاصل از تحلیل با گره های مفصلی در اشکال 9 تا 17 نشان داده شده اند.

تغییرمکان پیچ

درجات سفت شدگی پیچ

نمودار درجات سفت شدگی

نتایج تجربی و تحلیلی

نتایج پاسخ بار- تغییر مکان گرههای 1،2،3 در شبکه با شرایط تکیه گاهی مختلف “شبکه 4″،”شبکه 8″ و” شبکه12″ و نیز درجات مختلف سفت شدگی پیچ در اشکال 9 تا 17 نشان داده شده اند. هر شکل متناظر با یک گره در شبکه با شرایط تکیه گاهی مختلف است و شامل پاسخ های بار – تغییر مکان برای آن گره می باشد. در این اشکال پاسخ های مربوط به گره های با درجه سفت شدگی 60 نیوتن متر به ترتیب نقطه چین،نقطه خط و خط ممتدترسیم گردیده اند. درجات سفت شدگی 120،180،240 نیوتن متربه ترتیب نقطه چین،نقطه خط و خط ممتد ترسیم گردیده اند. درجات سفت شدگی با T60,T120,T180,T240 نشان داده شده اند نتایج تحلیلی با استفاده از تحلیل الاستیک خطی شبکه برای گره های مربوطه در این اشکال با خط ممتد که روی آنها عبارت Analysis نوشته شده است مشخص هستند.

نتیجه گیری

با مشاهده کلی پاسخ بار- تغییر مکان گره های شبکه با شرایط تکیه گاهی مختلف نتایج زیر حاصل می شود.

  • اگرچه شبکه در محدوده الاستیک بررسی شد،نتایج نشان می دهند که پاسخ های تجربی بار- تغییر مکان مخصوصا در اوایل بارگذاری غیرخطی هستند. به نظر می رسد که پاسخ غیرخطی به علت رفتار غیرخطی اتصال می باشد.
  • مقایسه پاسخ های بار- تغییر مکان تجربی با نتایج تحلیلی نشان می دهد که اختلاف زیادی بین تغییر مکان های شبکه در دو حالت تجربی و تحلیلی وجود دارد.
  • نتایج تجربی نشان می دهند که در تمام موارد خیز تجربی شبکه بیشتر از نتایج بدست آمده از تحلیل آن می باشد.
  • پاسخ های بار- تغییر مکان در همه موارد نشان می دهند که درجه سفت شدگی پیچ اتصالات اثر قابل ملاحظه ای بر خیز شبکه دارد.
  • مطالعات نشان می دهند که پاسخ های بار- تغییرمکان هر شبکه با شرایط تکیه گاهی خاص بین دو حد بالایی و پایینی قرار می گیرند هر یک از این حدود به درجه سفت شدگی خاصی مربوط است. حد پایین مربوط به کمترین درجه سفت شدگی پیچ می باشد که به نظر می رسد در عمل در حدود 60 نیوتن متر می باشد. درجه سفت شدگی پیچ مربوط به حد بالایی به شرایط تکیه گاهی شبکه بستگی دارد. به نظر می رسد که حد بالایی پاسخ مربوط به سفت شدگی پیچ در حدود 180 نیوتن متر می باشد.
  • نتایج تجربی نشان می دهند عرض ناحیه پاسخ به میزان سختی شبکه بستگی دارد. هر چه سختی شبکه افزایش یابد عرض ناحیه نیز افزایش می یابد.
  • پاسخ های تجربی بار – تغییر مکان بر روی شبکه مورد آزمایش نشان می دهند که وقتی درجه سفت شدگی پیچ ها افزایش می یابد سختی شبکه نیز افزایش می یابد. این رفتار تا رسیدن به حد بالایی پاسخ بار- تغییر مکان ادامه می یابد. پس از آن دیگرسفت کردن پیچ ها اثر زیادی بر روی رفتار شبکه نداشته و یا باعث انعطاف پذیرتر شدن شبکه می شود.

تهیه کنندگان:محمدرضا داودی،امین مصطوفیان،میثم قاسمی نقیب دهی

تمامی حقوق سایت محفوظ می باشد