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

بررسی تاثیر بار در ناپایداری دینامیکی سازه های فضایی

بررسی تاثیر شکل بار ضربه ای در ناپایداری دینامیکی سازه های فضایی صنعتی

کلید واژه ها : ناپایداری دینامیکی،تحلیل دینامیکی غیر خطی،بارگذاری ضربه ای،ساختمان های صنعتی،ناکاملی اولیه

 

چکیده:

ساختمان های صنعتی جزو سازه های فضایی مهمی می باشند که کاربرد وسیعی در ایجاد سالن های صنعتی کارخانه ها داشته و بررسی رفتار چنین سازه هایی از ده ها سال قبل مورد توجه محققین بوده است.یکی از مسایل مهمی که در این نوع سازه ها از اهمیت ویژه ای برخوردار بوده و است و بایستی مورد توجه قرار گیرد ، بررسی اثرات ضربه های ناشی از بارگذاری ماشین آلات (از قبیل دستگاه پرس ، پانچ ، برش وغیره) بر روی پایداری یا نا پایداری چنین سازه هایی می باشد که در آیین نامه های مختلف برای این منظور ، از ضرایب تبدیل بارهای ضربه ای به بارهای استاتیکی معادل استفاده شده است . با توجه به طبیعت بارهای ضربه ای که به صورت دینامیکی (تابع زمان) به سازه وارد میگردند ، بررسی ناپایداری این سازه ها بایستی با توجه به معیارهای تحلیل ناپایداری دینامیکی مورد بررسی و تحلیل قرار گیرد .

در این مقاله ، تاثیر شکل بار ضربه ای ناشی از بارگذاری ماشین آلات قابل نصب در طبقه ی اول سازه ها در ناپایداری دینامیکی سازه های فضایی صنعتی ، توسط تحلیل های دینامیکی غیر خطی سه بعدی ، مورد ارزیابی قرار گرفته است . برای اعمال ضربه ی ماشین آلات از ضربه های به شکل نیم سینوسی ، مثلثی و مستطیلی و با زمان های تداوم مختلف و همچنین بار ضربه ای پله ای ، استفاده شده است . در نهایت نتایج بدست آمده از تحلیل ها ، با معیار های معرفی شده آیین نامه ای مورد مطابقت قرار گرفته و توصیه هایی برای بهبود طراحی اینگونه سازه ها پیشنهاد گردیده است .

مقدمه:

پدیده ناپایداری به دو صورت کلی استاتیکی و دینامیکی رخ می دهد.تمام مسایلی که در طبیعت به صورت استاتیکی اتفاق می افتند ، یا به عبارت دیگر ، بار و تغییر مکان ها استاتیکی بوده و هیچگونه ارتعاشی در پاسخ سازه در نظر گرفته نمی شود ؛ کلا در طبقه بنده اول قرار می گیرند . پدیده ناپایداری دینامیکی در یک بار بحرانی به انضمام یک فرکانس ارتعاشی بحرانی غیر صفر ، در سازه رخ می دهد . همچنین باید بخاطر داشت که ، کلیه ی پدیده های ناپایداری دارای طبیعت دینامیکی می باشند ؛ اما به هر حال ممکن است تعدادی از این پدیده ها را با یک دقت مناسب بصورت مدل های استاتیکی مورد بررسی قرار داد . بر خلاف ناپایداری استاتیکی ، ناپایداری دینامیکی بایستی با در نظر گرفتن اثرات توزیع جرم و میرایی اولیه ی سیستم مورد بررسی و تحلیل قرار گیرد .

ناپایداری دینامیکی سازه های الاستیک از دهه 1930 مورد توجه محققین قرار گرفته است . شروع این موضوع را می توان به تحقیق   آقایان koinig و taub در سال 1933 نسبت داد . انها برای تحقیق خود ، یک ستون ناکامل انحنا دار و با تکیه گاههای ساده را که تحت اثر بار محوری ناگهانی و با زمان تداوم معین قرار گرفته بود ، مورد بررسی قرار دادند . از آن به بعد ، مطالعات زیادی توسط محققین مختلف روی سیستم های سازه ای تحت اثر بارگذاری های ناگهانی ، یا بارهای تابع زمان ، بصورت پریدیک با غیر پریدیک ؛ و همچنین تلاش های چندی برای پیدا کردن

شکل پاسخ معمول و شرایط بحرانی چنین سازه هایی انجام یافته است.

تعاریفی برای پایداری و معیارهای نسبی و همچنین برآورد شرایط بحرانی ،که سال ها مورد بحث قرار گرفته اند توسط آقای stoker بدست امده است .

در این کار اقایان thompson و tait و routh نیز شایسته توجه خاص می باشد.برخی از این معیارها ، در مسایل تیوری کنترل ناپایداری و کنترل سازه هواپیما ، و زمینه های دیگر مورد استفاده بوده است . یکی از بهترین مسایلی که در مورد فهم ناپایداری دینامیکی قابل بحث می باشد ، تحریک پارامتریک می باشد که در این مورد می توان به کتاب bolotin1964 اشاره نمود.

اقای ziegler1968 در کتاب خود ، پاسخ سیستم های پایستار را تحت اثر بارهای پایستار مورد بررسی قرار داده است.در سال های اخیر نیز ، مطالعات تحلیلی و آزمایشگاهی سیستم ها و المان های سازه ای تحت اثر بارهای ضربه ای شدید توسط florence و lindberg انجام گردیده است.در سال 1962 budiansky و roth طی مقاله ای تشخیص شرایط بحرانی را تحت اثر بارهای ناگهانی با استفاده از روش معادلات حرکت ارایه نمودند.در طی سال های 1967 و 1968 hoff و hsu نیز با استفاده از روش    total energy-phase plane توانستند شرایط بحرانی را مشخص سازند.

برای اینکه چنین پدیده ای اتفاق بیافتد بایستی سیستم دارای دو یا چند موقعیت استاتیکی بوده واین سیستم با عبور از نزدیکی یک نقطه تعادل استاتیکی ناپایدار ، به موقعیت تعادل بعدی برسد . با توجه به مطالب فوق ، مفهوم ناپایداری دینامیکی همواره برای سیستم هایی قابل توصیف و تشریح می باشدکه این سیستم ها تحت اثر بارهای استاتیکی دارای رفتار ناپایداری دوشاخگی میباشند.

مهم ترین عامل اصلی در رابطه با طراحی یک سازه کارآمد با وزن سبک ، درک خوب و مناسب از چگونگی پاسخ سازه در برابر بارهای شامل اثرات دینامیکی می باشد . برای بررسی چنین اثرات بارهای دینامیکی ، بایستی ناپایداری دینامیکی سازه تحت اثر بارهایدینامیکی مورد بررسی قرار گیرد.

ساختمان های صنعتی جزء سازه ای فضایی بسیار مهمی می باشند که کاربرد وسیعی در ایجاد سالن های صنعتی و کارخانه ها داشته و بررسی رفتار چنین سازه هایی از دهها سال قبل مورد توجه محققین بوده است.یکی از مسایل مهمی که در این نوع سازه از اهمیت ویژه ای برخوردار بوده و بایستی مورد توجه قرار گیرد ، بررسی اثرات ضربه های ناشی از بارگذاری ضربه ای ماشین آلات بر روی ناپایداری چنین سازه هایی می باشد که در ایین نامه های مختلف برای این منظور ، از ضرایب تبدیل بارهای ضربه ای به بارهای استاتیکی معادل استفاده شده است.البته لازم بذکر است که مبنای نظری این ضرایب تبدیل بطور مشخص ارایه نشده است.باتوجه به طبیعت بارهای ضربه ای ،که به صورت دینامیکی (تابع زمان) به سازه وارد میگردند،ناپایداری این سازه ها بایستی با توجه به معیارهای تحلیل ناپایداری دینامیکی مورد بررسی و تحلیل قرار گیرد.اهداف مقاله حاضر را می توان بصورت زیر بیان نمود:

یک:بررسی رفتار غیر خطی دینامیکی سازه های فضایی صنعتی تحت اثر اشکال مختلف

بارهای ضربه ای ماشین آلات؛

دو:بررسی تطبیقی معیار های معرفی شده ایین نامه ای و ارایه ی توصیه هایی برای بهبود طراحی اینگونه سازه ها.

لذا در این مقاله تحلیل های ناپایداری دینامیکی برای سازه های صنعتی فضایی تحت اثر انواع اشکال بارهای ضربه ای و با زمان های تداوم مختلف ناشی از بارگذاری ضربه ای ماشین آلات ارائه میگردد.روش های ارزیابی معیارهای بحرانی ناپایداری دینامیکی تحت اثر بارهای ضربه ای :

بر اساس مفاهیم و روش های بکار رفته توسط محققین مختلف جهت ارزیابی شرایط بحرانی برای سیستم های سازه ای تحت اثر بارگذاری ضربه ای،مختلف تاشی از بارگذاری ضربه ای ماشین آلات ارائه میگردد.

روش های ارزیابی معیارهای بحرانی ناپایداری دینامیکی تحت اثر بارهای ضربه ای:

بر اساس مفاهیم و روش های بکار رفته توسط محققین جهت ارزیابی شرایط بحرانی برای سیستم های سازه ای تحت اثر بارگذاری ضربه ای ، می توان روش های ارزیابی معیار های بحرانی ناپایداری دینامیکی را در سه طبقه زیر قرار داد:

1-    روش معادلات حرکت:

این روش برای اولین بار در سال 1962 توسط budiansky و roth برای بدست اوردن شرایط بحرانی بارگذاری فشاری پوسته های کروی نازک ، کم عمق و گیردار مورد استفاده قرار گرفت.در این روش معادلات حرکت سیستم برای چندین مقدار از ضرایب بار از مقادیر کوچک اغاز می شود.برای مقادیر کوچک پارامتر بارλ ، نشان داده شده در شکل (1) ، سیستم دارای نوسانات کوچکی می باشد. دامنه حداکثر پاسخ با افزایش پارامتر بار به ارامی افزایش پیدا میکند(ωmax).در برخی از تراز های بارλ ، دامنه ی حد اکثر پاسخ (ωmax)دارای یک جهش بزرگی خواهد بود ، که مقدارλ متناظر با این جهش بعنوان پارامتر بار بحرانی دینامیکcrλ شناخته خواهد شد.با توجه به اینکه این روش از طریق حل معادلات حرکت سیستم میسر بوده و روش تحلیل دینامیکی سیستم برای چندین ضریب بارگذاری مختلف انجام میگیرد ، همچنین با توجه به انجام تحلیل دینامیکی سازه ها با استفاده از روش های عددی ، لذا این روش برای تحلیل ناپایداری دینامیکی سیستم های با چند درجه آزادی توسط نرم افزارهای مختلف قابل کاربرد خواهد بود.

.

1

2-    روش : Total Energy – Phase Plane

این روش در سال 1954 توسط hoff و bruce و در سال های 1966 و 1967 توسط hsu مورد استفاده قرار گرفته است.بر طبق این روش ، شرایط بحرانی با توجه به مشخصه های Phase-Plane سیستم بدست خواهد آمد.با استفاده از این روش ، شرایط بحرانی محدوده های بالایی و پایینی قابل ارزیابی می باشند.

3-    روش مجموع انرژی پتانسیل :

این روش در سال 1964 توسط Bruce و Hoff، و در سال 1967 توسط Simitses مورد استفاده قرار گرفته است . بر اساس این روش،شرایط بحرانی دینامیکی ، به مشخصه های پتانسیلی سیستم مربوط خواهد بود.همچنین این روش برای سیستم های پایستار قابل کاربرد می باشد.با استفاده از این روش نیز، شرایط بحرانی محدوده های بالایی و پایینی قابل ارزیابی می باشند.

با توجه به مطالب فوق و بررسی معیارهای بحرانی ناپایداری دینامیکی تحت اثر بارهای ضربه ای ،بنظر می رسد که میتوان از معیارهای بار بحرانی معرفی شده توسط Roth و Budiansky ، که بر مبنای استفاده از روش حل معادلات حرکت استوار می باشد ، استفاده نمود و ناپایداری دینامیکی قاب های صنعتی را نیز تحت اثر بارهای ضربه ای ماشین آلات بررسی نمود.

تحلیل های ناپایداری دینامیکی سازه های فضایی:

در این بخش به بررسی و تحلیل ناپایداری دینامیکی قابهای صنعتی تحت اثر بارهای ضربه ای ناشی از بار/ذاری ماشین الات می پردازیم.تمامی تحلیل ها توسط نرم افزار Lusas 13.2 , 13.3 انجام گردیده ودارای شرایط غیر خطی هندسی و مصالح می باشند.لازم به ذکر است که در کلیه ی تحلیل های انجام شده، برای مدل سازه از فرم معمول ساختمان های صنعتی که در اصطلاح عام سوله گفته میشود ، استفاده شده است ، ولی بعنوان تحقیقات بعدی میتوان فرم های دیگر ساختمان های صنعتی را نیز با توجه به روش ارایه شده،مورد بررسی قرار داد.

1-    مراحل تحلیل

بعد از انتخاب اولیه هندسه و مقاطع فرضی مدل ، مراحل تحلیل بصورت زیر خواهد بود:

1-    تحلیل استاتیکی جهت طراحی اصلی سازه ،

2-    تحلیل کمانش خطی جهت تعیین مود اول کمانش ، و اعمال ناکاملی اولیه به سازه در جهت کمانش مود اول ،

3-    تحلیل مقادیر ویژه ، جهت تعیین ویژه مقادیر ، پرید حداکثر سازه و تعیین ضرایب میرایی ریلی برای اعمال در ماتریس های سختی و جرم ، برای ایجاد ماتریس میرایی سازه ،

4-    تحلیل ناپایداری استاتیکی غیر خطی (هندسی و مصالح) ، جهت تعیین بار بحرانی استاتیکی (برای سازی ناکامل)

5-    تحلیل های دینامیکی غیر خطی (هندسی و مصالح) با ضرایب بار مختلف ، جهتت بدست اوردن بار بحرانی ناپایداری دینامیکی سازه ناکامل.

2-    تحلیل ناپایداری دینامیکی ساختمان های صنعتی فضایی تحت اثر بارهای ضربه ای ماشیین آلات با تداوم محدود:

مدل مورد مطالعه بصورت یک سازه صنعتی دو طبقه فضایی با دهانه 80/12 متر انتخاب گردیده است که طراحی این سازه توسط یکی از دفاتر مهندسی انجام شده و لذا از تحلیل اولیه برای تعیین مقاطع این سازه صرف نظر گردیده و تحلیل های کمانش خطی ، ناچایداری استاتیکی ، تعیین ویژه مقادیر و تحلیل های ناپایداری دینامیکی بر روی این سازه انجام شده است . همچنین بررسی ناپایداری دینامیکی این سازه برای انواع اشکال بارهای ضربه ای (نیم موج سینوسی ، مثلثی ف مستطیلی) و با زمان های تداوم بار مختلف و بار ضربه ای پله ای انجام گردیده است.شکل کلی سازه فضایی مورد تحلیل و ابعاد دهانه ها وچشمه ها در شکل (2) نشان داده شده است.

سازه های فضایی

3-    فرضیات مورد استفاده در تحلیل ها:

لازم به ذکر است که فرضیات زیر در مدل سازی این سازه فضایی در نظر گرفته شده است:

1-    تمامی تکیه گاه های سازه بصورت مفصلی ثابت در نظر گرفته شده است ،

2-    تمامی اتصالات سازه به صورت صلب کامل در نظر گرفته شده اند ،

3-    محل قرار گیری دستگاه ایجاد کننده نیروهای ضربه ای (که می تواند دستگاه پرس ، پانچ ، برش و غیره باشد) در وسط دهانه دوم،با توجه به محل اعمال نیروهای ضربه در شکل   (1) ، در نظرگرفته شده است،

4-    فرض میشود که تیر های تحمل کننده دستگاه ، سختی کافی جهت انتقال مستقیم نیروهای ضربه ای به بالای ستون ها را داشته باشند،

5-    غیر خطی بودن مصالح بصورت الاستو – پلاستیک کامل در نظر گرفته شده است ،

6-    در انتخاب نوع مش بندی المان های تیرها و ستون ها از المان تیری ضخیم                   (یا تیر Timoshenko) استفاده شده است ،

7-    نوع مش بندی اعضای باد بندی های سازه ، المان Bar (خرپایی) می باشد،

8-    تنش تسلیم فولاد(N/m2)y= 2.4*108σ در نظر گرفته شد است.

4-    اشکال بار های ضربه ای و زمان های تداوم بار انها:

برای بررسی اثرات بارهای ضربه ای و مقایسه ی انها با هم ، کلا از چهار نوع شکل بار ضربه ای و زمان های تداوم بار بشرح ذیل استفاده شده است :

1-    بارگذاری ضربه ای به شکل نیم موج سینوسی و زمان های تداوم : Td = 0.05 , 0.1 , 0.15 sec

2-    بارگذاری ضربه ای به شکل و مثلثی زمان های تداوم :             Td = 0.05 , 0.1 , 0.15 sec

3-    بارگذاری ضربه ای به شکل مستطیلی و زمان های تداوم :               Td = 0.05 , 0.1 sec

4-    بارگذاری پله ای با زمان تداوم نامحدود :

 3

5-    تحلیل کمانش خطی ( Linear Buckling Analyses ):

 

بعد از انتخاب مدل مورد نطر ، جهت تحلیل های ناپایداری استاتیکی و دینامیکی بایستی یک ناکاملی مناسب بر روی مدل سازه ای اعمال گردد ، به همین منظور قبل از انجام چنین تحلیل هایی ، یک تحلیل کمانش خطی بر روی مدل انجام شده و مود اول کمانش بدست امده ، به عنوان جهت اعمال ناکاملی در سازه ، در نظر گرفته میشود . شکل (4) نشان دهنده مود اول کمانش مدل سازه ای مورد استفاده بوده که بر این اساس ناکاملی به گره های اصلی سازه اعمال شده است .

سازه های فضایی

با توجه به شکل فوق برای ایجاد ناکاملی در مدل سازه ای مذکور ، در قاب های کناری از ناکاملی در جهت x کلی سیستم و به مقدار ex = 2.5 mm ، و در قاب های میانی از ناکاملی در جهت x کلی سیستم و به مقدار ex = 5.0 mm اعمال شده به گره های اصلی مدل (براساس نسبت میزان ناکاملی به طول ستون که معمولا در محدوده 1/1000< e / L < 1/500 در نظر گرفته می شود) ، استفاده شده است.

6-    تحلیل ناپایداری استاتیکی :

بر اساس ناکاملی ایجاد شده و همچنین بر مبنای وارد بر سازه (با توجه به شکل 2 و در نظر گرفتن بار ضربه ای به صورت بار استاتیکی ثابت) ، تحلیل ناپایداری استاتیکی غیر خطی هندسی و مصالح بر روی این سازه انجام شده و ضریب بار بحرانی برای ناپایداری استاتیکی این سازه با توجه به شکل (5) برابر 56/26 بدست امده است.

5

7-    تحلیل ویژه مقادیر :

برای تایین ضرایب میرایی ریلی ، یک تحلیل ویژه مقادیربر روی مدل سازه ای انجام گرفته و 50 ویژه مقدار و فرکانس های زاویه ی اول سازه ، از این طریق بدست امده است . با متوسط گیری از فرکانس های زاویه ی اول تا پنجم ،ωrو 46 تا 50 ، ωs، محاسبه شده و ضرایب میرایی ریلی به صورت زیر بدست امده است ، همچنین درصد میرایی درنظر گرفته شده برای سازه ی مذکور برابر 5/1% می باشد .

8-    تحلیل ناپایداری دینامیکی سازه تحت اثر بار ضربه ای نیم موج سینوسی با زمان تداوم   Td = 0.05 sec :

معادله ی اصلی بار ضربه ای نیم سینوسی وارد بر ستون های حامل دستگاه به صورت زیرمی باشد :

Pt =Lf FySin(20 t)

در معادله فوق Lf، ضریب بار ضربه ای وارد بوده و Fy=10000 Nدر نظر گرفته میشود.با توجه به معادله ی فوق شکل کلی بار ضربه ای وارده با ضریب بار Lf =17.0 در شکل (3-الف) نشان داده شده است.

با در نظر گرفتن بار ضربه ای فوق و انجام تحلیل های دینامیکی با ضرایب بار مختلف ، نتایج حاصل برای پاسخ های تغییر مکان افقی گره 64 نسبت به زمان ، بصورت نمودار ارایه شده در شکل (6) بدست می اید.با توجه به این شکل مشاهده میشود که تا ضرایب بار 5/17 در سازه هیچگونه ناپایداری بوجود نمی اید، ولی با افزایش ضریب بار ضریب بار ضربه ای به اندازه ی 2/0 و بیشتر ، تغییر مکان های نسبی افزایش یافته و مخصوصا در جهت محورهای افقی این افزایش مشهودتر می باشد.لذا بر اساس معیار بحرانی ارایه شده توسط Rothو Budiansky ، میتوان ضریب بار 7/17 را بعنوان ضریب بار بحرانی جهت ناپایداری دینامیکی سازه مذکور در نظر گرفت.با توجه به ضریب بار بحرانی دینامیکی فوق و همچنین ضریب بار بحرانی استاتیکی سازه ، نسبت بار بحرانی استاتیکی به دینامیکی ، که اصطلاحا ان را ضریب بزرگنمایی می نامیم ، برای این بار ضربه ای بصورت زیر محااسبه میشود :

6

به همین ترتیب برای بارهای ضربه ای نیم سینوسی با زمان های تداوم 1/0 و 15/0 ثانیه تحلیل های مشابهی انجام شده و نتایج تحلیل ها در جدول 1 نشان داده شده است.

9-    تحلیل ناپایداری دینامیکی سازه تحت اثر بارهای ضربه ای مثلثی با زمان تداوم Td = 0.05 sec :

شکل کلی بار ضربه ای مثلثی وارده بر سازه باضریب بار Lf =20.0 و همچنین زمان تداوم بار Td = 0.05 sec، مطابق شکل (3-ب) میباشد.با در نظر گرفتن بار ضربه ای فوق به عنوان بار دینامیکی وارد بر سازه و انجام تحلیل های دینامیکی با ضرایب بار ضربه ای مختلف ، نتایج این تحلیل ها در شکل (7) برای پاسخ دینامیکی تغییر مکان افقی گره 64 سازه نشان داده شده است.ب توجه به این نمودارها و با درنظر گرفتن معیار بحرانی Budiansky Roth ، مشاهده میگردد که ضریب بار 0/20 را میتوان به عنوان ضریب بار بحرانی دینامیکی این سازه تحت اثر بار ضربه ای مثلثی و زمان تداوم Td = 0.05 secدر نظر گرفت و تغییر مکان های نسبی سازه با افزایش ضریب بار از این حد ، بطور نامحدودی افزایش پیدا میکند . همچنین با توجه به این ضریب و این ضریب بار بحرانی استاتیکی این سازه ، ضریب بزرگنمایی برای این نوع بار ضربه ای بصورت زیر بدست خواهد   امد :

7

به مین ترتیب برای بارهای ضربه ای مثلثی بازمان های تداوم 1/0 و 15/0 ثانیه تحلیل های متشابهی انجام شده و نتایج تحلیل ها در جدول 1 نشان داده شده است .

10-                    تحلیل ناپایداری دینامیکی سازه تحت اثر بارهای ضربه ای مستطیلی با زمان تداوم Td = 0.05 sec :

شکل کلی بار ضربه ای مستطیلی وارده بر سازه با ضریب بار L f= 13.0 و زمن تداوم بار Td = 0.05 sec ، مطابق شکل(3-پ) می باشد.با درنظر گرفتن این بار ضربه ای بعنوان بار دینامیکی وارد بر سازه و تحلیل دینامیکی سازه با ضرایب بار ضربه ای مختلف ، نتایج تحلیل ها درشکل (8) برای پاسخ دینامیکی تغییر مکان در جهت افقی گره 64 این سازه نشان داده شده اند.

با توجه به شکل (8) و با در نظر گرفتن معیار بحرانی Budiansky Roth، مشاهده میگردد که ضریب بار 961/13 را میتوان به عنوان ضریب بار بحرانی دینامیکی این سازه تحت اثر بار ضربه ای مستطیلی و زمان تداوم Td = 0.05 sec در نظر گرفت.همچنین با توجه به ضریب بار بحرانی فوق وضریب برا بحرانی استاتیکی این سازه ، ضریب بزرگنمایی برای این نوع بار ضربه ای به صورت زیر بدست خواهد امد :

9/1 = 961/13 تقسیم بر 56/26 = D (ضریب بزرگنمایی)

به همین ترتیب برای بار ضربه ای مستطیلی با زمان تداوم 1/0 ثانیه تحلیل های متشابهی انجام شده و نتایج تحلیل ها در جدول 1 نشان داده شده است.برای بار ضربه ای پله ای نیز تحلیل های متشابهی انجام یافته و نتایج تحلیل ها در جدول 1 درج گردیده است.

89

با توجه به جدول میتوان نمودار میله ای افزایش ضریب بزگنمایی را تحت اثر بارهای ضربه ای با اشکال و پرید های مختلف بصورت شکل 9 در نظر گرفت.

10

نتیجه گیری و توصیه های طراحی:

در این مقاله نمودار های حاصل از تحلیل های ناپایداری دینامیکی ساختمان های صنعتی فضایی تحت اثر اشکال مختلف بارهای ضربه ای ماشین الات نشان داده شده است.میتوان تحلیل های فوق را بر روی سازه های فضایی صنعتی بصورت پارامتریک و با ابعاد و شرایط مرزی مختلف وسایر عوامل موثر نیز انجام داده و از تجزیه و تحلیل نتایج این تحلیل ها ، توصیه های عمومی و جامع تر طراحی را ارایه نمود.در این قسمتت به ارایه ی نتایج کلی حاصل از تحلیل های انجام شده و ارایه ی توصیه هایی برای طراحی اینگونه سازه ها خواهیم پرداخت.اگرچه افق و حوضه ی این نتایج و توصیه ها محدود به حالاتی میباشد که برای تحلیل در نظر گرفته شده بودند ، ولی احتمال میرود که این نتایج و توصیه ها دارای حوزه ی تاثیر و کاربرد عمومی تر و جامع تری باشند.این نتایج و توصیه ها عبارتند از:

1-    بار های ضربه ای مستطیلی از نظر ضریب بار ناپایداری دینامیکی ، دارای بدترین شرایط جهت ایجاد ناپایداری در سازه ها میباشند و بر عکس بارهای ضربه ای مثلثی دارای شرایط مناسب تری هستند . بعبارت دیگر ، ضریب بار لازم برای ایجاد ناپایداری دینامیکی در اثر ضربه های مستطیلی کمتر از بار های ضربه ای مثلثی میباشد.

2-    حداکثر تغییر مکان افقی سازه ، برای حالت های بحرانی و غیر بحرانی ،تقریبا در محدوده زمانی 2/0 و 3/0 ثانیه رخ میدهد و ضریب بار و شکل ضربه اثر چندانی در موقعیت حداکثر تغییر مکان ندارد؛ که این زمان حدود 3/0 و 5/0 برابر پرید اصلی سازه میباشد.

3-    حداکثر تغییر مکان قایم سازه برای حالت های بحرانی وغیر بحرانی ، همواره در محدوده زمان تداوم بار ضربه ای رخ داده و متاثر از شکل ضربه نمی باشد.

4-    بار های ضربه ای نیم سینوسی ، علی رغم اینکه در زمان های تداوم کوچکتر دارای ضریب بزرگنمایی بزرگتری نسبت به ضربه های مثلثی می باشد؛ بعلت ایجاد دامنه ی نوسانات پایین تر و میرایی سریعتر ارتعاش قایم سازه (ارتعاش ازاد که توسط بارهای ضربه ای ایجاد میگردد) ، دارای بهترین پاسخ دینامیکی می باشند.

5-    توصیه مهم طراحی : با توجه به نتایج بدست امده از تحلیل ها ، ضربه های مستطیلی دارای ضریب بزرگنمایی 90/1 ، ضربه های نیم سینوسی درای ضریب بزرگنمایی 50/1 و ضربه های مثلثی دارای ضریب بزرگنمایی 33/1 میباشند( Td = 0.05 sec )  . در آیین نامه ها برای اعمال اثر دینامیکی برا های ضربه ای ماشین آلات ، ضریب واحد 50/1 برای معادل استاتیکی کلیه اشکال بارهای ضربه ای ماشین آلات توصیه شده است.اگرچه شاید توجیه و مبنای تیوریک ضریب تبدیل مذکور متفاوت از توجیه و مبنای تیوریک ضریب بزرگنمایی حاصل از تحلیل های ناپایداری دینامیکی سازه های تحت اثر بار های ضربه ای ماشین آلات باشد ، ولی بنظر می رسد با توجه به مطالعات انجام یافته موردی در خصوص قاب فضایی تحلیل شده، تفکیک این ضرایب آیین نامه ای براساس شکل بار ضربه ای و زمان تداوم انها ضرورت داشته باشد.

6-    برخی از ماشین آلات به تغییر مکان های ایجاد شده حساس بوده و میرایی سریع سازه در اینگونه ماشین آلات دارای اهمیت فراوانی می باشد. لذا با توجه به نتایج بدست امده ، میرایی سازه تحت اثر بار های ضربه ای نیم سینوسی سریعتر از سایر اشکال برا های ضربه ای بوده وبهتر است در این نوع ماشین آلات از بارهای ضربه ای نیم سینوسی استفاده گردد.

 تهیه کننده گان:محمدحسین حبشی زاده،کریم عابدی

 

مراجع و منابع:

  1. Budiansky, B.,“ Dynamic Buckling of Elastic Structures: Criteria and Estimates, Proceeding of

the International Conference on Dynamic Stability of Structures, Pergamon, New York; pp. 83-106,

1967

  1. Budiansky, B. and Roth, R.S. “ Axisymmetric Dynamic Buckling of Clamped Shallow Spherical

Shells “, Collected Papers on Instability of Shell Structures. NASA TN D-1510, 1962

  1. El Naschie, M.S., “ Stress, Stability and Choas in Structural Engineering and Energy Approach “,

McGraw Hill – Inc, 1990

11

  1. Galambos, T.V., “ Guide to Stability Design Criteria for Metal Structures “, John Wiely & Sons,

Inc. New York, 1998

  1. Narayanan, R. and Roberts, T.M., “ Structures Subjected to Dynamic Loading, Stability and

Strength “, Elsevier Applied Science Publishers, 1991

  1. Simitses, G.J., “ Dynamic Stability of Suddenly Loaded Structures “, Springer, New York, Berlin;

Heidelberg, 1990

  1. K.ABEDI and M.HABASHIZADEH, “ Investigation into the Dynamic Instability Behaviour of

Industrial Space Structures Subjected to the Finite Duration and Step Impulsive Loading “, Space

structures 5, England, Surry, 19-21August 2002; pp.929-939

8. کریم عابدی – محمد حسین حبسی زاده ،” تحلیل ناپایداری دینامیکی قاب های صنعتی دو بعدی تحت اثر بار های ضربه ای ” ، مجله بین المللی علوم مهندسی – دانشگاه علم و صنعت ایران ؛شماره2 ، جلد چهارم،تابستان 1382 ، ویژه نامه عمران،213-230

9. کریم عابدی – محمد حسین حبشی زاده،” بررسی ناپایداری دینامیکی سازه های صنعتی سه بعدی تحت اثر بار های ضربه ای باتداوم محدو پله ای”،مجله دانشکده فنی – دانسگاه تبریز ؛ جلد32 ، شماره 3 (مهندسی عمران) ، بهار 1385 ، 17-27

10. برگی ، خسرو؛ “دینامیک سازه ها”، انتشارات دانشگاه تهران،1385

11. Bathe, K.J. ، ترجمه عابدی ، کریم؛” روش های عناصر محدود”، مجله دوم ، انتشارات دانشگاه صنعتی سهند تبریز،1378

12. Chopra, A.K ، ترجمه طاحونی ، شاپور؛” دینامیک سازه ها و تعیین نیرو های زلزله ” ، انتشارات ادب ،1377

13. Clough, R. and Panzien, J ، ترجمه گل افشانی ، علی اکبر ؛” دینامیک سازه ها” ، انتشارات دانشگاه صنعتی شریف،1377

14. فخر یاسری،سیروس و پوروشسب،رستم؛”طرح و محاسبه ی سالن های صنعتی سبک و سنگین”،انتشارات دهخدا،1365

15. طاحونی شاپور؛ ” طراحی سازه های فولادی”، انتشارات دهخدا،1370

16. وارسته،مهدی؛”طرح و محاسبه ی قاب های شیب دار”،انتشارت استان قدس رضوی،1377

17. وزارت مسکن وشهرسازی،”آیین نامه حداقل بار وارده بر ساختمان ها و ابنیه فنی(تجدید نظر در استاندارد519 )”، انتشارات مدیریت،1379

18. حبشی زاده محمد حسین؛”تحلیل ناپایداری دینامیکی ساختمان های صنعتی تحت اثر بارهای ضربه ای “پایان نامه کارشناسی ارشد سازه،دانشگاه صنعتی سازه تبریز،آبان ماه 1380

تمامی حقوق سایت محفوظ می باشد