لعرض الأشكال والجداول المرتبطة بهذه المقالة، يرجى الرجوع إلى كتاب الصور المتحركة أعلاه.
كتب خبير اللحام Duane Miller زوجًا ممتازًا من المقالات لعدد فبراير ومارس 2024 من مجلة STRUCTURE. وصفت المقالات 10 حالات حيث يمكن أن تواجه اللحامات تحميلًا غير متساوٍ. يمكن أن تكون هذه الشروط مشكلة إذا لم يتم تجنبها أو إعطاؤها اهتمامًا خاصًا في التصميم. لا ينطبق الافتراض الشائع بأن الأحمال المطبقة تسبب ضغوطًا موحدة في اللحام على هذه الظروف. ومع ذلك، ماذا لو كنت تستخدم أسلوب تصميم لا يقوم أبدًا بمثل هذا الافتراض؟ تصميم الاتصال عن طريق التحليل غير المرن، على سبيل المثال باستخدام طريقة العناصر المحدودة القائمة على المكونات (CBFEM) كما هو مطبق في IDEA StatiCa Connection، لا يقدم أي افتراضات واسعة حول توزيع الضغط في اللحامات، أو أي مكونات أخرى. تنشأ الضغوط بشكل طبيعي في التحليل بناءً على صلابة مكونات الاتصال المختلفة. تتناول هذه المقالة كل شرط من شروط ميلر العشرة لتحديد الاهتمام الخاص الذي تتطلبه عند التصميم عن طريق التحليل غير المرن.
العشرة الحالات الأكثر شيوعًا والتي تتضمن اللحامات المحملة بشكل غير متساو
في سلسلته المكونة من جزأين لعام 2024 حول اللحامات المحملة بشكل غير متساو (إصدارات فبراير ومارس)، لخص المؤلف دوان ميلر الحالات الشائعة التالية التي تمت مواجهتها.
الحالة 1: التحميل غير متساوٍ بسبب الانحناء حول جذر شرائح اللحم أو اللحامات الأخدودية PJP
الحالة 2: التحميل غير متساوٍ بسبب اللحام العرضي الفردي في وصلة حضنية محملة نهائيًا
الحالة 3: التحميل غير متساوٍ بسبب التباعد القصير بين اللحامات العرضية في الوصلات المحملة نهائيًا
الحالة 4: التحميل غير متساوٍ بسبب تأخر القص
الحالة 5: التحميل غير متساوٍ بسبب اللحام الطويل في الوصلة المحملة نهائيًا
الحالة 6: التحميل غير متساوٍ لأن مجموعة اللحام محملة بشكل غير متساو
الحالة 7: التحميل غير متساوٍ لأن اللحام يربط عضوًا صلبًا بعضوًا مرنًا
الحالة 8: التحميل غير متساوٍ لأن اللحامات العرضية مدمجة مع اللحامات الطولية
الحالة 9: التحميل غير متساوٍ لأن اللحام جزء من وصلة أنبوبية
الحالة 10: التحميل غير متساوٍ بسبب دمج اللحامات مع البراغي أو المسامير
الشرط الأول هو التحميل غير المتساوي بسبب الانحناء حول جذر شريحة لحم أو لحام أخدود PJP. الشرط الثاني هو اللحام العرضي الفردي في وصلة حضنية محملة طرفيًا، حيث يكون هناك احتمال للتحميل غير المتساوي بسبب الانحناء حول الجذر إذا لم يتم تقييد انحراف الأجزاء المتراكبة بشكل كافٍ. تختلف نمذجة اللحامات في أساليب التحليل غير المرنة، ولكن في CBFEM، يتم تصميم اللحامات الشرائحية واللحامات الأخدودية PJP باستخدام قيود متعددة النقاط وعنصر غلاف لحام مكافئ يقارب السلوك المرن للحام. أحد الجوانب المهمة في نهج النمذجة هذا هو أنه يؤدي إلى عدم صلابة الانحناء حول جذر اللحام. ونتيجة لذلك، لا يمكن أن تتطور ضغوط الانحناء، وبالنسبة للتفاصيل الموضحة في مقالة ميلر، لن يتم إجراء التحليل لأن الافتقار إلى صلابة الانحناء يجعل النموذج غير مستقر. ومع ذلك، في بعض الحالات، قد لا يعتمد الاتصال على صلابة اللحام لتكون مستقرة، ويمكن أن تتطور تشوهات الانحناء حول جذر اللحام. يجب تجنب تشوهات الانحناء عن طريق فحص الشكل المنحرف من نموذج التحليل والتفاصيل الصحيحة للاتصال.
وفي الحالة الثالثة يكون التحميل غير المتساوي بسبب قصر المسافة بين اللحامات المستعرضة في الوصلات المحملة طرفيا. باستخدام CBFEM، يكون للتباعد تأثير ضئيل على قوة اللحامات. خذ بعين الاعتبار الاتصال الموضح في الشكل 1. بدون اللاخطية الهندسية، تؤدي الظروف الحدودية والانحراف المركزي إلى انحناء كبير في الصفائح. يتم تقليل الانحناء مع اللاخطية الهندسية بسبب تأثيرات الغشاء، ومع ذلك فإن التباعد القصير ليس له أي تأثير على اللحامات. بالنسبة للتباعد القصير جدًا (على سبيل المثال، تداخل 1/2 بوصة)، تنتج الألواح، مما يحد من القوة، ولكن مرة أخرى لا يتأثر تقييم اللحامات. يؤدي تقييم القوة من خلال التحليل غير المرن إلى إلغاء الحاجة إلى التحقق من بعض الحالات الحدية التي يلتقطها النموذج، لكنه لا يلغي الحاجة إلى تلبية المتطلبات التفصيلية مثل المتطلبات الواردة في قسم مواصفات AISC J2.2b(f) الذي ينص على الحد الأدنى لمسافة التداخل.
تأخر القص هو مصدر القلق في الحالة الرابعة. على الرغم من وجود تأخر القص في الوصلات مثل مفصل اللفة المحمل نهائيًا الموضح في الشكل 2، إلا أنه من غير الواضح ما إذا كان تأخر القص يؤثر على قوة الاتصال. لا تكتشف تحليلات CBFEM أي انخفاض في قوة اللحام بسبب تأخر القص لهذا الاتصال، ولكن لم تفعل ذلك سلسلة حديثة من التجارب الفيزيائية التي أجراها المؤلف. ومع ذلك، تمامًا كما هو الحال بالنسبة للشرط الثالث، يجب تلبية المتطلبات التفصيلية لجمعية اللحام الأمريكية (AWS) حتى عند تقييم القوة باستخدام التحليل غير المرن. على وجه التحديد، يحدد البند 4.9.2 من AWS D1.1 أن طول كل شريحة لحام يجب ألا يقل عن المسافة العمودية بينهما في حالة استخدام اللحامات الطولية وحدها في مفاصل اللفة للوصلات الطرفية للقضيب المسطح أو أعضاء اللوحة.
تواجه اللحامات الطويلة في الوصلات المحملة تحميلًا غير متساوٍ بسبب توافق الضغط بين الأجزاء المتصلة. يكون الضغط بالقرب من نهايات اللحامات أكبر منه بالقرب من المنتصف مع اختلاف يعتمد على الصلابة النسبية بين اللحامات والأجزاء المتصلة. في التصميم التقليدي، تتم معالجة هذا الشرط الخامس للحام غير المحمل بشكل متساوٍ باستخدام طول فعال مخفض لعمليات اللحام الطويلة. في التصميم من خلال التحليل غير المرن، يتم تصميم صلابة اللحامات والأجزاء المتصلة بشكل واضح، ويتم فرض التوافق مع الإجهاد. وبالتالي، فإن النتائج تلتقط تأثير التحميل غير المتساوي بشكل أكثر دقة من المعادلة التقريبية. تظهر المقارنة بين نتائج تحليلات CBFEM والتصميم التقليدي في الشكل 3 بناءً على دراسة أكبر.
الشرط السادس هو عندما تكون مجموعة اللحام محملة بشكل غير متساو أو غريب الأطوار. في التصميم التقليدي، غالبًا ما تتم معالجة هذه الحالة باستخدام طريقة مركز التدوير اللحظي عبر الجداول الواردة في الجزء 8 من دليل AISC. تعد طريقة المركز اللحظي للدوران في حد ذاتها طريقة تحليل غير خطية تضمن تحقيق التوازن والتوافق مع الضغط مع دمج التأثير المفيد لعامل زيادة القوة الاتجاهية. أظهرت المقارنات بين طريقة المركز الفوري للدوران وCBFEM لاتصالات لوحة القوس أن CBFEM يلتقط التحميل غير المتكافئ بشكل متحفظ.
تتميز الحالات من 7 إلى 10 بمسارات تحميل متعددة محتملة، مع ظهور تحميل غير متساوٍ لأن بعض المسارات أكثر صلابة أو أقوى من غيرها. يعد التصميم عن طريق التحليل غير المرن مناسبًا تمامًا لتقييم هذه الظروف بشكل صحيح نظرًا لأنه تم تصميم صلابة جميع المكونات بشكل صريح ويتم فرض التوافق والتوازن.
لحام العضو الصلب بالعضو المرن هو الشرط السابع. تعتبر اللوحة تحت التوتر الملحومة عبر شفة مقطع على شكل حرف I كما هو موضح في الشكل 4 مثالًا كلاسيكيًا للحالة 7. يتم تحميل اللحام بين اللوحة والشفة بشكل غير متساوٍ لأن جزءًا أكبر من الحمل ينجذب إلى المسار الأكثر صلابة مباشرة من خلال الحافة وفي الشبكة. عند تصميم النموذج باستخدام CBFEM، تكون ضغوط اللحام أعلى عند شبكة العضو على شكل حرف I. تصل هذه اللحامات إلى الاستفادة الكاملة أولاً، مما يشير إلى أنه تم الوصول إلى قوة الاتصال، حتى عندما لا تكون أجزاء اللحام القريبة من أطراف الحافة بكامل طاقتها. الشرط التاسع، اللحامات التي هي جزء من وصلة أنبوبية، هي مثال آخر على لحام عضو صلب إلى عضو مرن. مرة أخرى، CBFEM قادر على التقاط التحميل غير المتكافئ وحساب استخدام اللحامات وفقًا لذلك.
وفي الحالة الثامنة يتم دمج اللحامات المستعرضة مع اللحامات الطولية ويحدث تحميل غير متساوي لأن الوصلات الملحومة مع اللحامات المستعرضة أقوى ولكنها أقل ليونة من الوصلات المماثلة المصنوعة من اللحامات الطولية. توفر مواصفات AISC المعادلة J2-6 لمجموعات اللحام المحملة بشكل مركزي مثل هذه. حتى بدون تنفيذ هذه المعادلة، فإن CBFEM يلتقط التأثير جيدًا حيث يتم تصميم السلوك الأساسي ودمجه في اختبارات القوة (الشكل 5).
الحالة العاشرة والأخيرة للتحميل غير المتكافئ تحدث عندما يتم دمج اللحامات مع البراغي أو المسامير. يسمح قسم مواصفات AISC J1.8 باعتبار البراغي واللحامات بمثابة حمل مشترك فقط في تصميم وصلات القص على سطح مشترك حيث يتم مراعاة توافق الإجهاد بين البراغي واللحامات. تعتبر فحوصات قوة البراغي واللحامات مستقلة في CBFEM مع عدم وجود معالجة خاصة عندما تتشارك البراغي واللحامات في الحمل. نظرًا للنمذجة الواضحة لصلابة البراغي واللحامات والأعضاء وعناصر التوصيل، يتم دائمًا مراعاة توافق الضغط في CBFEM. عندما تتقاسم البراغي واللحامات الحمل، تعتمد القوة المطلوبة لكل منها على صلابتها النسبية. والنتيجة هي نقاط قوة إجمالية مشابهة لتلك التي تم الحصول عليها باستخدام الطريقة التقريبية المقدمة أيضًا في قسم مواصفات AISC J1.8. ومع ذلك، لا يحظر قانون CBFEM بشكل عام مشاركة الأحمال بين البراغي واللحامات في وصلات الشد. يجب على المستخدم تجنب مثل هذه الحالات عن طريق نمذجة البراغي أو اللحامات في وصلات الشد، حتى لو كان كلاهما موجودًا في التوصيل المادي.
تستحق اللحامات المحملة بشكل غير متساو، مثل تلك التي تم تقييمها في مقالات ميلر الأصلية وإعادة النظر فيها هنا، اهتمامًا خاصًا لأنها يمكن أن تكون أقل كفاءة من اللحامات المحملة بالتساوي ولأنها تنتهك الافتراضات الشائعة في أساليب التصميم التقليدية. يوفر التصميم من خلال التحليل غير المرن مسارًا للأمام لهذه اللحامات لأن نماذج التحليل المحددة جيدًا لا تفترض أبدًا أن اللحامات يتم تحميلها بالتساوي. علاوة على ذلك، يمكن استخدام التحليل غير المرن لتحديد ما إذا كانت هناك حاجة إلى إجراء للتخفيف من آثار التحميل غير المتساوي، والمساعدة في تحديد أفضل استراتيجية للتخفيف عند الضرورة. ■
عن المؤلف
مارك دينافيت هو أستاذ مشارك في قسم الهندسة المدنية والبيئية في جامعة تينيسي، نوكسفيل.
نحن نستخدم ملفات تعريف الارتباط لنقدم لك تجربة تصفح أفضل، وتحليل حركة مرور الموقع، وتخصيص المحتوى. باستخدام هذا الموقع، فإنك توافق على استخدامنا لملفات تعريف الارتباط.سياسة الخصوصية
