سازه ها تحت بار حرارتی یکنواخت و گرادیان حرارتی

سازه ها تحت بار حرارتی یکنواخت و گرادیان حرارتی

0

74

15
خرداد 98

طراحان سازه همواره در هنگام بار گذاری سازه در مواجه با بارهای حرارتی از این موضوع آگاه هستند که  نحوه ی اعمال بار حرارتی روی سازه در نرم افزار های طراحی و همچنین طراحی بر مبنای آن پیچیدگی بیشتری نسبت به بارهایی همچون بار های ثقلی دارد. در این نوشته سعی شده است نکات کارامدی جهت آسان سازی اعمال بار حرارت روی سازه در نرم افزار های طراحی سازه مثل SAP2000 و ETABS بیان شود. همچنین سعی شده اثرات ناشی از بار حرارت بروی سازه و از نظر تغییر شکل و نیرو های درونی سازه بیان شود .

به صورت کلی هنگامی که المانی تحت تاثیر تغییرات دمایی واقع شود تمایل به تغییر شکل دارد و اگر به هر صورتی این تغییر شکل محدود شود در المان نیروهای درونی شکل می گیرد.اگر به االمان اجازه ی تغییر شکل آزادانه در مقابل حرارت داده شود در المان نیرویی ایجاد نمی گردد. برای مثال هنگامی که میله ای با آزادی حرکت کامل به صورت یکنواخت گرم میشود دچار ازدیاد طول می گردد. در صورتی که همان میله با دو سر مقید گرم شود تغییر شکلی در آن رخ نمیدهد ولی در آن نیروی فشاری شکل می گیرد .

پس سازه در مواجه با بار حررات یا تغییر شکل دارد و یا نیروی داخلی، بدین معنی که هرچه تغییر شکل سازه در مقابل بار حرارتی بیشتر باشد در آن نیروی کمتری شکل می گیرد و هرچه با مقید کردن سازه  جلوی تغییر شکل های آن در مقابل بار حرارات  گرفته شود ؛ در آن نیروی  داخلی بیشتری  شکل می گیرد .

با توجه به آن چه گفته شد  به نظر شما  کدام یک از آرایش های مهار بندی زیر برای قابی که تحت تاثیر بار های حرارتی زیاد تر است مناسب تر است؟

 اجازه بدهید قبل از انتخاب بهترین آرایش مهاربندی نیروهای محوری ناشی از بار حراراتی یکنواخت را بررسی نماییم. شگل بعدی این نیرو های محوری را نشان می دهد .

همانگونه که مشاهده میشود قاب A به علت این که مهار بندها در دو دهانه ی اول و آخر آن قرار داده شده است تمام اعضای قاب از نظر محوری مقید شده اند و به همن دلیل تمامی این المان ها به علت این که جلوی تغییر شکل آزادانه ی  آن ها گرفته شده است مجبور هستند که نیروی محوری زیادی را درون خود تحمل کنند و در نتیجه شما به عنوان یک طراح سازه در مواجه با همچین نیرو های داخلی مجبور به استفاده از اعضایی با سطح مقطع بیشتر خواهید بود .

در قاب های B و C  به علت این که  به ترتیب مهار بند ها در وسط و انتهای دهانه های قاب قرار گرفته اند اعضا ی خارج از دهانه ها ی مهار بندی آزادانه می توانند  تغییر شکل بدهند و در نتیجه متحمل نیروی محوری بسیار کمتری در مقایسه با  A می شوند. تا این جای کار به نظر میرسد از نظر نیروهای داخلی و طراحی اقتصادی آرایش B و C نسبت به A ارجهیت دارد. برای این که بفهمیم بین  آرایش  Bو C کدام یک مزیت بیشتری دارند به شکل بعدی که تغییر شکل هر سه قاب را تحت بار حرارتی نشان میدهد دقت کنید .

ناگفته پیداست که آرایش مهار بند های  قاب C به علت این که باعث تغییر شکل یک نواخت تری در کل سازه شده است نسبت به  قاب B مزیت بیشتری دارد .

آنچه تا این جا گفته شد در مورد رفتار کلی سازه ها در مواجه با بار حرارتی یکنواخت بود. در ادامه رفتار سازه ها در مقابل بار گرادیان حرارتی بررسی می شود. بار گرادیان حرارتی تمایل دارد که در عضو و یا دال انحناء ایجاد کند و بسته به جهت گرادیان حرارتی، شکل نهایی عضو را به کاسه و یا کاسه ی برعکس تبدیل کند. دقیقا مانند آنچه که در مورد بار حراراتی یکنواخت گفته شد در صورتی که از تغییر شکل خمشی  یک المان در مقابل بار گرادیان حراتی جلوگیری شود در عضو ممان خمشی ایجاد می گردد و در صورتی که آزادنه به المان اجازه بدهیم که  انحناء پیدا کند در مقابل بار گرادیان در آن ممانی ایجاد نمی گردد ولی به جای آن شکل المان با کاسه یا کاسه ی بر عکس تبدیل می شود .

نکته ی بسیار مهم1 : دقت داشته باشید که با اعمال بار گرادیان حرارتی به المان مقید تنش کششی در طرف سرد المان شکل می گیرد.

نکته ی بسیار مهم2: المان کاملا مقید در مقابل چرخش در مقابل بار گرادیان حرارتی هیچ گونه تغییر شکلی نمی دهد ولی در آن ممان ایجاد می گردد . به نظر میرسد این پدیده و تنش های پسماند داخلی  تنها موقعیت هایی در طبیعت هستند  که بدون ایجاد انحناء در عضو در آن ممان به وجود می آید .

 

 حال با توجه به آن چه که گفته شد به نظر شما برای سقف یک  اتاقک بتنی که دمای درون آن 200 درجه و دمای بیرون آن 20 درجه است بهتر است از دال با لبه های یک پارچه استفاده شود و یا سقفی با لبه های آزاد که آزادانه اجازه ی چرخش دارند ؟ به تصویر بعدی که تغییر شکل دال سقف در این اتاقک را در دو حالت مختلف نشان میدهد، دقت کنید :

به نظر میرسد که استفاده از دال با لبه های آزاد در به عنوان سقف برای این اتاقک مناسب تر باشد زیرا ممان ناشی از گرادیان حرارتی و همچنین  نیروی محوری ناشی از بار یکنواخت حرارتی در آن شکل نمی گیرد ( به جای آن تغییر شکل بیشتر میدهد ) .

جدول بعدی تغییر شکل ها و همچنین نیروهای درونی شکل گرفته تحت بارگذاری حرارتی  در حالت های مختلف گیرداری تیر و دال را نشان داده است . آخرین ستون این جدول مقادیری را نشان می دهد که می بایست به عنوان بارگذاری در مدل تحلیلی در نرم افزارهایی مانند SAP2000 و ETABS بر روی مدل قرار داد .

 

 

نویسنده : مدیر

این مقاله را به اشتراک بگذارید

مطالب مرتبط با این مقاله

عملکرد END OFFSET و RIGID ZONE FACTOR در SAP2000 و ETABS

عملکرد END OFFSET و RIGID ZONE FACTOR در SAP2000 و ETABS

خرداد 10, 98

ده خطای متداول نصب و آنالیز ETABS

خطاهای متداول نصب و آنالیز برنامه ETABS

تیر 24, 98

دیدگاه ها

ارسال دیدگاه

برای ارسال دیدگاه، ابتدا به حساب کاربری خود وارد شوید
طراحی سایت توسط شرکت پدیده تجارت