اتصال WFP

اتصالات یکی از قسمتهای مهم یک سازه است که باعث می شود سازه رفتار شکلپذیری در برابر بارهای رفت و برگشتی داشته باشد، از این رو اگر سازهای بخواهد در برابر زلزلههای شدید رفتار مناسبی داشته باشد باید دارای اتصالات مناسبی باشد، مبحث دهم مقررات ملی، اتصالات گیردار از پیش تأیید شده را در شش رده به شرح جدول زیر تقسیم بندی میکند:

اتصالات گیردار از پیش تأیید شده:

با توجه به جدول فوق اتصال گیردار جوشی به کمک ورقهای روسری و زیرسریWFPکه یک اتصال از پیش تأیید شده است، فقط در سیستم قاب خمشی متوسط قابل کاربرد است، این تحقیق عملکرد این نوع اتصال را به کمک تحلیلهای کامپیوتری بررسی و ارزیابی میکند.

اتصال کله گاوی – اتصال جوشی با ورق زیرسری و روسری WFP

اتصال WFP (اتصال گیردار با ورق روسری و زیرسری جوشی) یکی از اتصالات از پیش تایید شده مطابق بخش 10-3-13 مبحث_دهم میباشد. در صورتی که بخواهیم از این نوع اتصالات_از_پیش_تاییدشده به عنوان اتصال گیردار در سیستم قاب_خمشی فولادی استفاده نماییم ، لازم است که کلیه الزامات مربوط به آنها را رعایت نماییم. هر گونه تغییر در جزییات پیشنهادی در این بخش ، باعث میشود که رفتار اتصال تغییر نماید و در این صورت باید برای تایید رفتار اتصال با شرایط جدید به مراجع معتبر مراجعه نموده و یا این اتصال مورد آزمایش های استاندارد قرار گیرد. در مورد اتصال WFP مطابق جزییات ارایه شده در بند 10-3-13-5 مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ، بین تیر و ستون یک فاصله اجرایی وجود دارد و اتصال مستقیم تیر و ستون دیده نمیشود. پس بر این اساس در صورتی که بخواهیم از جزییات ارایه شده برای اتصالات WFP استفاده نماییم مجاز به جوش مستقیم تیر به ستون نمیباشیم.

در اتصال گیردار جوشی به کمک ورق‌های روسری و زیرسری (WFP) ورق‌های بالایی و پایینی اتصال توسط جوش به بال‌های ستون جوش شده و از طرف دیگر به بال‌های تیر توسط جوش متصل می‌شوند. اتصال ورق به بال ستون توسط جوش نفوذی کامل (CJP) و به بال تیر توسط جوش گوشه صورت می‌گیرد. اتصال جان تیر به بال ستون توسط یک یا دو ورق که از یک طرف به جان تیر جوش و از طرف دیگر به بال ستون جوش شده ایجاد می‌شود. این اتصال را می‌توان فقط در قاب خمشی با شکل‌پذیری متوسط استفاده نمود. در کل استفاده از این اتصال به اعتقاد بسیاری از اساتید فن نهی شده است. این اتصال در AISC وجود ندارد و الزامات آن توسط مبحث دهم داده شده است. محدودیت‌های این اتصال بصورت زیر می‌باشند.
محدودیت‌های مربوط به تیر

•  در دو انتهای تیر تعبیه سوراخ دسترسی برای انجام جوشکاری مجاز نمی‌باشد.
•  در دو انتهای تیر، ناحیه حفاظت شده باید برابر فاصله از بر ستون تا انتهای ورق‌های روسری و زیرسری (هر کدام که بزرگتر است) بعلاوه نصف عمق تیر بعد از آن، در نظر گرفته شود.
•  محل مفصل پلاستیک (Sh) در روی تیر باید در محل انتهای ورق‌های روسری و زیرسری (هر کدام که بزرگتر است)، در نظر گرفته شود.
•  عمق مقطع تیر نباید از 90 سانتیمتر تجاوز نماید.
•  ضخامت بال تیر نبایستی از 30 میلیمتر تجاوز نماید.
•  نسبت دهانه آزاد تیر به عمق مقطع آن نباید از 5 کمتر در نظر گرفته شود.

مطابق با مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ایران، اتصالات گیردار از پیش تأیید شده تیر به ستون در سازه های فولادی به شش رده تقسیم‌بندی می‌شوند. یکی از این اتصالات، اتصال‌گیردار جوشی به کمک ورق‌های روسری و زیرسری (WFP) است. مبحث دهم استفاده‌ی از این نوع اتصال را به قاب‌ خمشی متوسط محدود می‌کند.این درحالی است که پنج نوع اتصال پیشنهادی دیگر علاوه برقاب خمشی متوسط ، قابلیت استفاده در قاب خمشی ویژه را دارا می باشند. این نوع اتصال در زمره اتصالات پیشنهادی AISC قرار ندارد، ولی مبحث دهم به دلیل کاربرد گسترده این اتصال در ایران به دلیل سهولت اجرا آنرا پیشنهاد داده است.

این اتصال مشابه اتصال BFPمی باشد با این تفاوت که اتصال ورق های روسری و زیر سری به بال تیر، بجای پیچ با جوش صورت می گیرد. در طراحی سازه های فولادی فرض بر این است که تقدم شکل گیری مفاصل پلاستیک در تیرها باشد اما تلاش بر این است که که ایجاد مفاصل خارج از ناحیه اتصال باشد. برای دستیابی به این موضوع با استفاده از ورق های زیرسری و روسری ضخامت بال در ناحیه اتصال افزایش یافته و با افزایش سختی مفصل پلاستیک به نقاط با سختی کمتر هدایت می شود.

در اتصالات از پیش تایید شده زیر ، جوش مستقیم تیر به ستون انجام میشود:
اتصال گیردار مستقیم تیر با مقطع کاهش یافته ( #RBS )
اتصال گیردار فلنجی بدون استفاده از ورق لچکی ( #BUEEP ) و اتصال گیردار فلنجی چهار یا هشت پیچی با استفاده از ورق لچکی ( #BSEEP )
اتصال گیردار تقویت نشده جوشی ( WUF-W )

در تصویر فوق در اتصال گیردار جلویی ورق فوقانی کله گاوی جوش کامل شده است که صحیح است ولی در اتصال پشت بخشی از ورق فوقانی کله گاوی جوش نشده است که غلط است

ساخت ورق روسری (ورق کله گاوی) برای اجرای اتصال گیردار.

در اتصال گیردار جوشی به کمک ورق‌های روسری و زیرسری (WFP) ورق‌های بالایی و پایینی اتصال توسط جوش به بال‌های ستون جوش شده و از طرف دیگر به بال‌های تیر توسط جوش متصل می‌شوند. عرض ورق زیرسری (bpb) بر اساس عرض بال تیر (bbf) تعیین می‌شود. به طوریکه فضای کافی برای جوش داشته باشیم:
Bpb=Bbf+5cm
ضخامت ورق زیرسری (tpb) براساس نیروی کششی ناشی از لنگر متحمل ایجاد شده در محل مفصل پلاستیک طراحی می‌شود. عرض قسمت باریکتر ورق روسری براساس عرض بال تیر (bbf) تعیین می‌شود.
B2pt=Bbf-5cm
ضخامت ورق روسری (tpt) بصورت براساس مساحت ورق بالا تعیین می‌شود. به سبب اینکه ورق بالایی کمتر است، برای جبران کاهش مساحت ایجاد شده، طبیعتاً بایستی ضخامت بیشتری داشته باشد تا همان لنگر را بتواند تحمل کند.

سوراخ دسترسی

در اتصالات گیردار پیچی و جوشی مشاهده می شود که دو سوراخ در قسمت بالا و پایین جان تیر به علت دسترسی برای جوش بهتر و ایجاد تنش سه محوره ایجاد می شود.

ایجاد سوراخ دسترسی برای اتصالات مستقیم تیر به ستون (مثل اتصال WUF-W) استفاده می‌شود. وجود تنش سه محوره می‌تواند منجر به شکست ترد قطعه شود. اولین نوع این خرابی‌‌ها در حین جنگ جهانی دوم مشاهده شد که برخی از کشتی‌‌ها دچار خرابی‌‌های فجیعی شدند. می‌دانیم که تسلیم در فولاد هنگامی رخ می‌دهد که لغزش در صفحات آن ایجاد شود. این لغزش صفحات با زاویه 45 درجه رخ می‌دهند. بنابراین بایستی فضای کافی برای لغزش این صفحات وجود داشته باشد. وقتی که تنش کششی به حد تسلیم برسد لغزش رخ داده و اولین تسلیم رخ ایجاد می‌شود. به همین ترتیب لغزش در هزاران صفحه دیگر رخ داده و قطعه شکل پذیری خوبی از خود نشان می‌دهد. در صورتی که یک قطعه تحت کشش محوری باشد، به سبب نسبت پواسون به طول آن اضافه و از ابعاد دیگر آن کاسته می‌شود. در صورتی که به هر علت از کاهش طول ابعاد دیگر جلوگیری شده باشد، منجر به تولید تنش‌های سه محوری در آن شده و تردشکنی رخ می‌دهد.
به عبارتی وقتی بال بالا یا پایین تحت کشش قرار گرفته و تمایل به کاهش ضخامت در آن وجود دارد، در صورتی که جان زیر آن وجود داشته باشد، اجازه کاهش ضخامت به بال داده نشده و تنش سه محوره ایجاد خواهد شد.
مقدار گپ برای اتصالات BFP و WFP در حدود 1.5 تا 2 سانتیمتر پیشنهاد می‌شود. برای برخی دیگر از اتصالات گیردار تیر به ستون گپی وجود ندارد.

عملکرد اتصالات گیردار قبلا توسط آزمایش‌های تجربی مورد تایید قرار گرفته است. در اتصال گیردار جوشی به کمک ورق‌های روسری و زیرسری (WFP) ورق‌های بالایی و پایینی اتصال توسط جوش به بال‌های ستون جوش شده و از طرف دیگر به بال‌های تیر توسط جوش متصل می‌شوند. این اتصال را می‌توان فقط در قاب خمشی با شکل‌پذیری متوسط استفاده نمود. این اتصال در AISC وجود ندارد و الزامات آن توسط مبحث دهم داده شده است. بطور کلی اگرچه محل مفصل پلاستیک با فاصله از ستون قرار دارد، لیکن اگر این اتصال را طراحی کرده باشید، به ابعاد خیلی بزرگی برای ورق‌های روسری و زیرسری (بخصوص برای ورق روسری) خواهید رسید و عملکرد ضعیف‌تر آنها در دوران‌های بالا بصورت آزمایشی مورد اثبات قرار گرفته است. یکی از ایرادات وارد بر این اتصال به غیر از شکل ورق فوقانی که باید بر روی بال جهت اجرای جوش عرض کمتری داشته باشد، نحوه اجرای این اتصال است که تمام جوشکاری ورق‌ها به تیر باید در کارگاه صورت گیرد که این خود باعث عدم اجرا مناسب این جوش‌ها و در نهایت ضعف در آن خواهد شد.

در اتصال گیردار مستقیم تقویت نشده جوشی (WUF-W) عمده دوران خمیری در تیر و در بَر ستون ایجاد می‌شود. حالت‌های شکست نامطلوب، توسط جزئیات مناسبی که برای اتصال جوش بال تیر به بال ستون داده می‌شود، کنترل می‌گردد. این اتصال را می‌توان در قاب خمشی با شکل‌پذیری ویژه و متوسط استفاده نمود. محل مفصل پلاستیک (Sh) در روی تیر باید در محل بَر ستون در نظر گرفته شود (Sh=0). لیکن در داخل تیر و بر روی بال‌های فوقانی و تحتانی آن ایجاد می‌شود. از جمله جزئیات اصلاحی این اتصال که در آیین‌نامه‌های جدید بر روی آن تاکیده شده، اجرای سوراخ دسترسی زیر بال بالا و روی بال پایین بوده که مانع ایجاد تنش‌های سه محوری در این اتصال می‌شود. اجرای جوش نفوذی بال‌ها به ستون در کارگاه از ایردات وارد بر این اتصال است که می‌توان با اتصال درختی بر این مشکل غلبه نمود.