بخش 10.2.9.10

۱۰-۹-۲-۱۰ الزامات ویژه بال‌ها و جان مقاطع اعضای تحت اثر بارهای متمرکز

الزامات این بند مربوط است به بررسی جان و بال (یا بال‌های) مقاطع اعضایی که به یک یا هر دو بال آن‌ها نیروهای متمرکز در امتداد عمود بر صفحه بال و به طور متقارن نسبت به جان اثر می‌کند. نیروهای متمرکز می‌توانند به صورت تکی (فشاری یا کششی) یا به صورت زوج نیروی ناشی از لنگر خمشی (یکی کششی و دیگری فشاری) باشند.

مقاومت‌های موجود بال (یا بال‌ها) و جان اعضایی که تحت اثر بارهای متمرکز وارد بر بال قرار می‌گیرند، باید براساس حالت‌های حدی زیر تعیین شوند:

۱- خمش موضعی بال در مقابل نیروی متمرکز کششی (مطابق بند ۱۰-۲-۹-۱۰-۱ )

۲- تسلیم موضعی جان در مقابل نیروی متمرکز کششی یا فشاری (مطابق بند ۱۰-۲-۹-۱۰-۲ )

۳- چروکیدگی موضعی جان در مقابل نیروی متمرکز فشاری (مطابق بند ۱۰-۲-۹-۱۰-۳ )

۴- کمانش جانبی جان در مقابل نیروی متمرکز فشاری (مطابق بند ۱۰-۲-۹-۱۰-۴ )

۵- کمانش فشاری جان در مقابل یک جفت نیروی متمرکز متقابل فشاری، که به هر دو بال عضو اثر می‌کند (مطابق بند ۱۰-۲-۹-۱۰-۵ )

۶- برش در چشمه اتصال (مطابق بند ۱۰-۲-۹-۱۰-۶ )

علاوه بر حالت‌های حدی فوق، رعایت الزامات تکمیلی برای سخت کننده‌های عرضی در انتهای تیرها و شاه تیرها (مطابق بند ۱۰-۲-۹-۱۰- ۷)، الزامات تکمیلی برای سخت کننده‌های عرضی در مقابل نیروهای متمرکز (مطابق بند ۱۰-۲-۹-۱۰-۸ ) و الزامات تکمیلی برای ورق‌های تقویتی جان (ورق مضاعف) و سخت کننده‌های قطری در چشمه اتصال (مطابق بند ۱۰-۲-۹-۱۰-۹ ) نیز الزامی است.

۱-۱۰-۹-۲-۱۰ خمش موضعی بال در مقابل نیروی متمرکز کششی

الزامات این بند برای هر دو حالت نیروی متمرکز کششی تکی و مؤلف کششی زوج نیروی ناشی از لنگر خمشی کاربرد دارد ( شکل ۱۰-۲-۹-۲۳ ). درصورتی که طول بارگذاری شده در امتداد پهنای بال (b ₁)، کوچک‌تر از 0.15b _fباشد، لزومی به در نظر گرفتن حالت حدی خمش موضعی بال مقابل نیروی متمرکز کششی نخواهد بود. در غیر این صورت کنترل خمش موضعی بال در مقابل نیروی متمرکز کششی ضروری است.

تصویر

شکل ۱۰-۲-۹-۲۳: خمش موضعی بال در مقابل نیروی متمرکز کششی

مقاومت موجود بال در برابر خمش موضعی ناشی از نیروی متمرکز کششی، در روش LRFD مساوی ØR _nو در روش ASD مساوی R _n/Ω بوده که در آن Ø(ضریب کاهش مقاومت)، Ω (ضریب اطمینان) و R _n(مقاومت اسمی بال در برابر خمش موضعی ناشی از نیروی متمرکز کششی) به شرح زیر تعیین می‌شوند:

$R_{n}=6.25F_{yf}t_{f}^{2}$

$\phi =0.9 (LRFD) , \Omega =1.67 (ASD)$

در صورتی که نیروی متمرکز کششی از مقاومت موجود بال در برابر خمش موضعی بیشتر باشد، تعبیه یک جفت سخت کننده عرضی مطابق با الزامات بند ۱۰-۲-۹-۱۰-۸ ضروری است.

۲-۱۰-۹-۲-۱۰ تسلیم موضعی جان در مقابل نیروی متمرکز کششی یا فشاری

الزامات این بند برای نیروی متمرکز کششی تکی، نیروی متمرکز فشاری تکی و هر دو مؤلفه فشاری و کششی زوج نیروی ناشی از لنگر خمشی کاربرد دارد ( شکل ۱۰-۲-۹-۲۴ ).

مقاومت موجود تسلیم موضعی جان در مقابل نیروی متمرکز کششی یا فشاری در روش LRFD مساوی ØR _nو در روش ASD مساوی R _n/Ω بوده که در آن Ø (ضریب کاهش مقاومت)، Ω (ضریب اطمینان) و R _n(مقاومت اسمی تسلیم موضعی جان در مقابل نیروی متمرکز کششی یا فشاری) به شرح زیر تعیین می‌شوند:

$\phi =1.00 (LRFD) , \Omega =1.50 (ASD)$

1- در حالتی که بار متمرکز، در فاصله‌ای بزرگتر از d از انتهای عضو وارد می‌شود:

$R_{n}=F_{yw}t_{w}(5K+l_{b})$

۲- در حالتی که بار متمرکز، در فاصله‌ای مساوی یا کوچکتر از d از انتهای عضو وارد می‌شود:

$R_{n}=F_{yw}t_{w}(2.5K+l_{b})$

در صورتی که نیروی متمرکز کششی یا فشاری از مقاومت موجود تسلیم موضعی جان بیشتر باشد، تعبیه یک جفت سخت کننده عرضی مطابق با الزامات بند ۱۰-۲-۹-۱۰-۸ ضروری است.

تصویر

شکل ۱۰-۲-۹-۲۴: تسلیم موضعی جان در مقابل نیروی متمرکز کششی و فشاری

۳-۱۰-۹-۲-۱۰ چروکیدگی موضعی جان در مقابل نیروی متمرکز فشاری

الزامات این بند برای نیروی متمرکز فشاری تکی و مؤلفه فشاری زوج نیروی ناشی از لنگر خمشی کاربرد دارد ( شکل 10-۲-۹-۲۵ ) .

مقاومت موجود چروکیدگی موضعی جان در مقابل نیروی متمرکز فشاری در روش LRFD مساوی ØR _nو در روش ASD مساوی R _n/Ω بوده که در آن Ø (ضریب کاهش مقاومت)، Ω (ضریب اطمینان) و R _n(مقاومت اسمی چروکیدگی موضعی جان در مقابل نیروی متمرکز فشاری) به شرح زیر تعیین می‌شوند:

$\phi =0.75 (LRFD) , \Omega =2.00 (ASD)$

۱- در حالتی که بار متمرکز، در فاصله‌ای مساوی یا بزرگتر از d/2 از انتهای عضو وارد می‌شود:

$R_{n}=0.80t_{w}^{2}[1+3(\frac{l_{b}}{d})(\frac{t_{w}}{t_{f}})^{1.5}]\sqrt{\frac{EF_{yw}t_{f}}{t_{w}}}$

۲- در حالتی که بار متمرکز، در فاصله‌ای کوچکتر از d/2 از انتهای عضو وارد می‌شود :

- در صورتی که l _b/d≤0.2 باشد؛

$R_{n}=0.40t_{w}^{2}[1+3(\frac{l_{b}}{d})(\frac{t_{w}}{t_{f}})^{1.5}]\sqrt{\frac{EF_{yw}t_{f}}{t_{w}}}$

- در صورتی که l _b/d>0.2 باشد؛

$R_{n}=0.40t_{w}^{2}[1+(\frac{4l_{b}}{d}-0.2)(\frac{t_{w}}{t_{f}})^{1.5}]\sqrt{\frac{EF_{yw}t_{f}}{t_{w}}}$

در صورتی که نیروی متمرکز فشاری از مقاومت موجود چروکیدگی موضعی جان بیشتر باشد، تعبیه یک جفت سخت کننده عرضی مطابق با الزامات بند ۱۰-۲-۹-۱۰-۸ ضروری است.

تصویر

شکل ۱۰-۲-۹-۲۵: چروکیدگی موضعی جهان در مقابل نیروی متمرکز فشاری

۴-۱۰-۹-۲-۱۰ کمتش جانبی جان در مقابل نیروی متمرکز فشاری

الزامات این بند مربوط به حالتی است که مطابق شکل ۱۰-۲-۹-۲۶ یک نیروی متمرکز فشاری به عضوی وارد می‌شود که از حرکت جانبی بین بال فشاری تحت بار و بال کششی، در محل اثر نیروی متمرکز، توسط مهار جالبی جلوگیری نشده است.

مقاومت موجود جان در برابر کنش جنبی ناشی از نیروی متمرکز فشاری در روش LRFD مساوی ØR _nو در روش ASD مساوی R _n/Ω بوده که در آن Ø (ضریب کاهش مقاومت)، Ω (ضریب اطمینان) و R _n(مقاومت اسمی جان در برابر کماش جانبی ناشی از نیروی متمرکز فشاری) به شرح زیر تعیین می‌شوند:

$\phi =0.85 (LRFD) , \Omega =1.76 (ASD)$

اگر مطابق شکل ۱۰-۲-۹-۲۶ - الف بال فشاری (بال بارگذاری شده) در مقابل دوران زاویه‌ای نگهداری شده باشد:
1- در صورتی که $(h/t_{w})(L_{b}/b_{f})>2.3$ باشد، لزومی به کنترل کمانش جانبی جان نیست.
۲- در صورتی که $(h/t_{w})(L_{b}/b_{f})\leq 2.3$ باشد:
$R_{n}=\frac{C_{r}t_{w}^{3}t_{f}}{h^{2}}[1+0.4(\frac{h/t_{w}}{L_{b}/b_{f}})^{3}]$
در صورتی که نیروی متمرکز فشاری از مقاومت موجود جان در برابر کمانش جانبی بیشتر باشد، باید بال کششی را مهار نمود. به جای مهار بال کششی می‌توان در زیر بار متمرکز فشاری از یک جفت سخت کننده عرضی مطابق بند ۱۰-۲-۹-۱۰-۸ یا از ورق تقویتی جان (ورق مضاعف) مطابق بند 10-2-9-10-9 استفاده نمود.
اگر مطابق شکل ۱۰-۲-۹-۲۶ ب بال فشاری (بال بارگذاری شده) در مقابل دوران زاویه‌ای نگهداری نشده باشد:
- در صورتی که $(h/t_{w})(L_{b}/b_{f})>1.7$ باشد، لزومی به کنترل کمانش جانبی جان نیست.
۲- در صورتی که $(h/t_{w})(L_{b}/b_{f})\leq 1.7$ باشد:
$R_{n}=\frac{C_{r}t_{w}^{3}t_{f}}{h^{2}}[0.4(\frac{h/t_{w}}{L_{b}/b_{f}})^{3}]$
در صورتی که نیروی متمرکز فشاری از مقاومت موجود جان در برابر کمانش جانبی بیشتر باشد، تعبیه یک جفت سخت کننده عرضی مطابق با الزامات بند ۱۰-۲-۹-۱۰-۸ ضروری است.
C _r= ضریبی است که به شرح زیر در نظر گرفته می‌شود:
- اگر در محل اعمال بار متمرکز M _uyدر روش LRFD و 1.5M _ayدر روش ASD باشد:
(37-9-2-10) $C_{r}=6.6\times 10^{6}MPa$
- اگر در محل اعمال بار متمرکز M _uyدر روش LRFD و 1.5M _ayدر روش ASD باشد:
(38-9-2-10) $C_{r}=3.3\times 10^{6}MPa$
که در آن:
M _u= مقاومت خمشی موردنیاز تحت اثر ترکیبات مختلف بارگذاری در روش LRFD
M _a= مقاومت خمشی موردنیاز تحت اثر ترکیبات مختلف بارگذاری در روش ASD
M _y= لنگر تسلیم
شکل ۱۰-۲-۹-۲۶: کمانش جانبی جان در مقابل نیروی متمرکز فشاری

۵-۱۰-۹-۲-۱۰ کمانش فشاری جان در مقابل یک جفت نیروی متمرکز فشاری

الزامات این بند مربوط به حالتی است که مطابق شکل ۱۰-۲-۹-۲۷ یک جفت نیروی متمرکز فشاری تنها با یک جفت مؤلفه فشاری زوج نیروی ناشی از لنگر خمشی در یک مقطع در جهت مخالف به بال‌های عضو وارد می‌شوند.

تصویر

شکل ۱۰-۲-۹-۲۷: کمانش فشاری جان در مقابل یک جفت نیروی متمرکز فشاری

مقاومت موجود جان در برابر کمانش فشاری ناشی از یک جفت نیروی متمرکز فشاری در روش LRFD مساوی ØR _nو در روش ASD مساوی R _n/Ω بوده که در آن Ø(ضریب کاهش مقاومت)، Ω (ضریب اطمینان) و R _n(مقاومت اسمی جان در برابر کمانش فشاری ناشی از یک جفت نیروی متمرکز فشاری) براساس حالت حدی کمانش موضعی جان به شرح زیر تعیین می‌شوند:

$\phi =0.90 (LRFD) , \Omega =1.67 (ASD)$

$R_{n}=\frac{24t_{w}^{3}\sqrt{EF_{yw}}}{h}$

در صورتی که هریک از نیروهای متمرکز فشاری از مقاومت موجود جان در برابر کمانش فشاری بیشتر باشد، تعبیه یک جفت سخت کننده عرضی مطابق با الزامات بند ۱۰-۲-۹-۱۰-۸ ضروری است.

۶-۱۰-۹-۲-۱۰ برش در چشمه اتصال

الزامات این بند مربوط به حالتی است که مطابق شکل ۱۰-۲-۹-۲۸ یک زوج نیروی متمرکز در یک یا هر دو بال عضو اثر می‌کند.

تصویر

شکل ۱۰-۲-۹-۲۸: برش در چشمه اتصال

مقاومت برشی موجود چشمه اتصال در روش LRFD مساوی ØR _nو در روش ASD مساوی R _n/Ω بوده که در آن Ø (ضریب کاهش مقاومت)، Ω (ضریب اطمینان) و R _n(مقاومت برشی اسمی چشمۀ اتصال) براساس حالت حدی تسلیم برشی به شرح زیر تعیین می‌شوند:

$\phi =0.90 (LRFD) , \Omega =1.67 (ASD)$

در حالتی که آثار تغییر شکل غیر الاستیک چشمه اتصال در تحلیل سازه منظور نشود:
۱- برای حالتی که $\alpha P_{r}\leq 0.4P_{y}$ باشد:
$R_{n}=0.6F_{y}d_{c}t_{w}$
2- برای حالتی که $\alpha P_{r}> 0.4P_{y}$ باشد:
$R_{n}=0.6F_{y}d_{c}t_{w}(1.4-\frac{\alpha P_{r}}{P_{y}})$
در حالتی که آثار تغییر شکل غیر الاستیک چشمه اتصال در تحلیل سازه منظور شود:
۱- برای حالتی که $\alpha P_{r}\leq 0.75P_{y}$ باشد:
$R_{n}=0.6F_{y}d_{c}t_{w}(1+\frac{3b_{cf}t_{cf}^{2}}{d_{b}d_{c}t_{w}})$
2- برای حالتی که $\alpha P_{r}>0.75P_{y}$ باشد:
$R_{n}=0.6F_{y}d_{c}t_{w}(1+\frac{3b_{cf}t_{cf}^{2}}{d_{b}d_{c}t_{w}})(1.9-\frac{1.2\alpha P{r}}{P_{y}})$
مطابق شکل ۱۰-۲-۹-۲۸ ، در چشمه اتصال مقاومت برشی موردنیاز (V _rp) از رابطه زیر محاسبه می‌شود:
$V_{rp}=\frac{M_{r1}}{d_{b1}}+\frac{M_{r2}}{d_{b2}}-V_{r}$
در صورتی که مقاومت برشی موردنیاز چشمه اتصال از مقاومت برشی موجود آن بیشتر باشد، در چشمه اتصال، تعبیه ورق تقویتی جان (ورق مضاعف) یا تعبیه یک جفت سخت کننده قطری دارای مقاومت موجود کافی حداقل برابر با اختلاف مقاومت موردنیاز و مقاومت موجود چشمه اتصال الزامی است. ورق‌های مضاعف باید الزامات بند ۱۰-۲-۹-۱۰-۹ را تأمین نمایند.
تبصره ۱: طراحی ستون‌های با مقطع قوطی شکل (HSS) و جعبه‌ای ساخته شده از ورق باید به گونه‌ای باشد که در چشمه اتصال نیازی به تعبیه ورق تقویتی جان (ورق مضاعف) یا تعبیه سخت کننده قطری نباشد.
تبصره ۲: در کنترل برش در چشمه اتصال ستون‌های با مقطع صلیبی، مقاومت برشی موجود چشمه اتصال باید براساس جان موازی با نیروی وارده مقطع محاسبه شود. چنانچه ورق‌های بال در طولی حداقل برابر 300 میلی متر در بالا و پایین تیر با ورق‌های کمربندی به شکل هشت ضلعی در آید، در این صورت می‌توان از مساحت بال‌های موازی با نیروی وارده مقطع نیز استفاده کرد.

۷-۱۰-۹-۲-۱۰ مقررات تکمیلی برای سخت کننده‌ها در انتهای تیرها و شاه تیرها

در انتهای تیرها و شاه تیرهایی که در مقابل دوران حول محور طولی نگهداری نشده‌اند، باید یک جفت سخت کننده عرضی که در تمام ارتفاع جان ادامه دارد، تعبیه گردد.

۸-۱۰-۹-۲-۱۰ الزامات تکمیلی برای سخت کننده‌ها در مقابل نیروهای متمرکز

در صورت نیاز به تعبیه سخت کننده‌های عرضی یا قطری در جان عضو، رعایت الزامات تکمیلی زیر ضروری است.

در صورتی که مطابق بندهای ۱۰-۲-۹-۱۰-۱ الی ۱۰-۲-۹-۱۰-۵ نیاز به تعبیه سخت کننده عرضی در مقابل نیروهای متمرکز کششی باشد، لازم است یک جفت سخت کننده عرضی تمام عمق در مقابل نیروی متمرکز تعبیه شود. سخت کننده‌های عرضی باید به بال بارگذاری شده و جان عضو جوش شوند. این سخت کننده‌های عرضی می‌توانند به بال بارگذاری شده نیز جوش شود یا با رعایت الزامات بند ۱۰-۲-۹-۲-۲-ب-۸ جوش نشود.
سخت کننده‌ها باید دارای مقاومت موجود کافی حداقل برابر با اختلاف نیروی متمرکز کششی و مقاومت موجود متناظر با آن، در محل بارهای متمرکز (مطابق الزامات بخش ۱۰-۲-۹-۴-۱ ) باشد. جوش سخت کننده‌ها به بال نیز باید دارای مقاومت موجود کافی حداقل برابر با اختلاف نیروی متمرکز کششی و مقاومت موجود متناظر با آن باشد. جوش سخت کننده‌ها به جان باید دارای مقاومت موجود کافی حداقل برابر با اختلاف جبری نیروهای کششی در دو انتهای سخت کننده باشد.
در صورتی که مطابق بندهای ۱۰-۲-۹-۱۰-۲ الی ۱۰-۲-۹-۱۰-۵ نیاز به تعبیه سخت کننده‌های عرضی در مقابل نیروی متمرکز فشاری باشد، لازم است یک جفت سخت کننده عرضی تمام عمق در مقابل آن تعبیه شود که باید به هر دو بال و نیز به جان عضو جوش شوند. این سخت کننده‌ها باید به صورت یک ستون فرضی در برابر کل نیروی محوری فشاری، طراحی شوند. ارتفاع مؤثر ستون فرضی برابر 0.75h در نظر گرفته می‌شود که در آن h ارتفاع آزاد جان در فاصله بین دو بال است. مقطع ستون فرضی عبارت است از مقطع جفت سخت کننده به اضافه نواری از جان که پهنای آن برای سخت کننده‌های میانی برابر 25t _wو برای سخت کننده‌های انتهایی برابر 12t _wدر نظر گرفته می‌شود (t _wضخامت جان است). جوش سخت کننده‌ها به بال (یا بال‌ها) باید دارای مقاومت موجود کافی حداقل برابر با اختلاف نیروی متمرکز فشاری و مقاومت موجود متناظر با آن باشند. جوش سخت کننده‌ها به جان باید دارای مقاومت موجود کافی حداقل برابر با اختلاف جبری نیروهای فشاری در دو انتهای سخت کننده باشد. همچنین در سطوح تماس سخت کننده‌ها با بال مقطع عضو، کنترل تنش اتکایی الزامی است.
پهنای سخت کننده‌های عرضی و قطری به اضافه نصف ضخامت جان ستون نباید از یک سوم پهنای بال تیر یا ورق اتصال (که بار متمرکز را وارد می‌کند) کمتر باشد.
ضخامت سخت کننده‌های عرضی و قطری نباید از نصف ضخامت بال تیر یا ورق اتصال (که بار متمرکز را وارد می‌کند) کمتر باشد. همچنین نسبت عرض به ضخامت سخت کننده‌ها نباید از $0.56\sqrt{E/F_{y}}$ کمتر باشد.
ورق‌های سخت کننده عرضی باید تمام عمق باشند. به عبارت دیگر، ارتفاع ورق سخت کننده‌های عرضی باید مساوی ارتفاع آزاد جان (فاصله بین دو بال) باشد.

۹-۱۰-۹-۲-۱۰ الزامات تکمیلی برای ورق‌های تقویتی جان (ورق مضاعف) و سخت کننده‌های قطری در چشمه اتصال

در صورتی که در چشمه اتصال نیاز به ورق‌های تقویتی جان (ورق‌های مضاعف) یا سخت کننده‌های قطری باشد، رعایت الزامات زیر ضروری است :

در صورت استفاده از ورق‌های تقویتی جان (ورق‌های مضاعف) در چشمه اتصال، این ورقها و اتصالات آن‌ها باید دارای مقاومت موجود کافی حداقل برابر با اختلاف مقاومت برشی موردنیاز چشمه اتصال و مقاومت برشی موجود آن مطابق الزامات بند ۱۰-۲-۹-۱۰-۶ باشد. جوش ورق‌های مضاعف به بال و جان عضو و نیز به ورق‌های پیوستگی، باید دارای مقاومت موجود کافی حداقل برابر با نیروی سهم ورق مضاعف باشد.
در صورت استفاده از سخت کننده‌های قطری در چشمه اتصال این سخت کننده‌ها باید در هر دو طرف جان تعبیه شده و دارای مقاومت کششی موجود کافی (مطابق الزامات بخش ۱۰-۲-۳ ) و مقاومت فشاری موجود کافی (مطابق الزامات بخش ۱۰-۲-۴ ) حداقل برابر با تصویر اختلاف مقاومت موردنیاز چشمۀ اتصال و مقاومت موجود آن در امتداد سخت کننده‌های قطری باشد. جوش ورق سخت کننده‌های قطری به بال و جان عضو و به ورق‌های پیوستگی، باید دارای مقاومت موجود کافی حداقل برابر با نیروی سهم ورق مضاعف باشد.
در صورت تعبیه ورق‌های پیوستگی در جان مقطع عضو، ورق‌های مضاعف می‌توانند در محل ورق‌های پیوستگی قطع شده و به آن و بال‌های ستون جوش شوند. به جای آن، ورق‌های مضاعف می‌توانند از زیر ورق‌های پیوستگی عبور کرده و حداقل 150 میلی متر بعد از آن ادامه یافته و پیرامون آن به جان و بال ستون جوش شوند.
در صورت عدم تعبیه ورق‌های پیوستگی در جان مقطع عضو، ورق‌های مضاعف باید حداقل 150 میلی متر در بالا و پایین ناحیه چشمه اتصال ادامه یافته و پیرامون ورق مضاعف به جان و بال ستون جوش شوند.
تصویر
شکل ۱۰-۲-۹-۲۹: ورق‌های مضاعف و سخت کننده‌های قطری در چشمه اتصال

نظرات (0)

برای ثبت نظر، لطفا وارد شوید یا ثبت‌نام کنید.

در حال بارگذاری نظرات...