تیر لانه زنبوری – ادبیات و مبانی نظری

تیر لانه زنبوری

شکل 1-3 عبور تاسیسات از داخل تیر لانه زنبوری………………………………………………………………………………… 4

1-2 تاریخچهی تیرهای لانه زنبوری……………………………………………………………………………………………………… 4

1-3 کاربرد……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 4

1-4 پروسهی مساحت…………………………………………………………………………………………………………………………. 5

1-5 الگوی برش………………………………………………………………………………………………………………………………… 7

1-6  روشهای تحلیل الاستیک تیر لانه زنبوری…………………………………………………………………………………. 9

1-6-1 روشهای تقریبی دستی……………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 9

1-6-1-1 روش قیاس به تیر متعادل……………………………………………………………………………………………………………………………… 10

1-6-1-2 روش قیاس به خرپای ویرندیل……………………………………………………………………………………………………………………. 10

1-6-1-2-1 روش کامل…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 10

1-6-1-2-2 روش ساده شده ویرندیل……………………………………………………………………………………………………………………………………. 12

1-6-1-2 روش قیاس به تیر جان گسترده معادل…………………………………………………………………………………………………………. 16

1-6-1-3 قیاس به قاب…………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 19

1-6-2 روشهای تئوری الاستیسیته…………………………………………………………………………………………………………………………………. 21

1-6-2-1 روش تفاضلهای محدود………………………………………………………………………………………………………………………………… 21

1-6-2-2 روش تحلیل تنشها در جان با قیاس به گوهی معادل…………………………………………………………………………………… 22

1-6-3 روشهای اجزاء محدود…………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 22

1-6-3-1 تحلیل تنش واحدهای نمونه ایزوله شدهای از تیر با شرایط سر حدی مفروض……………………………………….. 22

1-6-3-2 تحلیل به روش پاره سازهها………………………………………………………………………………………………………………………….. 24

1-7 صور گسیختگی…………………………………………………………………………………………………………………………. 24

1-7-1 مکانیزم ویرندیل یا برشی………………………………………………………………………………………………………………………………………… 25

1-7-2 مکانیزم خمشی………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 26

1-7-3 گسیختگی برش جوش جان…………………………………………………………………………………………………………………………………… 26

1-7-4 ناپایداری تیر لانه زنبوری……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 27

1-7-4-1 کمانش پیچشی جانبی…………………………………………………………………………………………………………………………………… 28

1-7-4-2 کمانش موضعی……………………………………………………………………………………………………………………………………………… 29

1-7-4-2-1 کمانش جان تحت فشار مستقیم…………………………………………………………………………………………………………………………. 29

1-7-4-2-2 لهیدگی جان…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 29

1-7-4-2-3 کمانش جانبی پیچشی جان…………………………………………………………………………………………………………………………………. 29

1-7-4-2-4 کمانش ناحیهی جان تحت ترکیب فشار و برش صفحهای……………………………………………………………………………….. 30

1-7-4-2-5 کمانش گوشهی سوراخها……………………………………………………………………………………………………………………………………. 30

1-7-4-2-6 کمانش مقطع T شکل………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 31

1-7-4-2-6-1 کمانش موضعی بال یا مقطع T شکل تحت فشار…………………………………………………………………………………………. 31

1-7-4-2-6-2 کمانش خمشی پیچشی ناحیهی T شکل……………………………………………………………………………………………………….. 32

1-8 روشهای تحلیل پلاستیک تیر لانه زنبوری………………………………………………………………………………… 32

1-8-1 آنالیز بر مبنای مکانیزم ویرندیل………………………………………………………………………………………………………………………………. 32

1-8-2 آنالیز بر مبنای مکانیزم تسلیم برشی………………………………………………………………………………………………………………………… 33

1-9 رواداریها………………………………………………………………………………………………………………………………….. 35

2-1 قاب های مهاربند شده واگر………………………………………………………………………………………………………… 38

منابع تیر لانه زنبوری

 مقدمه تیر لانه زنبوری

در مناطقی که امکان دسترسی به پروفیل یا مقاطع نورد شده عمیق فولادی ممکن نیست، استفاده از تیر های لانه زنبوری در سازه های فولادی راه حلی اقتصادی و  متداول است. مزیت اصلی استفاده از این تیرها در مقایسه با تیرهای معمولی، افزایش مدول مقطع، بدون افزایش وزن است. مزیت دیگر تیرهای لانه زنبوری توانایی عبور تسهیلات برقی و مکانیکی و … از بین سوراخ­های تیر و در نتیجه­ی آن کاهش کلی ارتفاع کف تا کف می­باشد. قاب­های مهاربند شده واگرا سیستمی ترکیبی  از مزایای قاب های خمشی و قابهای مهاربندی همگرا می باشد (شکل1-1). اگر این قاب ها صحیح طراحی گردند هنگام زلزله  شدید ناحیه تیر پیوند مانند یک فیوز عمل کرده و از آسیب سایر اجزا جلوگیری می کند.

موضوع مورد تحقیق این مقاله این است که آیا می توان در طول تیر لانه زنبوری، تیر پیوند (فیوز) تعبیه یا مونتاژ کرد؟ بر اساس ضوابط موجود تیر پیوند از طرفی باید از نوع مقطع فشرده و بدون هیچ باز شویی باشد که مقاطع لانه زنبوری فشرده بشمار نمی آیند، از طرف دیگر به دلیل افزایش 5/1 برابری ارتفاع تیر معمولی ناپایداری های جان اجتناب ناپذیر می باشد. بنابر این استفاده از تیر های لانه زنبوری در قاب های واگرا از نظر ضوابط موجود نامعتبر است.

به نظر می رسد اگر بتوان تمهیداتی اندیشید که مسئله فشردگی مقطع مخصوصا ناپایداری جان را حل کرد شاید امکان استفاده از تیر های لانه زنبوری در قاب های مهاربندی واگر بویژه به عنوان تیر پیوند استفاده کرد. در ادامه با ارائه راه حل­هایی به حل این موضوع پرداخته می شود.

تاریخچه­ ی تیر لانه زنبوری

طبق گفته بویر (1964)، نام تیرک­های قلعه­ای از طرح سوراخ­های واقع در تیغه تیر گرفته شده است و به معنی ساخت همانند یک قلعه، داشتن برج، یا سوراخ­های معمولی در دیوار است. در کشور نویسندهة ایران، این تیرک­ها « لانه زنبوری» نامیده شده­اند که به معنی داشتن سوراخ­هایی با الگویی شبیه به خانه­ های کندوی عسل است[1].

کاربرد تجاری آن­ها در اندازه­های بزرگ پس از جنگ جهانی دوم آغاز شد و زمانی که تولید انبوه صنعتی با هزینه­ های ساخت نسبتا پایین مهم شد و صرفه­جویی در مصالح به­وسیله چنین روش­هایی مورد توجه قرار گرفت. در انگلیس، این پروسه اول توسط (1949) G.M.Boyd تشریح شد و توسط شرکت فولاد Appleby-Fordingham بصورت کارخانه­ای در یک شعبه از شرکت­های فولاد متحده تولید گردید. مراحل کار و تجهیزات Litzka نیز توسط شرکت Litzka stahlbu در آلمان ایجاد شد که امکان تولید انبوه اقتصادی در اندازه­های بزرگ را فراهم می­کرد به­طوری که اعوجاجها ناخواسته که در تولید ایجاد می­شد، را کاهش می­داد.

کاربرد

• الف) تیرهای قاب­های لنگرگیر و مهاربندی شده
• ب) تیرهای با مقاطع ظاهری یکنواخت یا متغیر در قاب­های صفحه­ای دارای تیرهای شیب­دار (قاب­های موسوم به سوله در کشورمان)
• ج) تیرهای شبکه­های تک لایه­ی فضاکار
• ط) تیرچه­ها و تیرهای مختلط در بتن
• ن) تیرهای طولی یا عرضی عرشه­­ی پل­ها (با کف مشبک فولادی یا به­صورت مختلط با بتن کف)
• و) اعضاء فشاری (ستون­ها) و اعضاء فشاری- خمشی (تیر- ستون­ها)
• ه) تیرهای ماشین آلات ساحتمانی

روش­های تحلیل الاستیک تیر لانه زنبوری

در این تحقیق حاضر در اکثر تحلیل­ها به منظور به­دست آوردن روابط مربوطه از روش ساده شده­ی قیاس به خرپای ویرندیل استفاده شده است. از آنجایی که این روش یکی از روش­های تحلیل الاستیک تیر لانه زنبوری می­باشد. لذا در این قسمت روش­های تحلیل الاستیک تیر لانه زنبوری را به­طور اجمالی و این روش را به­طور مفصل تشریح خواهیم کرد:

روش­های تقریبی دستی

این دسته از روش­ها روش­هایی هستند که می­توان در طراحی اولیه از آن­ها استفاده کرد و شامل روش­های قیاس به تیر متعادل، روش قیاس به خرپای ویرندیل، روش قیاس به تیر با جان گستره­ی معادل، روش قیاس به قاب می­باشد [4].

روش قیاس به تیر متعادل

در این روش قیاس به تیر فرض بر این است که حضور سوراخ­ها در رفتار کلی تیر تاثیر چندانی ندارد و تیر به صورت منشوری در نظر گرفته می­شود. به این ترتیب تنش­های نرمال خمشی مطابق نظریه­ی خمشی ساده و بر اساس ممان اینرسی معادل (متوسط ممان اینرسی تو پر و تو خالی) محاسبه می­گردد و تنش­های برشی در ناحیه­ی جان نیز با افزایش تنش­های برشی تیر منشوری با جان تو پر با ضرایب افزایشی برابر با نسبت فاصله مرکز تا مرکز سوراخ­های مجاور به طول جوش جان بدست می­آید. البته ابعاد دهانه در تیرهای لانه زنبوری مورد استفاده به گونه­ای هستند که اثرات تنش برشی در جان قابل توجه است.

ناپایداری تیر لانه زنبوری

به­طورکلی ناپایداری در تیر لانه زنبوری شامل دو قسمت می­باشد. کمانش جانبی پیچشی کلی تیر و کمانش موضعی، منظور از کمانش موضعی، کمانش اجزای تشکیل دهنده­ی آن است که شامل  [2]:

• کمانش ناحیه­ی جان تحت فشار خالص، تحت برش خالص و تحت ترکیب برش و فشار
• کمانش گوشه­ی سوراخ­ها
• کمانش مقطع tee شکل تحت فشار و تحت خمش و پیچش

جهت مشاهده نمونه های دیگر از ادبیات ، پیشینه تحقیق و مبانی نظری پایان نامه های مهندسی عمران کلیک کنید.

نمونه ای از منابع تیر لانه زنبوری :

• [1] SHAHROKH MALLEK., Finite Element Analysis of Modular Structures and The Behaviovur of castellated Beam, A thesis preseuted for the degree of Dactor of philosophy the university of Manchester, (1990).
• [2] Sevak Demirdjian., Stability of castellated Beams, McGiII university Montreal, Canada, March (1999).
• [3] H. Diamond., Methods of making structural beams, (1962).
• [4] مالک ش، گسترش معرفت زمان درباره­ی تیرهای لانه زنبوری/ مجموعه مقالات پنجمین کنفرانس بین المللی عمران، دانشگاه فردوسی مشهد (1378).
• [5] Blodgett OW., Design of welded structures, James F. Lincolu Arc Welding Foundation, (1969).
•  [6]Altfilliscg MD, Cooke BR and Toprac A., An Investigation of Welded Open-Web Expanded beams, Journal of American Welding Society, Welding Research Supplement 77s-88s, (1957).
• [7] Halleu P., Limit analysis of castellated steel beams, Acier-Stahl-Steel 325, 133-144, (1967).
• [8] Gulambos T., Bracing of Tussed bearms, Is Your Structure Suitably Braced, Structural Stability Research Council Conference, April pp39-49 (1993).
• [9] Eurocode 3, Design of steel strucures, Annex N.
•  [10] مبحث دهم مقررات ملی- پیوست الف
• [11] سیرانی، روش­های تحلیل و طراحی تیر لانه زنبوری، سمینار کارشناسی ارشد، دانشکده فنی، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان (1390).
• 12- کریمی، محمد سعید، لطیفی شاهاندشتی، امیر حسین،(1390) ” بررسی لرزه ای قابهای مهاربندی خارح از مرکز با تیر پیوند جفت”،ششمین کنگره ملی مهندسی عمران
• 13-1-Popov, Engelhardt  and Michael, 1988. “Seismic Eccentrically Braced  Frams, ” Department of Civil Engineering, Berkeley ,California, V10, pp. 321-354.
• 14- مقررات ملی ساختمان مبحث (مبحث دهم: طرح واجرای ساختمان های فولادی)، 1392.
• 15- Dusicka, P., Itani, A. M. and Buckle, I. G. (2004). “Evaluation of Conventional and Specialty Steels in Shear Link Hysteretic Energy Dissipaters.” Proceedings of the 13th World Conference on Earthquake Engineering, Vancouver B.C., Canada.
• 16- Dusicka, P. and Itani, A. M.  (2002). “Behavior of Built-Up Shear Links Under Large Cyclic Deformations.” Proceedings of  the 2002 Annual Meeting of  the Structural Stability Research Council, Structural Stability Research Council, Gainesville, FL.
• 17-…
• 18-…