مهار جانبی تیرهای فولادی (Beam Bracing): راهنمای کامل به همراه مثال

فهرست طراحی مهار جانبی تیر های فولادی :

مقدمه:
چه زمانی تیر نیاز به مهار جانبی دارد
الزامات عمومی مهار جانبی تیر (قوانین پایه)
انواع مهار جانبی تیر ها:
مهار تیر ها در مبحث دهم مقررات ملی
دیتیل مهار جانبی تیر
مثال طراحی مهار جانبی تیر
آیا به مهار جانبی تیر نیاز داریم؟
گام اول بدست اوردن سختی موردنیاز بدون در نظر گرفتن سخت کننده
گام دوم محاسبه ی ابعاد سخت کننده
- بدست اوردن رابطه ی تقریبی برای بدست اوردن عرض سخت کننده:
- محاسبه ی سخت کننده
طراحی اتصال مهاربند به صفحه مدفون
طراحی جوش (اتصال مهاربند به صفحه مدفون) :
طراحی صفحه مدفون (Embedded Plate)
طراحی انکر (گل‌میخ)

مقدمه:

تیرهای فولادی، این اعضای به ظاهر ساده، رفتارهای پیچیده‌ای از خود نشان می‌دهند. یک تیر بلند و مهارنشده، مدت‌ها قبل از اینکه به ظرفیت نهایی خمشی خود برسد، ممکن است دچار یک ناپایداری ویرانگر به نام "کمانش جانبی-پیچشی" (Lateral-Torsional Buckling - LTB) شود. در این پدیده، بال فشاری تیر به صورت جانبی کمانه کرده و باعث پیچش کل مقطع می‌شود.

برای جلوگیری از این شکست زودهنگام و استفاده از تمام ظرفیت یک مقطع فولادی، ما از مهاربند (Bracing) استفاده می‌کنیم. مهاربند، سیستم پشتیبانی است که با محدود کردن حرکات جانبی و پیچشی، به تیر اجازه می‌دهد تا به حداکثر مقاومت خمشی خود برسد. این مقاله به صورت جامع، انواع، الزامات و فرمول‌های طراحی مهاربندی تیر را بر اساس پیوست ۶ آیین‌نامه معتبر AISC 360 تشریح می‌کند.

چه زمانی تیر نیاز به مهار جانبی دارد

بر اساس این بند اگر فاصله بین مهار های جانبی تیر از مقدار Lb بیشتر باشد نیاز به مهار جانبی داریم در صورت عدم طراحی مهار جانبی، تیر قبل از اینکه به ظرفیت نهایی خمشی خود برسد تحت کمانش حول محوز ضعیف تر تسلیم میشود که منجر به شکست ترد تیر خواهد شد.

الزامات عمومی مهار جانبی تیر (قوانین پایه)

قبل از ورود به جزئیات، آیین‌نامه AISC چند قانون کلی و بسیار مهم را برای مهار تیرها مشخص می‌کند:

مهار در تکیه‌گاه‌ها: تمام تیرها باید در نقاط تکیه‌گاهی خود به طور کامل در برابر دوران حول محور طولی (پیچش) مهار شوند.
الزام نقاط مهار میانی: اگر در محاسبات طراحی، شما طول مهارنشده (L_b) را کمتر از طول واقعی تیر و برابر با فاصله بین چند نقطه فرضی در نظر گرفته‌اید، ملزم هستید که در آن نقاط، مهاربندی واقعی با مقاومت و سختی کافی (طبق این آیین‌نامه) تعبیه کنید.
دام نقطه عطف (Inflection Point): در تیرهایی که تحت خمش دو انحنائی هستند، نقطه عطف (جایی که لنگر خمشی صفر می‌شود) به هیچ وجه نباید به عنوان یک نقطه مهار طبیعی در نظر گرفته شود، مگر اینکه دقیقاً در همان نقطه یک مهاربند فیزیکی نصب شده باشد.

انواع مهار جانبی تیر ها:

مهار جانبی تیر ها(Lateral Bracing)

این نوع مهار جانبی مستقیماً جلوی حرکت جانبی بال فشاری را می‌گیرد، جایی که کمانش از آنجا آغاز می‌شود.

مهار جانبی می‌تواند به دو صورت پانلی (نسبی) یا نقطه‌ای باشد.

مهار جانبی - نقطه‌ای تیر های فولادی (Point Brace)

متن آیین نامه AISC 360 می‌گوید:

A point brace (formerly referred to as a nodal brace) controls the movement at the braced point without direct interaction with adjacent braced points.

ترجمه و توضیح: مهار نقطه‌ای (که قبلاً مهار گره‌ای یا Nodal Brace نامیده می‌شد)، حرکت جانبی یک نقطه مشخص از عضو (تیر یا ستون) را کنترل می‌کند. این نوع مهار، آن نقطه را در فضا ثابت نگه می‌دارد و سختی آن به نقاط مهاربندی مجاور بستگی ندارد.

به زبان ساده: مانند این است که شما یک نقطه از یک تیر یا ستون را با یک عضو فشاری-کششی به یک نقطه کاملاً ثابت و صلب (مانند فونداسیون، دیوار برشی یا یک ستون بسیار صلب دیگر) متصل کنید. عملکرد آن مطلق است و یک نقطه را "میخکوب" می‌کند

محاسبات :

Lbr = طول بدون مهاربندی مجاور به مهاربند نقطه‌ای، اینچ (میلی‌متر)

Mr = توجه شود که مطابق مبحث دهم مقررات ملی در بند 10-3-2-8-1 قسمت مهار های جانبی در اعضای یا شکل پذیری متوسط این مقدار را برابر Ry*Fy*Z در نظر میگیریم

مهار جانبی - نسبی یا پانلی (Panel Brace / Relative Brace)

متن می‌گوید:

A panel brace (formerly referred to as a relative brace) controls the angular deviation of a segment of the braced member between braced points (that is, the lateral displacement of one end of the segment relative to the other).

ترجمه و توضیح: مهار پانلی یا مهار نسبی، جابجایی جانبی یک انتهای یک قطعه از عضو را نسبت به انتهای دیگر همان قطعه کنترل می‌کند.

این مهار، کل سیستم را در فضا ثابت نمی‌کند، بلکه فاصله و موقعیت نسبی بین دو نقطه مهاربندی شده را حفظ می‌کند.

به زبان ساده: تیرهای فرعی متصل به تیر اصلی، یا یک پانل برشی متصل به تیر.

محاسبات :

که پارامتر ها به صورت زیر میباشد:

Lbr = طول بدون مهاربندی مجاور به مهاربند نقطه‌ای، اینچ (میلی‌متر)

Mr = Ry*Fy*Z

مهار پیچشی (Torsional Bracing)

این نوع مهار جانبی تیر، به جای جلوگیری از حرکت جانبی، مستقیماً جلوی پیچش و دوران کل مقطع را می‌گیرد.

مهاربندی پیچشی نقطه‌ای (Nodal Torsional Brace)

متن می‌گوید:

[Bracing shall be provided] to prevent the relative displacement of the top and bottom flanges (i.e., to prevent twist). ... It is permitted to attach torsional bracing at any cross-section location, and it need not be attached near the compression flange.

ترجمه و توضیح: مهار پیچشی برای جلوگیری از جابجایی نسبی بال بالا و پایین تیر (یعنی جلوگیری از پیچش مقطع) فراهم می‌شود. این نوع مهار نیازی ندارد که حتماً به بال فشاری متصل شود و می‌تواند در هر جای مقطع نصب شود.

به زبان ساده: این مهار، مقطع تیر را از چرخیدن حول محور طولی خودش باز می‌دارد.

مثال‌ها:

مهار نقطه‌ای پیچشی: از مثال های مهار نقطه ای پیچشی میتوان به قاب‌های ضربدری (Cross Frames) بین دو تیر، یا اتصال یک تیر فرعی با اتصال خمشی (صلب) به تیر اصلی و یا اتصال بال پایینی تیر به صفحه جاسازی شده در دال بتنی اشاره کرد.

محاسبات

که پارامتر ها به صورت زیر میباشد:

E = مدول الاستیسیته فولاد
Iyeff = ممان اینرسی مؤثر خارج از صفحه

I_{yeff} = I_{yc} + \left(\frac{t}{c}\right) I_{yt}

Iyc =ممان اینرسی بال فشاری حول محور y،
Iyt = ممان اینرسی بال کششی حول محور y
L = طول دهانه
Mr = مقاومت خمشی مورد نیاز = Ry*Fy*Z
bs = عرض سخت‌کننده (stiffener) در حالت یک‌طرفه،
= دو برابر عرض هر سخت‌کننده، در حالتی که سخت‌کننده‌ها به صورت جفتی استفاده شوند
tst = ضخامت سخت کننده

مهار تیر فولادی پیچشی پیوسته (Continuous Torsional Brace)

این حالت معمولاً توسط دال بتنی یا عرشه فلزی که به صورت پیوسته به بال تیر متصل شده‌اند، تأمین می‌شود. الزامات مقاومت و سختی برای این حالت به صورت "بر واحد طول" تعریف می‌شوند.

مثال : مانند دال بتنی یا عرشه فلزی که به صورت پیوسته روی بال بالای تیر قرار گرفته و به آن متصل است.

مهار تیر ها در مبحث دهم مقررات ملی

مبحث دهم مقررات ملی در بند 10-3-2-8-1 به مهار های جانبی در اعضا با شکل پذیری متوسط و همچنین در بند 10-3-2-8-2 به بررسی مهار های جانبی در اعضا با شکل پذیری زیاد میپردازد.

در بند ب این بخش امده است که در تیر های فولادی با دال بتنی متکی بر ان در محدوده ای که بین دال بتنی و تیر فولادی برشگیر موردنیاز تعبیه شود بال فوقانی تیر مهار شده محسوب میشود.

از طرفی در بند الف این بخش الزام میکند که هر دوبال تیر باید به صورت جانبی یا مقطع تیر از طریق مهار پیچشی نقطه ای مهار شود.

در نتیجه حتی در صورتی که در پروژه برش گیر مناسب تعبیه شود و بال بالایی مهار شود باز هم طبق ایین نامه لازم است بال پایینی تیر را مهار کنیم اگر دهانه ی ازاد تیر بیش از Lb شود.

که این مهار جانبی یا باید از طریق مهار جانبی نقطه ای یا از طریق مهار پیچشی تامین شود.

دیتیل مهار جانبی تیر

مثال طراحی مهار جانبی تیر

تیری با طول 7.5 متر با مشخصات مقطع زیر را در نظر بگیرید:

\textbf{Cross-section properties:} \\ \begin{gather*}\text{Flange width: } & \\ W_f = 180 \text{ mm} \\ \text{Flange thickness: } & \\ t_f = 13.5 \text{ mm} \\ \text{Overall height: } & \\d = 400 \text{ mm} \\ \text{Web thickness: } & \\t_w = 8.6 \text{ mm} \\ \text{radius of gyration about the weak axis: } & \\ry = 0.03949\text{ m} \\\text{Distance between flange centroids: } & \\h_0 = 393.25 \text{ mm} \end{gather*}

آیا به مهار جانبی تیر نیاز داریم؟

از انجایی که سقف پروژه عرشه فولادی است و برش گیر ها به اندازه کافی در نظر گرفته شده است در نتیجه بال بالایی مهار شده در نظر گرفته میشود

اما مهار پایینی باید مهار شود

\begin{gather*} \text{Top flange is laterally restrained due to steel deck and shear studs.} \\[1mm] \text{Bottom flange needs lateral restraint.} \\[2mm] L_b = \frac{0.17 \, r_y \, E}{R_y \, F_y} \\[2mm] \text{For the weakest beam section (except PLG 400 on roof):} \\[1mm] L_b = \frac{0.017 \cdot 0.03949 \cdot 200000}{1.15 \cdot 240} \\ L_b = 0.48 \text{ m} \\[2mm] \text{For a 7.5 m span, if restrained 2 m from each end:} \\[1mm] \text{spacing} = 7.5 - 2 - 2 = 3.5 \text{ m } < L_b \quad \text{(acceptable)} \end{gather*}

درنتیجه تیری که به طول 7.5 متر هستند اگر به فاصله 2 متر از دو وجه انتهایی تیر، تیر را مهار کنیم در این صورت این مقدار کمتر از Lb خواهد بود یا اینکه میتوانیم وسط دهانه را مهار کنیم.

\begin{gather*} \textbf{Material properties:} \\ F_y &= 240 \text{ MPa} \\ F_u &= 200000 \text{ MPa} \end{gather*}

تعداد مهار جانبی در طول تیر را برابر دو در نظر میگیریم : n=2 :

\textbf{Design assumptions:}\\ \begin{align*} \text{Beam span: } & L = 7.5 \text{ m} \\ \text{Number of lateral braces per span: } & n = 2 \text{ (at both ends)} \end{align*}

گام اول بدست اوردن سختی موردنیاز بدون در نظر گرفتن سخت کننده

ممان اینرسی موثر حول محور ضعیف :
چون مقطع متقارن است Iyeff = Iy ممان اینرسی حول محور ضعیف تقریبا برابر ممان اینرسی دو بال است:

I_y = \frac{2 \, t_f \, W_f^3}{12} = 13{,}122{,}000 \; \text{ mm}^4

محاسبه ی مقاومت خمشی مورد نیاز مهاربند

\begin{align*} M_{br} &= 0.02 \times M_u \\ &= 0.02 \times 360.7 \times 10^6 \\ &= 7.21 \times 10^6 \text{ N·m} \\ &= 7.21 \; \text{kN·m} \end{align*}

محاسبه سختی اعوجاجی جان:

\begin{align*} \beta_{sec} &= \frac{3.3E}{h_0} \left( 1.5h_0 \ast \frac{t_w^3}{12} \right) \\ &= 3.3 \ast \frac{200000}{393.25} \left( 1.5 \ast h_0 \ast \frac{t_w^3}{12} \right) \\ &= 1678 \ast 31335 \\ &= 52.58 \times 10^6 \; N \cdot mm / rad \end{align*}

محاسبه سختی ایده ال مورد نیاز سیستم

این پارامتر نشان میدهد که برای جلوگیری کامل از کمانش تیر به چه سختی ایده الی نیاز داریم برای سادگی محاسبه و به صورت محافظه کارانه مقدار Cb را یک فرض کردیم

محاسبه ی سختی نهایی :

\begin{align*} \beta_T &= \frac{(1/\phi)\, 2.4 L}{n\,E\,I_{y,eff}} \left(\frac{M_u}{C_b}\right)^2 \\ &= \frac{(1/0.75)\, 2.4 \times 7500}{2 \times 200000 \times 13{,}122{,}000} \left(\frac{360.7 \times 10^6}{1}\right)^2 \\ &\approx 5.95 \times 10^8 \; \text{N·mm/rad} \\ &\approx 594 \times 10^6 \; \text{N·mm/rad} \end{align*}

همانطور که مشاهده میشود سختی ایده ال مورد نیاز B_T بیشتر از سختی ذاتی خود جان B_sec مباشد و در اینصورت سختی نهایی منفی به دست می آید :

\begin{align*} b_r &= \frac{\beta_T}{1 - \beta_T / \beta_{sec}} \\ &= \frac{594 \times 10^6}{1 - \tfrac{594}{52.58}} \\ &= -57.6 \times 10^6 \end{align*}

در نیتجه به سخت کننده نیاز داریم.

گام دوم محاسبه ی ابعاد سخت کننده

بدست اوردن رابطه ی تقریبی برای بدست اوردن عرض سخت کننده:

هدف اصلی این است که اطمینان حاصل شود سختی جان به همراه سخت‌کننده‌ها (βsec) بیشتر از سختی ایده‌آل مورد نیاز سیستم (βT) باشد:

βsec>βT

اگر فرمول βsec را بسط دهیم، مؤلفه اصلی و تأثیرگذارترین آن مربوط به خودِ سخت‌کننده است، یعنی:

\frac{t_{st} \, b_s^3}{12}

به عنوان یک تقریب اولیه خوب، می‌توان از سهم سختیِ خودِ جان صرف‌نظر کرد و نوشت:

B_T = \frac{3.3E}{h_0} \left( \frac{t_{st} \, b_s^3}{12} \right)

حال از رابطه بالا میتوانیم حداقل عرض سخت کننده را به طور تقریبی بدست بیاوریم

b_s^3 = \frac{12 \, h_0 \, B_T}{3.3 \, E \, t_{st}}

محاسبه ی سخت کننده

ضخامت سخت کننده را برابر ضخامت جان در نظر میگیریم و با توجه به روابط بالا عرض سخت کننده را برابر با 80 میلیمتر برای هر طرف در نظر میگیریم توجه داریم که در صورتی که دو طرف جان سخت کننده گذاشته شود bs برابر میشود با دو برابر عرض سخت کننده

t_{st} = 8 \, \text{mm}, \quad b_s = 160 \, \text{mm}

در نتیجه داریم:

حال به محاسبه ی Bsec میپردازیم :

\begin{align*} \beta_{sec} &= \frac{3.3E}{h_0} \left( 1.5 h_0 \frac{t_w^3}{12} + \frac{t_{st} b_s^3}{12} \right) \\ B_{sec} &= \frac{3.3 \times 200000}{393.25} \left( \frac{1.5 \times 393.25 \times 8.6^3}{12} + \frac{8 \times 160^3}{12} \right) \\ &= 1678 \times (31335 + 2730667) \\ &= 1678 \times 2762002 \\ &= 4.635 \times 10^9 \; N \cdot mm / rad \end{align*}

در نتیجه :

B_{br} = \frac{B_T}{1 - B_T / B_{sec}} = \frac{594 \times 10^6}{1 - \tfrac{594}{4635}} = 681 \times 10^6 \; N \cdot mm / rad

نتایج نهایی :

M_{br} = 7.21 \, \text{kN·m}, \quad B_{br} = 681 \times 10^6 \, N \cdot mm / rad, \quad t_{st} = 8 \, mm, \quad b_s = 160 \, mm

طراحی اتصال مهاربند به صفحه مدفون

هدف: انتقال ایمنِ نیروی مهاربند (Pu=18.33kN) از بال پایینی تیر اصلی به دیافراگم صلب دال بتنی.

مسیر انتقال بار عضو مهاربندی ⟶ جوش ⟶ صفحه مدفون ⟶ انکرها (گل‌میخ‌ها) ⟶ دال بتنی

باید اطمینان حاصل کرد که هیچ حلقه‌ای در این زنجیره ضعیف‌تر از نیروی طراحی نباشد.

P_u = \frac{M_{br}}{h_0} = \frac{7.21}{393.25 \times 10^{-3}} = 18.33 \, \text{kN}

طراحی عضو مهاربندی

نیرو:

P_u = 18.33 \, \text{kN} = 18000 \, N

این نیرو می‌تواند کششی یا فشاری باشد

محاسبه ی طول مهاربند:
یک مهاربند قطری (kicker brace)، وتر یک مثلث قائم‌الزاویه را تشکیل می‌دهد. برای محاسبه طول آن، به ابعاد دو ضلع دیگر (قائم و افقی) نیاز داریم.

گام ۱: تعیین ضلع قائم مثلث (Δy)

نقطه شروع: محل اتصال مهاربند به بال پایینی تیر اصلی.
نقطه پایان: محل اتصال مهاربند به صفحه مدفون در دال.

این فاصله قائم تقریباً برابر با عمق تیر اصلی است. در این مثال:

d = 400 \, mm \quad \Rightarrow \quad \Delta y \approx d = 400 \, mm

گام ۲: تعیین ضلع افقی مثلث (Δx)

این فاصله به تصمیمات طراحی بستگی دارد—به‌ویژه محل قرارگیری صفحه مدفون در دال که زاویه مهاربند را مشخص می‌کند.

انتخاب زاویه: یک زاویه رایج و کارآمد برای این نوع مهاربندها ۴۵ درجه است که هم در کشش و هم در فشار عملکرد خوبی دارد.

برای نصب با زاویه ۴۵ درجه:

Δx=Δy=400mm

در پروژه‌های واقعی، این فاصله ممکن است به دلیل تداخل (clash) با سایر المان‌ها تغییر کند، که این امر زاویه را نیز تغییر می‌دهد

گام ۳: محاسبه طول مهاربند (L)

با استفاده از قضیه فیثاغورس:

\begin{align*} L &= \sqrt{(400^2 + 400^2)} \\ &= 400 \sqrt{2} \\ &= 566 \, mm \approx 600 \, mm \end{align*}

ضریب طول مؤثر:

برای مهاربندهایی که در هر دو انتها پیچ یا جوش شده‌اند، فرض کردن شرایط اتکایی مفصلی (pinned/hinged) امری رایج و محافظه‌کارانه است:

K = 1

انتخاب یک مقطع آزمایشی

طراحی یک فرآیند تکراری است: یک مقطع آزمایشی انتخاب کرده و آن را کنترل کنید.

برای نیروهای نسبتاً کوچک، یک مقطع نبشی تکی گزینه مناسبی است.

مقطع آزمایشی : L40×40×4

کنترل مقاومت فشاری (ϕcPn≥Pu)

مشخصات مقطع بر اساس جداول فولادی برای مقطع L40×40×4

A = 306 \, mm^2, \quad r_{min} = 12 \, mm

نسبت لاغری:

\frac{KL}{r} = \frac{1.0 \times 600}{12} = 50 < 200 \quad \Rightarrow \; \text{OK}

تنش اولر (Fe):

F_e = \frac{\pi^2 E}{(KL/r)^2} = 788 \, \text{MPa}

تنش بحرانی (Fcr):

F_{cr} = 0.877 \, F_e = 0.877 \times 788 = 691 \, \text{MPa}

مقاومت فشاری اسمی

P_n = F_{cr} \times A = 691 \times 306 = 211 \, \text{kN}

مقاومت فشاری طراحی (ϕcPn):

cP_n = 0.9 \times 211 \, \text{kN} = 190 \, \text{kN} \quad > \; 18.33 \, \text{kN}

کنترل مقاومت کششی

تسلیم مقطع کلی:

\phi_t P_n = 0.9 \times F_y \times A_g = 0.9 \times 240 \times 306 = 66096 \, N = 66 \, kN

66 \, \text{kN} > 18.33 \, \text{kN} \quad \Rightarrow \; \text{OK}

طراحی جوش (اتصال مهاربند به صفحه مدفون):

نبشی L40×40×4 به صفحه مدفون جوش داده می‌شود.

نیروی مورد نیاز برای انتقال: Pu = 18.33 KN

بعد جوش (a):

با توجه به ضخامت 4 میلی‌متری نبشی، استفاده از جوش گوشه به بعد 3 میلی‌متر یک انتخاب منطقی است.

طراحی مقاومت جوش گوشه

مقطع مؤثر جوش – "گلوگاه مؤثر"
جوش گوشه را می‌توان به شکل یک مثلث قائم‌الزاویه متساوی‌الساقین در نظر گرفت.
اندازه جوش (ساق مثلث): a
گلوگاه مؤثر (ارتفاع مثلث): te

ضلع مؤثر که ضعیف‌ترین بخش جوش است برابر است با:

te = a \cdot \sin 45^\circ = a \cdot 0.707

مساحت مؤثر جوش در واحد طول (هر میلی‌متر طول):

A_w = te \cdot 1 \text{ mm} = a \cdot 0.707

مقاومت اسمی الکترود جوش

جوش با الکترود رایج E70 اجرا شده است.
مقاومت کششی اسمی الکترود:

70 \text{ Ksi} = 485 \text{ MPa}

مقاومت برشی جوش:

F_v = 0.60 \cdot F_{E70} = 0.6 \cdot 485 = 291 \text{ MPa}

محاسبه مقاومت طراحی در واحد طول

R_n = F_v \cdot te = 0.6 \cdot F_{E70} \cdot 0.707 a

مقاومت طراحی

\begin{align*} \phi R_n &= 0.75 \cdot 0.60 \cdot F_{E70} \cdot 0.707 a \\ &= 0.75 \cdot 0.6 \cdot 485 \cdot 0.707 \cdot 3 \\ &= 0.75 \cdot 617 \\ &= 462 \text{ N/mm} \end{align*}

طول جوش مورد نیاز:

\begin{align*} L_w &= \frac{P_u}{\phi R_n} \\ &= \frac{18330}{462} \\ &= 39.67 \text{ mm} \\ &\approx 40 \text{ mm} \end{align*}

طراحی صفحه مدفون (Embedded Plate)

ضخامت صفحه (tp): باید در برابر خمش موضعی مقاومت کرده و بستر مناسبی برای جوشکاری فراهم کند.

ضخامت ۱۰ میلی‌متر در نظر گرفته می‌شود.

ابعاد صفحه (Lp×Wp): باید فضای کافی برای طول جوش و جانمایی انکرها با رعایت فواصل لبه مناسب را فراهم کند.

صفحه‌ای به ابعاد ۱۵۰ × ۱۵۰ میلی‌متر به عنوان یک انتخاب عملی در نظر گرفته می‌شود.

طراحی انکر (گل‌میخ)

انکرها نیرو را از صفحه فولادی به دال بتنی منتقل می‌کنند. این انکرها معمولاً به صورت گل‌میخ‌های کله‌دار (headed studs) هستند که به پشت صفحه مدفون جوش داده می‌شوند.

تجزیه نیرو از آنجایی که مهاربند قطری است، نیروی آن به دو مؤلفه تجزیه می‌شود:

نیروی برشی:

\begin{align*} V_u &= P_u \cdot \cos 45^\circ \\ &= 18.33 \cdot 0.707 \\ &\approx 12.96 \text{ kN} \end{align*}

نیروی کششی:

\begin{align*} T_u &= P_u \cdot \sin 45^\circ \\ &= 18.33 \cdot 0.707 \\ &\approx 12.96 \text{ kN} \end{align*}

بنابراین، انکرها باید در برابر هر دو نیروی برشی و کششی مقاومت کنند.

حالت‌های شکست قابل کنترل (طبق آیین‌نامه ACI 318 پیوست D یا کدهای مشابه مانند مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ایران):

مقاومت فولادی انکر: (گسیختگی کششی یا شکست برشی گل‌میخ).
شکست مخروطی بتن (کشش): بیرون کشیده شدن یک حجم مخروطی از بتن.
شکست لبه بتن (برش): ترک خوردن نزدیک لبه دال در صورتی که انکرها خیلی به لبه نزدیک باشند.
شکست بیرون‌کشیدگی (Pryout) بتن: اندرکنش ترکیبی برش و کشش.

انتخاب عملی

برای نیروهای نسبتاً کوچک (حدود ۱۳ کیلونیوتن برش و ۱۳ کیلونیوتن کشش):

معمولاً ۲ تا ۴ عدد گل‌میخ کله‌دار (مثلاً به قطر ۱۶ تا ۱۹ میلی‌متر و طول ۱۰۰ تا ۱۲۵ میلی‌متر) کافی هستند.
تعداد و فاصله دقیق انکرها باید بر اساس روابط آیین‌نامه‌ای برای حالت‌های شکست فوق کنترل گردد.

وبلاگ