انواع اتصالات سازه های فولادی بر اساس توزیع نیروهای داخلی

انواع اتصالات سازه های فولادی بر اساس توزیع نیروهای داخلی کدام هستند؟
یکی از مهم ترین ملاحظات در حین طراحی اتصالات سازه های فولادی، انتخاب نوع اتصالات بر اساس نحوه توزیع مورد انتظار نیروهای داخلی است.

بر اساس بار اصلی وارد شده، اتصالات سازه های فولادی به انواع خمشی (صلب)، برشی (نیمه صلب) و محوری تقسیم بندی می شوند.

به این ترتیب، انتظار می رود اتصالات انتخاب شده توانایی تحمل دو یا چند مورد از این بارها را داشته باشند. در ادامه، به معرفی اتصالات خمشی، برشی و محوری می پردازیم.

اتصالات خمشی در سازه های فولادی یا اتصالات صلب در سازه های فولادی:
اتصالات خمشی در سازه های فولادی، اتصالاتی هستند که اجازه انتقال نیروهای گشتاور خمشی بین ستون و تیر (یا هر جفت عضو سازه ای دیگر) را فراهم می کنند.

در صورت وجود گشتاور داخلی در یک عضو فرعی (مانند تیر فرعی)، اتصالات باید قادر به انتقال آن گشتاور باشند.

با وجود تحمل بارهای گشتاوری، مقاومت در برابر بارهای برشی و محوری نیز در طراحی این نوع از اتصالات در نظر گرفته می شود. به همین دلیل، به آن ها اتصالات صلب یا اتصالات گیردار نیز می گویند.

اتصالات خمشی صلبیت و مقاومت بیشتری نسبت به اتصالات برشی دارند. با این وجود، به دلیل استفاده از مصالح بیشتر در نصب این اتصالات، هزینه آن ها به مراتب بیشتر از اتصالات دیگر خواهد بود.

بنابراین برای به حداقل رساند هزینه ها، معمولا فقط از یک یا دو اتصال خمشی در سازه های فولادی استفاده می شود.

انواع اتصالات خمشی را می توان به اتصالات جوشکاری شده، فلنجی و صفحه انتهایی تقسیم کرد. در ادامه، به معرفی هر یک از این موارد می پردازیم.

اتصالات جوشکاری شده در سازه های فولادی:
اتصالات جوشکاری شده در سازه های فولادی باعث ایجاد یک پیوند مستحکم و صلب در تمام جهات می شوند.

با جوش دادن یک ورق بین ستون و تیر (جوشکاری گوشه ها)، محدودیت کاملی در جابه جایی و دوران عضوها به وجود می آید. به این ترتیب، یک اتصال خمشی شکل می گیرد.

اتصالات فلنجی در سازه های فولادی:
اتصال فلنجی، بال ستون را به جان تیر مجاور وصل می کند. به منظور ایجاد یک اتصال صلب، صفحه یا ورق توسط پیچ یا جوش به جان تیر متصل می شود. در تصویر زیر، نمونه ای از یک اتصال فلنجی نمایش داده شده است.

در این تصویر، دو ورق (زرد) با استفاده از پیچ به بال های تیر و جان ستون وصل شده اند. در صورت خمش تیر، نیروهای گشتاور به اتصالات منتقل می شوند.

اتصالات صفحه ای در سازه های فولادی:
اتصال صفحه ای، گشتاور اعمال شده را با کمک یک صفحه صلب (پیچ کاری یا جوشکاری شده) بین عضوهای درگیر توزیع می کند.

تصویر زیر، نمونه ای از کاربرد اتصالات صفحه ای در سازه های فولادی است. در صورت اعمال خمش بر روی ستون، مولفه های گشتاور توسط ورق های زرد رنگ به تیر منتقل می شوند.

اتصالات برشی در سازه های فولادی یا اتصالات نیمه صلب در سازه های فولادی:
اتصالات برشی در سازه های فولادی، اتصالاتی هستند که امکان انتقال نیروی برشی بین دو عضو سازه را فراهم می کنند.

بنابراین، در صورت وجود نیروهای برشی در یک عضو فرعی (مانند تیر فرعی)، این نیروها به عضو اصلی (مانند ستون) انتقال داده می شوند.

به طور کلی، اتصالات برشی مانند یک مفصل (پین) عمل می کنند و بر خلاف اتصالات خمشی، عکس العملی زیادی در برابر نیروی گشتاور از خود نشان نمی دهند.

اتصالات برشی، متداول ترین نوع اتصالات سازه های فولادی هستند که با عناوین مختلفی نظیر اتصالات نیمه صلب، اتصالات ساده، اتصالات نیمه گیردار یا اتصالات مفصلی نیز شناخته می شوند.

اتصالات نبشی در سازه های فولادی:
در اتصال نبشی، از چند لچکی L شکل (قطعات مثلثی شکل) برای نگهداشتن عضوهای اصلی و فرعی در کنار یکدیگر استفاده می شود.

در این اتصالات می توان از یک لچکی در یک سمت یا دو لچکی در هر دو سمت عضوها استفاده کرد. با به کارگیری دو لچکی (اتصال دو نبشی)، صلبیت اتصال افزایش می یابد. به علاوه، مقاومت اتصال در برابر نیرهای برشی نیز بیشتر می شود.

اتصالات نبشی برای اتصال بال یک عضو به جان عضو دیگر مورد استفاده قرار می گیرند. رایج ترین پیکربندی اتصالات نبشی، پیچ کاری دو لچکی در دو طرف عضوهای درگیر است. استفاده از پیچ در این حالت، هزینه ها را کاهش می دهد.

اتصالات صفحه ای یا اتصالات تک ورق در سازه های فولادی:
در اتصالات صفحه ای یا تک ورق نیز مانند اتصالات نبشی، از یک ورق برای کنار هم نگهداشتن دو عضو سازه استفاده می شود.

برای اتصال این ورق به عضو فرعی می توان از پیچ کاری یا جوشکاری استفاده کرد. با این وجود، اتصال ورق به عضو اصلی حتما باید از طریق جوشکاری صورت گیرد. به همین دلیل، هزینه اتصالات صفحه ای از اتصالات نبشی بیشتر است.

اتصالات نشیمن در سازه های فولادی:
در اتصال نشیمن یا نبشی نشیمن، از چند لچکی L شکل برای اتصال عضوهای اصلی و فرعی به یکدیگر استفاده می شود.

تفاوت این اتصالات با اتصالات نبشی در محل نصب آن ها است. اتصالات نشیمن بال عضو اصلی را به بال عضو فرعی متصل می کند. اگرچه، نحوه اجرای اتصالات (پیچ کاری یا جوشکاری) در هر دو مورد مشابه است.

علاوه بر این، در اتصالات نشیمن از یک لچکی نگهدارنده بر روی جان یا بال عضو فرعی استفاده می شود.

اتصالات T شکل در سازه های فولادی:
در این اتصال، یک مقطع T شکل به منظور کنار هم نگه داشتن عضو اصلی و فرعی مورد استفاده قرار می گیرد. به این ترتیب، مقاومت در برابر بارهای برشی و خمشی به میزان زیادی افزایش می یابد. مقاومت تکیه گاهی در اتصال T شکل از اهمیت بالایی برخوردار است.

اتصالات محوری در سازه های فولادی:
اتصالات محوری در سازه های فولادی، وظیفه مقاومت در برابر بارهای محوری را دارند. این اتصالات معمولا برای اتصال ستون به ستون یا تیر به تیر مورد استفاده قرار می گیرند. اتصالات وصله ای، مهاربند و خرپا به عنوان انواع مختلف اتصالات محوری شناخته می شوند.

اتصالات وصله ای:
اتصال وصله ای به منظور انتقال نیروهای محور، برشی و خمشی طراحی می شود. این نوع اتصالات دو عضو هم راستا (تیر یا ستون) را در کنار یکدیگر نگه می دارند. سطح مقطع های دو عضو درگیر در اتصالات وصله ای می توانند مشابه یا متفاومت باشند.

اتصالات مهاربند:
اتصال مهاربند به منظور نگهداری ستون یا عضوهای دیگر سازه مورد استفاده قرار می گیرد. این نوع اتصال بارهای کششی و فشاری (بارهای محوری) اعمال شده را بین عضوهای مختلف توزیع کرده و از عضوهای اصلی سازه نگهداری می کنند.

اتصالات خرپایی:
خرپا، مجموعه ای از تیرهای متصل به هم است که تشکیل یک سازه صلب را می دهد. به دلیل توزیع خوب بار در خرپا، این سازه مقاومت بسیار خوبی در برابر انواع بار دارد.

اتصالات خرپایی نیز از اتصال چندین تیر فرعی به یکدیگر و همچنین به ستون یا تیر اصلی ایجاد می شوند. این نوع اتصالات، توزیع بارهای فشاری و کششی بین عضوهای سازه را به بهترین نحو انجام می دهند.