طرح بهینه قاب های EBF

اولین گام در طرح EBF، نحوه قرارگیری قاب ها است. در صورت امکان بهتر است قاب های EBF به صورت متقارن در سازه بکار روند. لازم به ذکر است که پیکربندی مهاربندها در طرح قاب های EBF مهم است. انتخاب آرایش مهاربندها وابسته به عوامل بسیاری است این عوامل شامل ارتفاع، عرض دهانه و اندازه موقعیت فضای مورد نیاز در نمای عرضی قاب است.

محدود کردن زاویه مهاربند در حد 35 تا 60 درجه پیشنهاد شده است. زوایای بزرگ تر از مقدار حداکثر پیشنهادی منجر به در نظر گرفتن جزئیات خاص برای اتصال مهاربند به تیر و ستون خواهد شد. به طوری که ورق اتصال آنها اغلب به شکل خاص بوده و عملاً محور مرکزی اجزاء یکدیگر را در یک نقطه قطع نخواهند کرد. زوایای کوچک تر از مقدار حداقل پیشنهادی نیز سبب ایجاد نیروهای محوری بزرگ در تیر پیوند خواهد شد که عمدتاً نامطلوب است. از دیگر پارامترهای مهم در طرح EBF، طول عضو پیوند است.

رفتار غیرالاستیک پیوند به شکل قابل ملاحظه ای متأثر از طول آن است. به عبارت دیگر عامل تحریک کننده پیوند و انتقال دهنده آن به فاز غیرالاستیک طول آن است. کاستن از طول پیوند بیشترین اثر نیروی برشی را بر عملکرد غیرالاستیک دارد. مکانیزم تسلیم برشی پیوند کوتاهتر بهتر از مکانیزم تسلیم خمشی پیوندهای بلند است و دلیل اصلی آن این است که در پیوندهای برشی، نیروهای برشی در تمام طول پیوند ثابت است لذا کرنش های غیرالاستیک به طور یکنواخت در طول پیوند توزیع خواهند شد که این عمل باعث دوران های بزرگ غیرالاستیک پیوند، بدون ایجاد کرنش های موضعی زیاد خواهد شد.

خواص مقطع پیوند نیز در طرح EBF ها نقش مهمی را ایفا می کند. تیرهای پیوند عمدتاً باید چنان طرح شوند که حداقل سطح مورد نیاز جان بتواند برش ناشی از خروج از مرکزیت مهاربند را تحمل کند. سطح جان بیش از مقدار مورد نیاز باعث افزایش اندازه سایر اعضاء قاب خواهد شد. در این حالت آنها را می بایستی برای اضافه مقاومت عضو پیوند طرح نمود که می تواند طرح را غیر اقتصادی نماید.

عموماً طرح یک عضو پیوند توسط انتخاب یک مقطع با حداقل ظرفیت برش و حداکثر ظرفیت خمشی بهینه می شود. البته باید دقت شود که جان مقطع شرایط فشردگی را داشته باشد. با توجه به مسأله فوق عموماً استفاده از مقاطع IPE در قاب های EBF با مشکلاتی روبرو است. هر چند استفاده از تیر ورق ها می تواند این معضل را برطرف نماید.

ظرفیت تیر نیز از آنجائی که همانند یک فیوز شکل پذیری عمل می کند و مقاومت سایر اجزاء را تحت تأثیر قرار می دهد حائز اهمیت است. به عبارت دیگر مهندسان سازه باید از میزان تنش تسلیم فولاد بکار رفته در طرح خود اطمینان کافی داشته باشند تا بتوانند ظرفیت تیر را با دقت تعیین کنند. از سوی دیگر باید توجه شود که رفتار غیرالاستیک قاب بستگی به رفتار عضو پیوند دارد. نتایج آزمایشگاهی نشان داده توزیع نیروهای نهائی در سازه شباهت کمی به آنچه از بارگذاری الاستیک به دست می آید، دارد

. محل نقاط عطف خمشی کاملاً متفاوت بوده و ممکن است ستون ها تحت خمش ساده قرار گیرند بدون آنکه هیچ تغییر لنگری در آن ایجاد شود. در سیستم های EBF نیازی به طرح و کنترل تیر به تنهایی یعنی تیر بدون وجود تکیه گاه مهاربند نیست چنین کنترلی برای تیر قاب با مهاربندی هممرکز اجباری است. گام بعدی در طرج بهینه، تخمین بهینه اندازه مقطع است. برش طرح عضو پیوند به علت بارهای جانبی را می توان مستقل از طول پیوند، پیکربندی مهاربند، خواص مقطع یا حتی تحلیل الاستیک تعیین کرد.

از نکات مهم دیگر در طرح بهینه قاب ها با مهاربندی خارج از مرکز، توجه به نیروهای محوری پیوند و تیر خارج از پیوند است. عموماً نیروهای محوری موجود در یک عضو پیوند سبب کاهش ظرفیت خمشی آن می شود. بنابراین بایستی عضو پیوند را برای اثرات توأم نیروی محوری و لنگر خمشی کنترل نمود. این ترکیب بار اخیر می تواند منجر به تسلیم بال قبل از تسلیم جان شود.

همچنین باید توجه خاصی در تفسیر نتایج خروجی برنامه های کامپیوتری لحاظ شود. اغلب آنها از فرض دیافراگم صلب استفاده می کنند و قادر به محاسبه نیروهای محوری تیرها نیستند. بنابراین با توجه به خصوصیات نرم افزار بکار رفته باید شگرد خاصی را در ارتباط با نیروی محوری بکار برد. از آنجائی که احتمال کاهش مقاومت خمشی به علت نیروی محوری وجود دارد بنابراین لازم است که عضو پیوند را کنترل نمائید تا مبادا در ابتدا تسلیم خمشی به جای تسلیم برش اتفاق افتد.

همچنین جهت جلوگیری از کمانش جان و اطمینان حاصل نمودن از تسلیم برشی با شکلپذیری مناسب، استفاده از سخت کننده ها در هر یک از دو انتهای پیوند و بین آنها توصیه شده است. عوامل متعدد دیگری موجود است که همگی آنها در رفتار ایده آل EBF ها مؤثرند.