بررسی خمش متناوب و اتلاف انرژی در عضوهای سازه فولادی سرد

در این پژوهش به مطالعه آزمایشگاهی رفتار خمش متناوب و اتلاف انرژی در عضوهای سازه فولادی سرد C شکل تحت کمانش عمومی، کمانش اعوجاجی و کمانش موضعی پرداخته است. تهیه مدل های تحلیلی برای ساختمان های دارای سازه های فولادی سرد می توانند طراحی مبتنی بر تحلیل این سازه ها را تسهیل نمایند. درک پاسخ گشتاور- چرخش (M-θ) هر یک از اعضای سازه به خمش متناوب، لازمه تهیه مدل های تحلیلی است. ابعاد سطح مقطع و طول های نمونه به گونه ای اختیار شدند که مودهای مختلف کمانش (شامل موضعی، اعوجاجی و عمومی) از یکدیگر جداسازی شوند. یک پروتکل بارگذاری متناوب براساس FEMA ۴۶۱ با استفاده از خواص کمانش الاستیک تهیه گردید. پس از آن که گشتاور به مقدار بیشینه رسید، کاهش شدیدی در استحکام خمشی مشاهده گردید. پس از آن، با معکوس شدن جهت بارگذاری، تغییرشکل کمانشی حذف شده و پاسخ گشتاور- چرخش باریک شده و سختی کاهش می یابد. پس از انجام چند تناوب (سیکل)، اعضایی که تحت کمانش موضعی و اعوجاجی قرار دارند، از ناحیه ی جان و بال های تحت فشار، دچار آسیب می شوند. این آسیب در نیم موج کمانشی پیشرو رخ داده که به سراسر سطح مقطع گسترش یافته و مفاصل (گره های) خمشی ایجاد می کند. در عضویت هایی که تحت کمانش جانبی- پیچشی قرار دارند، آسیب در جان Cشکل- لبه تقویت کننده رخ می دهد و مفاصل خمشی مشخصی مشاهده نمی گردد. در اعضایی که تحت کمانش جانبی- پیچشی قرار دارند، اتلاف انرژی در هر تناوب، حین چرخش های بزرگ ناشی از خمش، ثابت باقی می ماند. علت این مسئله این است که مکانیزم گسیختگی شامل حرکت جسم صلب گونه سطح میانی شده و تغییرشکل پلاستیکی در سطح مقطع رخ نمی دهد. نمونه هایی که تحت کمانش موضعی و اعوجاجی قرار دارند، در مقایسه با نمونه های تحت کمانش عمومی، انرژی تلف شده در هر تناوب بیشتری دارند اما با افزایش جابجایی اعمالی، اتلاف انرژی در آن ها به سرعت کاهش می یابد. هر چه لاغری سطح مقطع کوچکتر و مدول سطح بزرگتر باشد، اتلاف انرژی در نیم موج آسیب دیده، بزرگتر است. اطلاع از این رفتار، می تواند در برنامه ریزی های آتی به تعیین پاسخ عمومی متناوب اعضای سازه های فولادی سرد جدار نازک کمک کند.