مفصل پلاستیک چیست؟

در علم عمران مواردی مانند مفصل پلاستیک و طراحی های مربوط به آن بسیار جذاب و قابل توجه است اما مفصل پلاستیک چیست؟

در این مقاله می خواهیم در رابطه با همین موضوع صحبت کنیم.

مفصل پلاستیک چیست؟

سوالی که مطرح می شود این است که رفتار قاب در محل اتصال تیر به ستون چگونه است؟ آیا تغییر مکان جانبی سازه موجب جدایی و افزایش زاویه تیر نسبت به ستون در اتصال تیر از ستون و انهدام سازه نمی شود؟ برای دستیابی به پاسخ این سوالات و رسیدن به پاسخ آنها دیدن شکل زیر توصیه می گردد.

در تفسیر شکل فوق باید آورد که اتفاقی که برای قاب های در مواجه با بارهای جانبی رخ می دهد به این صورتی که نمایش داده شده است می باشد، یعنی زاویه بین تیر ستون تغییر نخواهد کرد و تیر در مقابل چرخش از خود مقاومت نشان می دهد.

نقاط بنفش چه نقاطی هستند؟ آیا همان مفصل پلاستیک می باشند؟ آری این نقاط بنفش همان مفاصل پلاستیک اند که تیر ها در این نقاط دچار مفصلی مرسوم به مفصل پلاستیک می شوند.

شایان ذکرهست که با امدن نام مفصل نا خود اگاه یاد اتصال مفصلی می افتیم ولی این مفصل با آن مفصل کاملا متفاوت است که در ادامه به تعریف آن پرداخته خواهد شد.

همانطور که در شکل ها مشاهده می نمایید، درمقطع تیر درشکل الف در اتصال سمت چپ ناشی از نیروی رفت در تارهای بالای تیر به فشار و تار های پایین تیر به کشش می افتند و در شکل ب ناشی از نیروی برگشت در مقطع تیر تارهای بالا به کشش و تار های پایین مقطع به فشار می افتند. حال می خواهیم ببینیم که در در مقطع در محل نقطه بنفش چه اتفاقی رخ می دهد.

 ابتدا دانستن این نکته بسیار مهم است که لنگری که در شکل بالا آن را نمایش دادیم بعد از آن که تقسیم بر ار تفاع مقطع شد تبدیل به یک جفت نیرو می شود که در خلاف جهت یکدیگر به مقطع وارد می شود.

حال در جریان زله مقدار لنگر M زیاد و زیاد تر میشود و به تبع مقادیر نیروهای P و T نیز افزایش می یابند. به طوری که تنش وارد بر مقطع بیشتر و بیشتر میگردد تا جایی که تمام مقطع جاری شود. به عنوان مثال می توان روند جاری شدن مقطع را در شکل زیر دید:

حال شکل ت» را می توان به عنوان یک مفصل پلاستیک نام برد زمانی که تمام تار های تیر در محل نقطه بنفش به جاری شدن برسند می توان گفت که مقطع در آن نقطه مفصل پلاستیک شده است. یعنی لنگر وارده از لنگر پلاستیک بیشتر باشد، که لنگر پلاستیک عبارت است از:

Mp =Z*Fy

 که در رابطه فوق Mp  لنگر پلاستیک، Z اساس مقطع پلاستیک، Fy  تنش حد جاری شدن است.

سوال: اهمیت مفاصل پلاستیک در سیتم های قاب خمشی چیست؟

پاسخ: این نقاط (مفاصل پلاستیک) بهترین نقاط برای مستهلک کردن انرژی می باشد بدین معنا که انرژی واردی جذب و در این نقاط مستهلک می گردد و از رسیدن به نقاط حساس دیگر مانند ستون ها جلوگیری می گردد. در واقع این نقاط به مانند فیوز هایی می مانند که مانع رسیدن آسیب به پیکره کلی سازه می شوند.

دستیابی به تعداد بیشتر این نقاط در سازه منوط به رعایت نکات مهم طرح لرزه ای است. با این حساب هرچه تعداد مفاصل پلاستیک در سازه بیشتر باشد سازه شکل پذیر تر می شود که شکل پذیری سازه یعنی قابلیت جذب و استهلاک انرژی توسط سازه.

حال می خواهیم چند نمونه واقعی از تشکیل مفصل پلاستیک در تیر های قاب خمشی ببینیم:

همانطور که در شکل مشاهده می نمایید زاویه تیر با ستون همچنان 90 درجه باقی مانده و در محل مورد پیش بینی تیر دچار مفصل پلاستیک شده است و تار های مقطع آنقدر کشیده و فشرده شده اند که شکل فوق را حاصل کرده اند.

منبع:

کارگشا

بررسی تیر لانه زنبوری

پاسخ تشریحی آزمون محاسبات

محاسبه دریفت سازه