ایران ترجمه – مرجع مقالات ترجمه شده دانشگاهی ایران

جزئیات وقوع خستگی در پل های فولادی

جزئیات وقوع خستگی در پل های فولادی

جزئیات وقوع خستگی در پل های فولادی – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه راه – ساختمان، معماری، عمران
مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات رایگان

مطالعه ۲۰ الی ۱۰۰% رایگان مقالات ترجمه شده

۱- قابلیت مطالعه رایگان ۲۰ الی ۱۰۰ درصدی مقالات ۲- قابلیت سفارش فایل های این ترجمه با قیمتی مناسب مشتمل بر ۳ فایل: pdf انگیسی و فارسی مقاله همراه با msword فارسی  

چگونگی سفارش

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه (شماره حساب) ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.com شامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر
مقالات ترجمه شده راه و ساختمان، معماری، عمران، ایران ترجمه - irantarjomeh
شماره
۷۹
کد مقاله
CVL79
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
مهندس امیر رضا بخشی بهار
نام فارسی
جزئیات وقوع خستگی در پل های فولادی
نام انگلیسی
Fatigue-Prone Details in Steel Bridges
تعداد صفحه به فارسی
۴۴
تعداد صفحه به انگلیسی
۲۱
کلمات کلیدی به فارسی
خستگی, خرابی, پل های فولادی, شاه تیر, تغییر شکل ناشی از ترک خوردگی
کلمات کلیدی به انگلیسی
fatigue, failure, steel bridges, girder, deformation induced cracking
مرجع به فارسی
دپارتمان مهندسی راه و ساختمان و محیط زیست، بخش مهندسی سازه، دانشگاه فن آوری چالمرز، سوئد
مرجع به انگلیسی
Buildings; Civil and Environmental Engineering Department, Division of Structural Engineering, Chalmers University of Technology, Gothenburg, Sweden
قیمت به تومان
۱۵۰۰۰
سال
۲۰۱۲
کشور
سوئد

 

جزئیات وقوع خستگی در پل های فولادی
 دپارتمان مهندسی راه و ساختمان و محیط زیست، بخش مهندسی سازه، دانشگاه فن آوری چالمرز، سوئد
۲۰۱۲
 
 
چکیده
این مقاله به بررسی نتایج حاصل از یک بازرسی کامل  از ۱۰۰ مورد خرابی بوقوع پیوسته ناشی از خستگی که در پل های فولادی و مرکب می پردازد. موارد خرابی برحسب نوع جزئیات طبقه بندی شده اند. فرآیندهای خرابی ناشی از خستگی در هر زمینه شناخته شده و مورد بررسی قرار می گیرند. بنا به گزارشات، ۹۰% موارد خرابی گزارش شده، به دلیل تغییر شکل ایجاد شده، بصورت غیر عمدی یا نادیده اگاشته شده، بواسطه برخی از اندرکنش های بین اعضای باربر یا سیستم های موجود در پل ها می باشد. جزئیات ناقص به همراه شکاف های سخت نشده و تغییرات ناگهانی در سختی اتصالات بین اعضا، را می توان علت ایجاد ترک های ناشی از خستگی خواند.
                                                             
کلمات کلیدی: خستگی، خرابی، پل های فولادی، شاه تیر، تغییر شکل ناشی از ترک خوردگی
 
۱-  مقدمه
پل ها در تمام جوامع مدرن، به عنوان زیرساخت های حیاتی به شمار می آیند. در اروپا، همانند دیگر قسمت های جهان صنعتی و توسعه یافته، پیشرفت سریع صنعتی در نیمه اول قرن ۱۹ همراه با گسترش چشمگیر زیرساخت ها، از جمله پل ها، بوده است.  بسیاری از پل های راه آهن و بزرگراهی ساخته شده در آن دوره هنوز قابل استفاده می باشند، علی رغم این حقیقت که عمر آنها از نظر فنی در بسیاری از موارد به سر رسیده است. طی پژوهشی که اخیرا در اروپا در مورد پل های بزرگراهی[۱] و پل های راه آهن صورت گرفته است، بیش از ۷۰% این پل ها، عمری فراتر از ۵۰ سال داشته اند و زمان بهره برداری حدود ۳۰% آنها بیش از صد سال است. علاوه براین، این پل ها در معرض تقاضاهای اکیدتری نظیر افزایش بارهای ترافیکی به منظور رسیدن به بهره وری بیشتر در سیستم های حمل و نقل قرار دارند.
در مورد پل های فولادی، خستگی[۲] به عنوان مشکل اصلی در چنین سازه هایی به شمار می رود که باعث محدود شدن ظرفیت باربری و کاهش عمر این گونه سازه ها می گردد. شناسایی دقیق نقاط و اعضای در معرض خستگی در یک پل، به همراه بازرسی های منظم و زمان بندی مناسب جهت تعمیر و تقویت پل، باعث تضمین عملکرد پل ها در دوره بهره برداری آنها می شود. همچنین در ساخت و سازهای جدید، پرهیز از مشکلات خستگی مرتبط با جزئیات یا دتایل های عناصر سازه ای در طول فاز طراحی ضروری است. در نتیجه، اطلاعات بدست آمده در مورد خستگی در پل های موجود برای مدیران یا مالکان پل حیاتی بوده اما برای مهندسین پل و طراحان آن بغیر از ضرورت چنین موردی به عنوان یک بازخورد حرفه ای به شمار می آید.
در بازرسی گزارش شده در مورد عملکرد خستگی در پل های فولادی و مرکب موجود، موارد خرابی ناشی از خستگی که برای پل های گوناگون گزارش شده است، جمع آوری گشته است. به طور کل، ۱۰۰ مورد خرابی برحسب نوع یا مکانیزم ترک ناشی از خستگی، مورد مطالعه و طبقه بندی قرار گرفته است. نتایج این مطالعه نشان می دهد که بیش از ۹۰% موارد گزارش شده به دلیل اثرات ثانویه[۳] می باشد که  تحت عنوان ترک خوردگی ناشی از تغییر شکل شناخته می شود. این نوع خرابی ناشی از خستگی اغلب در نتیجه ایجاد نیروهای بازدارنده ثانویه می باشد که توسط اندرکنش ناخواسته بین اعضای مختلف پل روی می دهد. جزئیات ناقص، شکاف های سخت نشده و تغییرات ناگهانی در سختی اتصالات بین اعضای مختلف، به ایجاد ترک ناشی از خستگی کمک می کند.  آیین نامه های طراحی و روش های ارزیابی موجود، راهنمایی اندکی در مورد چگونگی ممانعت از وقوع این گونه ترک ها ارائه کرده اند. این موضوع به عهده طراح پل است تا با طراحی مناسب، از وقوع اثرات ثانویه و خرابی ناشی از خستگی جلوگیری نماید.  شکل ۱ موارد خرابی جمع آوری شده و طبقه بندی شده برحسب نوع عناصر سازه ای را نشان می دهد. اتصالات بین تیرهای طولی و تیرهای عرضی ، مستعدترین ناحیه جهت وقوع خرابی ناشی از خستگی بین المان های باربر اصلی و ثانوی در پل ها و اتصالات دیافراگم ها و مهارهای متقاطع به شمار می آیند. علاوه بر این، خرابی ناشی از خستگی در عرشه های ارتوتروپیک و در المان هایی با انتهای زبانه ای یا بالهای برش کوتاه در اتصالاتشان با دیگر المان ها در پل ها قابل وقوع است. در این مقاله، جزئیاتی از پل های رایج که در معرض خرابی ناشی از خستگی هستند، مورد ارزیابی قرار می گیرند. مکانیزم های حاصل از ترک های ناشی از خستگی در هر نوع از جزئیات مورد بحث قرار گرفته و مباحث مربوط به جزئیات ناقص و رفتار پیش بینی نشده یا نادیده گرفته شده و اثرات بارگذاری مورد بررسی قرار می گیرد.
[۱] Highway bridge
[۲] fatigue
[۳] Secondary effect
۲- ترک خوردگی ناشی از خستگی به دلیل نقایص جوش
به طور کل، عناصر جوش خورده در مقایسه با نمونه های پیچی یا پرچی، بیشتر در معرض ترک های ناشی از خستگی قرار دارند. نقص جوش و ناپیوستگی از قبیل نواحی دارای جوش ضعیف، گل جوش گیرافتاده و کمبود ذوب جوش باعث افزایش تنش شده که طی آن ممکن است ترک ناشی از خستگی نیز ایجاد گردد. ضمن این که تنش های پسماند[۱] جوشکاری و تمرکز تنش[۲] ناشی هندسه جوش و ریز ترک های ناشی از جوشکاری  نیز باعث تسریع وقوع خرابی ناشی از خستگی در عناصر جوشی پل ها می گردد. در موارد معدودی، تحت اثر بارگذاری اصلی، نقص جوش[۳] باعث خرابی ناشی از خستگی در پل های فولادی شده است. این موضوع  بیشتر در پل های نسبتا قدیمی یافت می شود، به این معنی که این پل ها هنگامی ساخته شده اند که روش های کنترل کیفیت و روش های غیر مخرب به خوبی توسعه نیافته بود و یا وجود عناصر مرتبه دوم جهت ظرفیت باربری پل در کنترل کیفیت این گونه پل ها در نظر گرفته نشده است. یک مثال از این موضوع در مورد ترک ناشی از خستگی در شاهتیر های پل های با سخت کننده های طولی[۴] جوشی می باشد. چندین پل در آمریکا، این گونه ترک خوردگی را تجربه کرده اند. ترک های ایجاد شده ناشی از نقص جوش در فاصله بین جوش های نواری[۵] متصل به سخت کننده های طولی به جان شاهتیر و جوش لب به لب[۶] وصله های عرضی در سخت کننده های طولی آغاز می گردند (شکل ۲ ). المان در نظر گرفته شده دارای اهمیت ثانویه بوده و هیچ گونه بازرسی از تقاطع جوش صورت نگرفته است. تقاطع جوش که در بعضی موارد باعث شکست ترد[۷] می شود، باعث ایجاد مسیری برای رشد ترک از سخت کننده به جان شاهتیر می گردد.
[۱] Residual stress
[۲] Stress concentration
[۳] Weld defect
[۴] Longitudinal stiffener
[۵] Fillet weld
[۶] Butt weld
[۷] Brittle failure
۳- تغییر مقطع در عناصر
عناصری که مقطع عرضی شان تغییر می کنند، در سازه های فولادی نسبتا رایج هستند. ساده ترین مثال در این مورد، تیر ورق ها[۱] می باشند که ابعاد بال در آنها تغییر می کند (عرض، ضخامت و یا هردو ). در طراحی اولیه این تیر ورق ها، به این نکته پی برده شد که مقاومت در برابر خستگی جزء ( یک جوش لب به لب در این مورد) با ایجاد تغییر تدریجی بین ابعاد صفحات متصل شده، به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. این موضوع با مایل کردن یا گرد کردن ورق اتصالی امکان پذیر است. در عین حال عناصر پیچیده تری وجود دارند که تغییر در مقطع عرضی المان باعث افزایش مولفه های تنش می گردد که می تواند برای ایجاد خرابی ناشی از خستگی به تنهایی کافی باشد. پیش بینی این گونه از مولفه های تنش با تحلیل های دستی و ساده نسبتا مشکل می باشد و اغلب توسط طراحان در نظر گرفته نمی شوند. می توان چندین مشکل ناشی از مسئله خستگی را در پل های گربر در آمریکا و ژاپن یافت که در آن شاه تیرهای پل عمق شان در تکیه گاه ها کاهش پیدا کرده اند، شکل ۳٫ طبق تئوری مربوط به تیر ، تنش های خمشی در شاهتیر نیز به تکیه گاه ها، قابل اغماض بوده و در این نقاط تیر در برابر نیروی برشی طراحی می گردد. با توجه به کاهش عمق شاهتیر و در نتیجه تغییر در مقطع عرضی، تغییر شکل شاهتیر موجب بروز تنش های شعاعی[۲] و مماسی[۳] در جان شاهتیر و در جوش های واقع شده در اتصال بین جان و بال در امتداد انحنای خارج از برش می گردد، شکل ۴٫
[۱] Plate girder
[۲] Radial stress
[۳] Tangential stress
۴- لرزش ناشی از ترک خستگی در قلاب های پل
قلاب های قائم در پل های قوسی فولادی معمولا برای نیروهای محوری طراحی می شوند. عناصر اتصالات قلاب به قوس و عرشه پل عموما جهت تضمین امکان ایجاد یک اتصال خمشی آزاد طراحی می شوند. به همین  دلیل، معمولا قلاب ها در هر دو انتها به صورت مفصلی[۱] فرض می شوند. چندین گزارش مبنی بر مشاهده ترک های ناشی از خستگی در اتصالات آویزهای پل، صادر شده است. در بسیاری از موارد، ترکیب دو مکانیزم زیر به ایجاد ترک خوردگی ناشی از خستگی کمک کرده است.
[۱] Pin connected
۵- شاهتیر ها و تیرچه ها در اتصالات چوبی[۱]
در بسیاری از پل های ریل دار قدیمی، بارهای ترافیک برروی پل به اعضای باربر طولی به وسیله تخته ها و الوارهای چوبی اتصال یافته بر روی این اعضا منتقل می شوند که اتصال آنها به یکدیگر نیز به وسیله قلاب ها یا پیچ ها می باشد. چندین خرابی ناشی از خستگی در این تیرچه ها که در زیر الوارها قرار دارند، گزارش شده است. در تیرهای سراسری جوشی، ترک ها اغلب در امتداد پاشنه جوش های متصل به جان تیر تا بال فوقانی، رشد می کنند. در تیرهای پرچ شده[۱] قدیمی تر، ترک ها در امتداد ماهیچه یکی از پروفیل های L شکل که شکل دهنده بال فوقانی شاهتیر نیز می باشد، یافت می شدند، شکل ۹٫
[۱] Riveted girder
[۱] Timber tie connection
۶- دیافراگم ها و اتصالات مهاری ضربدری [۱]
دیافراگم ها و مهارهای ضربدری به عنوان عناصری حیاتی در بسیاری از پل ها به شمار می روند که باعث ایجاد پایداری جانبی سازه پل در حین ساخت و یا مقابله کننده با بارهای پیچشی و جانبی اعمالی  بر پل می گردند.  در بسیاری از موارد، این المان های پایدار کننده به اعضای طولی پل ( شاهتیرها و تیرچه های اصلی ) به وسیله ورق های اتصالی که به صورت جوش شده، پیچ شده و یا پرچ شده به جان شاهتیر می باشند، متصل می شوند. در پل های جوشی، روشی که در سال های متمادی مورد استفاده قرار گرفته است، حذف جوش های اتصالی سخت کننده های قائم به جان شاهتیر به منظور دوری از داشتن یک عضو دارای مقاومت خستگی کم بوده است. به جای آن، ورق اتصالی در فاصله کوتاهی از بال به صورت  برش خورده یا منطبق بر بال به صورت مستقیم یا به وسیله یک قطعه فولادی به عنوان یک ورق نواری در زیر سخت کننده متصل می گردد، شکل ۱۱b-d.
[۱] Cross bracing
۷- اتصالات تیرطولی به تیرهای کف
در بسیاری از پل های موجود، اتصالات مکانیکی تیر عرضی به تیر کف با استفاده از اتصالات پیچی و یا پرچی ورق های جان هر دو عضو، امکان پذیر است. فرآیندهای مهندسی رایج در مورد طراحی این اتصالات، فقط احتساب نیروهای برشی می باشد ( عملکرد باربری آنها، انتقال واکنش های انتهایی تیر عرضی به تیر کف می باشد ). هر چند که ممکن است این فرض برای طراحی حالت حدی[۱] نهایی کافی باشد، اما رفتار این اتصالات تحت بارهای معمولی، ممکن است تغییر قابل توجهی داشته باشد. این گونه اتصالات آسیب پذیری زیادی را در برابر ترک ناشی از خستگی، نشان داده است. بسیاری از موارد خرابی، در نبشی های اتصال مشاهده شده است. ترک ها معمولا از قسمت برجسته نبشی  اتصال آغاز می شوند و در امتداد ماهیچه نبشی به رشد خود ادامه می دهند. شکل ۱۴b مثالی از این نوع ترک ناشی از خستگی را نشان می دهد.
[۱] Limit state
۸- اتصالات بین تیرهای کف و اعضای باربر اصلی
مشابه با اتصالات تیر طولی به تیر کف، اتصالات بین تیرهای کف و اعضای باربر اصلی (مثل شاهتیر اصلی، خرپاهای اصلی، گره های قوس و … ) دارای مشکلات زیادی ناشی از خستگی می باشند. در واقع، فرآیندهای اندرکنش ترک خوردگی ناشی از خستگی در این دو نوع اتصال، مشابه می باشند.  ممکن است لنگر خمشی ثانویه (در صفحه جان تیر کف ) در  دو انتهای تیرهای کف در نتیجه گیرداری چرخشی توسط اتصالات آنها به المان های باربر اصلی، افزایش یابد. علاوه بر این، اندرکنش بین سیستم کف (تیرهای طولی و تیرهای کف ) و سازه باربر اصلی، می تواند باعث خمش خارج از صفحه ثانویه تیرهای کف گردد که در شکل۱۶ نشان داده شده است.  شکل های ۱۷ و ۱۸، دو مثال از ترک خوردگی خستگی ناشی از چرخش مهاری دو انتهای تیر کف را نشان می دهند. در اتصالات بستی مکانیکی، خرابی ناشی از خستگی عموما در نبشی های اتصال یا پرچ های (یا پیچ ها) متصل به نبشی های المان باربر اصلی، یافت می شود، شکل ۱۵٫ در عناصر جوش خورده که تیر کف به یک ورق عرضی جوش خورده متصل می باشد، ترک خوردگی در جان شاهتیر اصلی (نوع A و C در شکل ۱۸ ) یا در ورق اتصال در امتداد جوش نواری جان اصلی  (نوع C ) گزارش شده است. نوع دوم اندرکنش (خمش عرضی تیرهای کف ) نیز باعث ایجاد خرابی ناشی از خستگی در بسیاری از پل های فولادی شده است. مثالی از این حالت در شکل ۱۹ نشان داده شده است. در این حالت، بال فوقانی تیر کف در نزدیکی تیرکف اتصال خرپای اصلی، دچار برش کوتاه شده است، که باعث ایجاد یک شیار موضعی کوچک در جان تیر کف می شود و تغییر شکل در آن نقطه متمرکز خواهد بود. در این صورت، پس از آغاز ترک خوردگی، رشد بیشتر ترک ناشی از خستگی توسط تنش خمشی ثانویه در تیرکف نزدیک به اتصال صورت خواهد گرفت. ترک خوردگی مشابهی نیز برای پل های بزرگراهی، پل های خرپایی و پل های قوسی وجود خواهد داشت.
۹- المان های دارای انتهای زبانه ای و بالهای برش کوتاه
جهت تسهیل در اتصال آنها با دیگر عناصر پل، دیافراگام ها، تیرهای طولی و تیرهای کف دارای انتهای مایل یا بال های برش کوتاه در اتصالات خود می باشند، شکل ۲۰٫ این المان ها در معرض ترک خوردگی ناشی از خستگی می باشند. عموما ترک هایی که در جان المان شروع شده و رشد یافته، به وسیله زبانه ای کردن یا برش  کوتاه بال به طور موضعی  ضعیف می گردند.
۱۰- اتصالات بین  وصله های شاهتیر
در بسیاری از پل های با دهانه بلند، به دلیل تغییرات مقطعی و محدودیت های حمل ونقل، شاهتیر های فولادی به صورت  چند قسمتی ساخته می شوند. در نتیجه ،  کنارهم قرار دادن و اتصال قسمت های شاهتیر با استفاده از جوش یا پرچ در محل انجام می شود. هنگامی که از جوش استفاده شود، جهت انجام راحت جوش لب به لب و پرهیز از عبور جوش، بریده های جان شاهتیر در تقاطع خود با بالها معرفی می شوند.  طی مطالعات انجام شده، بریدگی های جان که تحت عنوان حفره های دم باریک شناخته می شوند، در معرض ترج خوردگی  نشی از خستگی می باشند. ناحیه شروع ترک خستگی، اغلب در قسمت پنجه جوش نواری حفره دم باریک گزارش شده است که می تواند در راستای جان یا در امتداد بال رشد نماید، شکل ۲۲٫
۱۱- ورق های پوششی جوش
معمولا جهت افزایش ظرفیت باربری، از ورق های تقویت جوش در بال های شاهتیر های پل استفاده می گردد. در عین حال، ترک های ناشی از خستگی به وفور در انتهای ورق در اعضای تقویت شده یافت می شود. انتهای ورق تقویت دارای مقاومت خستگی حداقل در تمام بخش ها می باشد و در یک شاه تیر پل دارای پیوستگی کمتری نسبت به  مقاومت خستگی بخش های مختلف جوشکاری می باشد. برجسته ترین مثال های این گونه گسیختگی ها، ترک های خستگی در انتهای صفحه تقویتی در پل های Yellow Mill Pond، در طی دهه ۱۹۷۰ در ملبورن استرالیا می باشد. ترک های خستگی که در پنجه جوش انتهای ورق تقویت آغاز می شود در جان گسترش می یابد، در عرض بال توسعه می یابد، شکل ۲۴٫ دلیل اصلی رفتار ضعیف انتهای ورق تقویتی به دلیل تغییر سریع سختی مقطع قبل و بعد  از ورق تقویتی جوشی می باشد که باعث تمرکز تنش شدید در انتهای ورق تقویتی می گردد. علاوه بر این، ریزترک هایی که به طور اجتناب ناپذیر در پنجه جوش روی می دهد، در نتیجه فرآیند جوشکاری، باعث تسریع در گسیختگی ناشی از خستگی می گردد. ضمن این که این طور گزارش شده است که هنگامی که جوش انتهایی عرضی حذف گردد، مقاومت ناشی از خستگی بهبود نمی یابد. در چنین مواردی دیگر مکانیزم های مخرب از قبیل خوردگی، به دلیل وجود آب محبوس بین ورق و بال، در چندین مورد گزارش شده است.
۱۲- نتیجه گیری
بررسی جامع عملکرد خستگی در بخش های مختلف پل های فولادی نشان می دهد که اکثر خرابی های ناشی از خستگی گزارش شده برای پل های بزرگراهی و راه آهن به دلیل اثرات بارگذاری ثانویه می باشد. در بسیاری از موارد، اندرکنش پیش بینی نشده (یا نادیده انگاشته شده) بین اعضای مختلف و سیستم های باربر در پل، که اغلب در ترکیب با جزئیات ناقص و ضعیفی، باعث ترک خوردگی ناشی از خستگی در دتایل ها یا بخشهای مختلف پل می گردد. در برخی موارد، ممکن است یک حالت پیچیده تنش در اعضای سازه ای وجود داشته باشد که در طراحی ساده اولیه در نظرگرفته نمی شود و از طرف طراح نیز منظور نمی گردد. مکانیزم اصلی اکثر ترک خوردگی های ناشی از خستگی توسط اثرات ثانویه، تغییر شکل اعمالی می باشد که به طور چرخه ای تکرار می گردد. مشخصه اصلی این گونه ترک خوردگی ها در بسیاری از عناصری که مواجه با آن می شوند، این است که تغییرات ناگهانی در سختی، عموما در شیارهای سخت نشده که تغییر شکل اعمالی در آن قسمت متمرکز است، روی می دهد. این موضوع اغلب باعث ایجاد تنش های موضعی زیاد می شود که ممکن است سرانجام باعث ترک خوردگی ناشی از خستگی در عضو گردد. رایج ترین نوع  خرابی ناشی از خستگی تحت اثر تغییر شکل در اتصالات بین تیرهای طولی و تیرهای کف، بین المان باربر اصلی و فرعی در پل و در اتصالات دیافراگم ها و مهارهای ضربدری، دیده می شود. علاوه براین، خرابی ناشی از خستگی در عناصر موجود در عرشه های ناهمسان  و در المان های پل دارای انتهای زبانه ای یا بال های برش کوتاه نیز تقریبا رایج می باشد.
تماس با ما

اکنون آفلاین هستیم، اما امکان ارسال ایمیل وجود دارد.

به سیستم پشتیبانی سایت ایران ترجمه خوش آمدید.