2 حلاصم تمواقم - pnu.ac.iracademicnetwork.pnu.ac.ir/newsfiles/10_columnse2b_95_09... ·...

26
فصل10 : ستون ها10. Columns مقاومت مصالح2 ر کت د مدرضا مح ند م رو ني ور نم ه ا د هان صف ا

Upload: others

Post on 27-Mar-2021

13 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: 2 حلاصم تمواقم - pnu.ac.iracademicnetwork.pnu.ac.ir/NewsFiles/10_columnsE2b_95_09... · 2016. 11. 28. · MECHANICS OF MATERIALS dition Beer •Johnston • DeWolf 10 -

ستون ها: 10فصل

10. Columns

2مقاومت مصالح

نيرومندمحمدرضادکتر

اصفهاندانشگاه پيام نور

Page 2: 2 حلاصم تمواقم - pnu.ac.iracademicnetwork.pnu.ac.ir/NewsFiles/10_columnsE2b_95_09... · 2016. 11. 28. · MECHANICS OF MATERIALS dition Beer •Johnston • DeWolf 10 -

© 2002 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.

MECHANICS OF MATERIALS

Th

irdE

ditio

n

Beer • Johnston • DeWolf

10 - 2

کههستندقائمیمنشوریعضوهایستونها:تعريف•

.کنندمیتحملرامحوریفشاریبارهای

بانتخانحویبهستونمقطعسطحستونها،طراحیدر•

:کهشودمی

allA

P

:تغيير شکل دارای مقدار قابل قبولی باشد-

specAE

PL

.اگر ستون به درست طراحی نشود، ممکن است بر اثر بار وارده، کمانش کند•

:دتنش قائم کمتر از تنش مجاز باش-

Page 3: 2 حلاصم تمواقم - pnu.ac.iracademicnetwork.pnu.ac.ir/NewsFiles/10_columnsE2b_95_09... · 2016. 11. 28. · MECHANICS OF MATERIALS dition Beer •Johnston • DeWolf 10 -

© 2002 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.

MECHANICS OF MATERIALS

Th

irdE

ditio

n

Beer • Johnston • DeWolf

10 - 3

.کنيممیبررسیراستونهاپايداریفصلايندر•

اردهوبارهایتحملبرایستونقابليتازاستعبارتپايداری•

.کندتغييرناگهانیطوربهآنوضعيتاينکهبدون

وCپينتوسطکهBCوACصلبميلهدوازمتشکلمدلی•

.دبگيريدرنظررااندشدهمتصلهمبهپيچشیفنريک

ميلهبهکوپلدو(Δθزاويهايجاد)آشفتگیيکاعمالازپس•ACشودمیوارد.

2sin

2

2

LP

LP

KM .می خواهد سيستم را به وضع اول بازگرداند

.می خواهد ميله ها را از خط عمود دور کند

Page 4: 2 حلاصم تمواقم - pnu.ac.iracademicnetwork.pnu.ac.ir/NewsFiles/10_columnsE2b_95_09... · 2016. 11. 28. · MECHANICS OF MATERIALS dition Beer •Johnston • DeWolf 10 -

© 2002 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.

MECHANICS OF MATERIALS

Th

irdE

ditio

n

Beer • Johnston • DeWolf

10 - 4

L

KPK

LP cr

42

2

:حذف آشفتگیپس از

.اگر سيستم به وضع اول بازگردد، گوييم سيستم دارای تعادل پايدار است•

.اگر از وضع اول دور شود، گوييم دارای تعادل ناپايدار است•

.سيستم تعادل پايدار دارداگر

.سيستم دارای تعادل ناپايدار استاگر

.قرار داردPcrسيستم تحت بار بحرانی اگر

:برای تعيين بار بحرانی

SinLPM )2/(

SinLPM )2/(

SinLPM )2/(

Page 5: 2 حلاصم تمواقم - pnu.ac.iracademicnetwork.pnu.ac.ir/NewsFiles/10_columnsE2b_95_09... · 2016. 11. 28. · MECHANICS OF MATERIALS dition Beer •Johnston • DeWolf 10 -

© 2002 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.

MECHANICS OF MATERIALS

Th

irdE

ditio

n

Beer • Johnston • DeWolf

10 - 5

مجدداً سيستم را از وضع تعادل خارج کرده و تحت •

.قرار می دهيمP > Pcrبار

با سيستم پس از چند نوسان به وضع تعادل جديد•

.در می آيدθزاويه

:معادله تعادل•

sin4

2sin2

crP

P

K

PL

KL

P

.می آيدبدست θبا حل اين معادله به روش سعی و خطا، زاويه تعادل •

sinθاز آنجاييکه هميشه • < θ تنها درصورتيکه ،P > Pcr باشد، زاويه تعادلی به جزθ=0بدست خواهد آمد.

Page 6: 2 حلاصم تمواقم - pnu.ac.iracademicnetwork.pnu.ac.ir/NewsFiles/10_columnsE2b_95_09... · 2016. 11. 28. · MECHANICS OF MATERIALS dition Beer •Johnston • DeWolf 10 -

© 2002 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.

MECHANICS OF MATERIALS

Th

irdE

ditio

n

Beer • Johnston • DeWolf

10 - 6

Pحالتدر• > Pcrانشکمباعثآشفتگیکوچکترين

.(خميدهحالت)شودمیستون

02

2

2

2

yEI

P

dx

yd

yEI

P

EI

M

dx

yd

02

2

2

ypdx

yd

EI

Pp 2 :تعريف

pxBpxAy:ومدحل معادله ديفرانسيل همگن خطی مرتبه • cossin

0,0sin BpLA

:اعمال شرايط مرزی•

@ x = 0 : y = 0 , @ x = L : y =0

Page 7: 2 حلاصم تمواقم - pnu.ac.iracademicnetwork.pnu.ac.ir/NewsFiles/10_columnsE2b_95_09... · 2016. 11. 28. · MECHANICS OF MATERIALS dition Beer •Johnston • DeWolf 10 -

© 2002 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.

MECHANICS OF MATERIALS

Th

irdE

ditio

n

Beer • Johnston • DeWolf

10 - 7

2

2

2

22

2

2

1

2

rL

E

AL

ArE

A

P

L

EIPEIpP

crcr

cr

Lp

ncr

؛sin pL=0يا A=0لذا

(.می شودP < Pcrاين حالت مربوط به . )يعنی ستون به صورت مستقيم است. y=0داريم A=0در حالت •

.استn=1دراينصورت کمترين اندازه نيروی بحرانی مربوط به . pL=nπداريم sin pL=0در حالت •

(r :شعاع ژيراسيون)

.را نسبت لاغری ستون می گويندL/rمتغير

:معادله منحنی الاستيک ستون کمانش يافتهLxAy sin

Page 8: 2 حلاصم تمواقم - pnu.ac.iracademicnetwork.pnu.ac.ir/NewsFiles/10_columnsE2b_95_09... · 2016. 11. 28. · MECHANICS OF MATERIALS dition Beer •Johnston • DeWolf 10 -

© 2002 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.

MECHANICS OF MATERIALS

Th

irdE

ditio

n

Beer • Johnston • DeWolf

10 - 8

سليمتاستحکامازتربزرگبحرانیتنشاگر•

.ودشمیتسليمکمانشازقبلستونباشد،

ربابهمربوطگذشتههایتحليل:يادآوری•

.استمرکزی

Page 9: 2 حلاصم تمواقم - pnu.ac.iracademicnetwork.pnu.ac.ir/NewsFiles/10_columnsE2b_95_09... · 2016. 11. 28. · MECHANICS OF MATERIALS dition Beer •Johnston • DeWolf 10 -

© 2002 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.

MECHANICS OF MATERIALS

Th

irdE

ditio

n

Beer • Johnston • DeWolf

10 - 9

ابه ستونی با يک سر آزاد و يک سر گيردار رفتاری مش•

.رفتار نيمه بالايی ستون دوسر مفصل دارد

.دبار بحرانی از فرمول اويلر با طول موثر بدست می آي•

length equivalent 2

2

2

2

2

LL

rL

E

L

EIP

e

e

cr

ecr

طول موثر

Le/r: نسبت لاغری موثر

Page 10: 2 حلاصم تمواقم - pnu.ac.iracademicnetwork.pnu.ac.ir/NewsFiles/10_columnsE2b_95_09... · 2016. 11. 28. · MECHANICS OF MATERIALS dition Beer •Johnston • DeWolf 10 -

© 2002 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.

MECHANICS OF MATERIALS

Th

irdE

ditio

n

Beer • Johnston • DeWolf

10 - 10

يک سر آزاد-يک سرگيرداردوسر مفصليک سر مفصل-يک سر گيرداردوسر گيردار

Page 11: 2 حلاصم تمواقم - pnu.ac.iracademicnetwork.pnu.ac.ir/NewsFiles/10_columnsE2b_95_09... · 2016. 11. 28. · MECHANICS OF MATERIALS dition Beer •Johnston • DeWolf 10 -

© 2002 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.

MECHANICS OF MATERIALS

Th

irdE

ditio

n

Beer • Johnston • DeWolf

10 - 11

تقارنصفحاتازيکیدرAسرحرکتمانعصافصفحهدو

.شوندمیستونعمودی

:مطلوبست

ضدکمانشطرحبهترينبرایa/bنسبت(الف

.ستونبرایعرضیمقطعموثرترين(ب

L = 20 in.

E = 10.1 x 106 psi

P = 5 kips

FS = 2.5

Page 12: 2 حلاصم تمواقم - pnu.ac.iracademicnetwork.pnu.ac.ir/NewsFiles/10_columnsE2b_95_09... · 2016. 11. 28. · MECHANICS OF MATERIALS dition Beer •Johnston • DeWolf 10 -

© 2002 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.

MECHANICS OF MATERIALS

Th

irdE

ditio

n

Beer • Johnston • DeWolf

10 - 12

:xyکمانش در صفحه •

12

7.0

1212

,

23121

2

a

L

r

L

ar

a

ab

ba

A

Ir

z

ze

zz

z

:xzکمانش در صفحه •

12/

2

1212

,

23121

2

b

L

r

L

br

b

ab

ab

A

Ir

y

ye

yy

y

:موثرترين طرح•

2

7.0

12/

2

12

7.0

,,

b

a

b

L

a

L

r

L

r

L

y

ye

z

ze

35.0b

a

:حل

بحرانیهایتنشکهاستحالتیبهمربوططرحموثرترن.باشندمساویهمباxzوxyصفحاتدرکمانشبامتناظر

.باشندبرابرهمباموثرلاغریهاینسبتبايدلذا

Page 13: 2 حلاصم تمواقم - pnu.ac.iracademicnetwork.pnu.ac.ir/NewsFiles/10_columnsE2b_95_09... · 2016. 11. 28. · MECHANICS OF MATERIALS dition Beer •Johnston • DeWolf 10 -

© 2002 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.

MECHANICS OF MATERIALS

Th

irdE

ditio

n

Beer • Johnston • DeWolf

10 - 13

L = 20 in.

E = 10.1 x 106 psi

P = 5 kips

FS = 2.5

a/b = 0.35

:موثرترين مقطع عرضی•

2

62

2

62

2

2

cr

cr

6.138

psi101.10

0.35

lbs 12500

6.138

psi101.10

0.35

lbs 12500

kips 5.12kips 55.2

6.138

12

in 202

12

2

bbb

brL

E

bbA

P

PFSP

bbb

L

r

L

e

cr

cr

y

e

in. 567.035.0

in. 620.1

ba

b

Page 14: 2 حلاصم تمواقم - pnu.ac.iracademicnetwork.pnu.ac.ir/NewsFiles/10_columnsE2b_95_09... · 2016. 11. 28. · MECHANICS OF MATERIALS dition Beer •Johnston • DeWolf 10 -

© 2002 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.

MECHANICS OF MATERIALS

Th

irdE

ditio

n

Beer • Johnston • DeWolf

10 - 14

زين بار خارج از مرکز را می توان با يک نيروی مرکزی و کوپل جايگ•.کرد

:تحليل کمانش ستون•

2

2

max ,12

sece

cr

cr L

EIP

P

Pey

EI

PePy

dx

yd

2

2

نی با حل معادله ديفرانسيل فوق و اعمال شرايط مرزی، معادله منح•.الاستيک ستون بدست می آيد

EI

Pppxpx

pLey 2,)1cossin

2(tan

.رخ می دهدx= L/2ماکزيمم انحراف ستون در •

•Pcr نيرويی است که به ازای آنymaxبينهايت می شود.

r

L

EA

P

r

ec

A

P

r

cey

A

P e

2

1sec11

22

maxmax :ماکزيمم تنش•

Page 15: 2 حلاصم تمواقم - pnu.ac.iracademicnetwork.pnu.ac.ir/NewsFiles/10_columnsE2b_95_09... · 2016. 11. 28. · MECHANICS OF MATERIALS dition Beer •Johnston • DeWolf 10 -

© 2002 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.

MECHANICS OF MATERIALS

Th

irdE

ditio

n

Beer • Johnston • DeWolf

10 - 15

r

L

EA

P

r

ec

A

P eY

2

1sec1

2max

Page 16: 2 حلاصم تمواقم - pnu.ac.iracademicnetwork.pnu.ac.ir/NewsFiles/10_columnsE2b_95_09... · 2016. 11. 28. · MECHANICS OF MATERIALS dition Beer •Johnston • DeWolf 10 -

© 2002 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.

MECHANICS OF MATERIALS

Th

irdE

ditio

n

Beer • Johnston • DeWolf

10 - 16

.psi1029 6E

2ناطميناضريبواويلرفرمولازاستفادهبا(الف

.بيابيدرامتناظرقائمتنشومجازبارمرکزی

لهفاصدرالفقسمتازحاصلباراينکهفرضبا(ب

افقیانحرافکند،اثرهندسیمحورازاينچ0/75

.دبيابيراستوندرقائمتنشماکزيمموAنقطه

Page 17: 2 حلاصم تمواقم - pnu.ac.iracademicnetwork.pnu.ac.ir/NewsFiles/10_columnsE2b_95_09... · 2016. 11. 28. · MECHANICS OF MATERIALS dition Beer •Johnston • DeWolf 10 -

© 2002 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.

MECHANICS OF MATERIALS

Th

irdE

ditio

n

Beer • Johnston • DeWolf

10 - 17

: حل

بار مرکزی مجاز و تنش متناظر-الف

in. 192 ft 16ft 82 eL

(.يک سرآزاد است-ستون، يک سرگيردار)طول موثر •

kips 1.62

in 192

in 0.8psi 10292

462

2

2

ecr

L

EIP

(فرمول اويلر)بار بحرانی •

2in 3.54

kips 1.31

2

kips 1.62

A

P

FS

PP

all

crall

kips 1.31allP

ksi 79.8

بار مجاز•

Page 18: 2 حلاصم تمواقم - pnu.ac.iracademicnetwork.pnu.ac.ir/NewsFiles/10_columnsE2b_95_09... · 2016. 11. 28. · MECHANICS OF MATERIALS dition Beer •Johnston • DeWolf 10 -

© 2002 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.

MECHANICS OF MATERIALS

Th

irdE

ditio

n

Beer • Johnston • DeWolf

10 - 18

بار خارج از مرکز-ب

in. 939.0my

122

secin 075.0

12

sec

crm

P

Pey

Aانحراف افقی نقطه •

22sec

in 1.50

in 2in 75.01

in 3.54

kips 31.1

2sec1

22

2

crm

P

P

r

ec

A

P

ksi 0.22m

ماکزيمم تنش قائم•

Page 19: 2 حلاصم تمواقم - pnu.ac.iracademicnetwork.pnu.ac.ir/NewsFiles/10_columnsE2b_95_09... · 2016. 11. 28. · MECHANICS OF MATERIALS dition Beer •Johnston • DeWolf 10 -

© 2002 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.

MECHANICS OF MATERIALS

Th

irdE

ditio

n

Beer • Johnston • DeWolf

10 - 19

ارباويلر،فرمولازاستفادهباقبلهایقسمتدر•

لفرموکمکباهمچنين.آورديمبدسترابحرانی

بارحتتهایستوندرتنشوشکلتغييرسکانت،

.کرديمتعيينرامرکزخارج

ونستدرتنشکهکرديمفرضهابررسیايندر•

ورتصبهابتدادرستونواستتناسبحدازکمتر

.استهمگنوراست

راشکستناحيهسهآزمايشهایدادهنمودار•

:دهدمینشان

بهوابستهσcrبحرانیتنش.آيدمیبدستاويلرفرمولازکمانشبار.استبزرگLe/rآنهادرکهبلندهایستون•

.استσyتسليمتنشازمستقلوEالاستيسيتهمدول

σcrستونهاايندر.کمانشاثربرنهدهدمیرویتسليماثربرآنهادرشکست.(کوچکLe/r)کوتاههایستون•

.σy≈σcrوبودهEازمستقل

.استپيچيدهپديدهيکوداردEوσyبهبستگیآنهاشکستکهمتوسطهایستون•

Page 20: 2 حلاصم تمواقم - pnu.ac.iracademicnetwork.pnu.ac.ir/NewsFiles/10_columnsE2b_95_09... · 2016. 11. 28. · MECHANICS OF MATERIALS dition Beer •Johnston • DeWolf 10 -

© 2002 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.

MECHANICS OF MATERIALS

Th

irdE

ditio

n

Beer • Johnston • DeWolf

10 - 20

Structural Steel

American Inst. of Steel Construction

• For Le/r > Cc

92.1

/2

2

FS

FSrL

E crall

e

cr

• For Le/r < Cc

3

2

2

/

8

1/

8

3

3

5

2

/1

c

e

c

e

crall

c

eYcr

C

rL

C

rLFS

FSC

rL

• At Le/r = Cc

YcYcr

EC

22

21 2

Page 21: 2 حلاصم تمواقم - pnu.ac.iracademicnetwork.pnu.ac.ir/NewsFiles/10_columnsE2b_95_09... · 2016. 11. 28. · MECHANICS OF MATERIALS dition Beer •Johnston • DeWolf 10 -

© 2002 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.

MECHANICS OF MATERIALS

Th

irdE

ditio

n

Beer • Johnston • DeWolf

10 - 21

Aluminum

Aluminum Association, Inc.

• Alloy 6061-T6

Le/r < 66:

MPa /868.0139

ksi /126.02.20

rL

rL

e

eall

Le/r > 66:

2

3

2/

MPa 10513

/

ksi 51000

rLrL ee

all

• Alloy 2014-T6

Le/r < 55:

MPa /585.1212

ksi /23.07.30

rL

rL

e

eall

Le/r > 55:

2

3

2/

MPa 10273

/

ksi 54000

rLrL ee

all

Page 22: 2 حلاصم تمواقم - pnu.ac.iracademicnetwork.pnu.ac.ir/NewsFiles/10_columnsE2b_95_09... · 2016. 11. 28. · MECHANICS OF MATERIALS dition Beer •Johnston • DeWolf 10 -

© 2002 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.

MECHANICS OF MATERIALS

Th

irdE

ditio

n

Beer • Johnston • DeWolf

10 - 22

.P=60 KNمطلوبست کمترين قطر ميله برای تحمل بار

L=750 mm( الف

L=300 mm( ب

T6-2014آلومينيوم : جنس ميله

Page 23: 2 حلاصم تمواقم - pnu.ac.iracademicnetwork.pnu.ac.ir/NewsFiles/10_columnsE2b_95_09... · 2016. 11. 28. · MECHANICS OF MATERIALS dition Beer •Johnston • DeWolf 10 -

© 2002 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.

MECHANICS OF MATERIALS

Th

irdE

ditio

n

Beer • Johnston • DeWolf

10 - 23

2

4

gyration of radius

radiuscylinder

2

4 c

c

c

A

I

r

c

L=750 mm( الف

:L/r > 55چون قطر ميله معلوم نيست، فرض می کنيم •

mm44.18

c/2

m 0.750

MPa 103721060

rL

MPa 10372

2

3

2

3

2

3

cc

N

A

Pall

بررسی فرض نسبت لاغری •

553.81

mm 18.44

mm750

2/

c

L

r

L

فرض صحيح است•

mm 9.362 cd

Page 24: 2 حلاصم تمواقم - pnu.ac.iracademicnetwork.pnu.ac.ir/NewsFiles/10_columnsE2b_95_09... · 2016. 11. 28. · MECHANICS OF MATERIALS dition Beer •Johnston • DeWolf 10 -

© 2002 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.

MECHANICS OF MATERIALS

Th

irdE

ditio

n

Beer • Johnston • DeWolf

10 - 24

mm00.12Pa102/

m 3.0585.1212

1060

MPa 585.1212

6

2

3

ccc

N

r

L

A

Pall

:بررسی فرض نسبت لاغری•

5550

mm 12.00

mm 003

2/

c

L

r

L

mm 0.242.فرض صحيح است• cd

L=300 mm( ب

:L/r > 55فرض می کنيم •

c=11.66 mm: روند مشابه قسمت الف نتيجه می دهد

L/r=51.5لذا

.بنابراين فرض اشتباه است

:L/r < 55اکنون فرض می کنيم •

Page 25: 2 حلاصم تمواقم - pnu.ac.iracademicnetwork.pnu.ac.ir/NewsFiles/10_columnsE2b_95_09... · 2016. 11. 28. · MECHANICS OF MATERIALS dition Beer •Johnston • DeWolf 10 -

© 2002 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.

MECHANICS OF MATERIALS

Th

irdE

ditio

n

Beer • Johnston • DeWolf

10 - 25

سيستميکباتوانمیراPمرکزازخارجمحوریبارکهديديم•

.کردجايگزينM=PeکوپلوPمرکزیبارازمتشکل

تون،سعرضیمقطعيکبرموثرقائمهایتنشتعيينبرایلذا•

.کنيممیترکيبهمباراMکوپلوPبارازناشیهایتنش

I

Mc

A

P

bendingcentric

max

دارد،قرارمرکزیبارتحتکهستونیبرایمجازتنش•

حتتکهاستستونیبرایمجازتنشازترکوچکمعمولاً

.استخالصخمش

.داردوجودکمانشامکاناولحالتدرزيرا•

وشردوازمرکزخارجبارتحتستونطراحیبرایبنابراين•

.شودمیاستفاده

Page 26: 2 حلاصم تمواقم - pnu.ac.iracademicnetwork.pnu.ac.ir/NewsFiles/10_columnsE2b_95_09... · 2016. 11. 28. · MECHANICS OF MATERIALS dition Beer •Johnston • DeWolf 10 -

© 2002 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.

MECHANICS OF MATERIALS

Th

irdE

ditio

n

Beer • Johnston • DeWolf

10 - 26

allI

Mc

A

P

1

bendingallcentricall

IMcAP

:مجازتنشروش•

ردمجازتنشمانندمرکزازخارجبارتحتستونيکبرایمجازتنششودمیفرضروشايندر-

.داردقرارمرکزیبارتحتستونکهاستحالتی

.استکارانهمحافظهحاصل،طرحمعمولابنابراين-

:کنشبرهمروش•

.گيردمیقراراستفادهموردجداگانهطوربهبارگذاریهربامتناظرمجازتنشروشايندر-