مقاله تحلیلی: مقایسه روش تنش مجاز و روش حالت حدی

روش تنش مجاز

روش تنش مجاز، قدیمی‌ترین روش طراحی است. این روش مبتنی بر تئوری الاستیک است و در آن فرض می‌شود که هم فولاد و هم بتن الاستیک هستند و از قانون هوک پیروی می‌کنند. این بدان معناست که تنش رابطه مستقیمی با کرنش تا نقطه فروپاشی دارد. تنش‌های مجاز مواد طبق تئوری الاستیک و این فرض که اتصال بین فولاد و بتن بدون نقص است؛ به دست می‌آیند. اساس روش تنش مجاز این است که حتی در بدترین حالت ترکیب بار،‌ تنش‌های مجاز در هیچ نقطه‌ای از سازه از مقادیر معلوم تجاوز نکنند.

در این روش مقاومت نهایی بتن و مقاومت تسلیم شدگی یا 2 درصد از تنش طراحی (تنش معیار) فولاد بر ضرایب ایمنی تقسیم می‌شوند تا تنش‌های مجاز به دست آیند. در این ضرایب ایمنی، عدم قطعیت‌ها در مراحل ساخت و تولید این مصالح لحاظ شده‌اند. طبق IS 456، ضریب ایمنی 3 برای تنش‌های فشاری و خمشی بتن و 1.78 برای مقاومت تسلیم/ طراحی فولاد استفاده می‌شود.

معایب روش تنش مجاز

اصلی‌ترین معایب روش تنش مجاز در طراحی عبارت‌اند از:

• در این روش فرض می‌شود که بتن الاستیک است. این در حالی است که این فرض درست نیست. دلیل این است که بتن حتی تحت تنش‌های کم هم رفتاری غیر الاستیک دارد.
• در این روش از ضرایب ایمنی تنها برای تنش‌ها استفاده می‌شود (برای بارها ضریب ایمنی نداریم)؛ بنابراین در این روش حاشیه ایمنی درستی با در نظر داشتن بارها حاصل نمی‌شود. دلیل این است که ما از بارهای ناشی از شکست اطلاعی نداریم.
• در این روش از هیچ ضریب ایمنی برای بارها استفاده نمی‌شود. این بدان معناست که هیچ قانونی برای لحاظ کردن عدم قطعیت‌ها در برآورد بارها وجود ندارد.
• در این روش انقباض و خزش وابسته به زمان و ذات پلاستیکی مواد لحاظ نمی‌شوند.
• در این روش مقاطعی طراحی می‌شوند که مقرون‌به‌صرفه نخواهند بود.
• در این روش توجهی به شرایط حادث شده هنگام فروریزش نمی‌شود.

روش تنش مجاز بسیار ساده و قابل اعتماد است اما طبق IS 456:2000، روش تنش‌های مجاز تنها در صورتی استفاده می‌شود که کاربرد روش حالت حدی برای طراحی ممکن نباشد. روش تنش مجاز، روشی پایه است و اطلاعات آن برای درک مفاهیم در طراحی ضروری محسوب می‌شود.

روش حالت حدی

 حالت حدی، منطقی‌ترین روشی است که در آن مقاومت نهایی سازه و همچنین الزامات بهره‌برداری در نظر گرفته شده است. این روش ترکیبی از روش‌های تنش مجاز و بار نهایی در طراحی است. این روش مبتنی بر مفهوم ایمنی تحت بارهای نهایی (روش بار نهایی)‌ و قابلیت بهره‌برداری تحت بارهای مجاز (روش تنش مجاز)‌ است. دو حالت حدی مهم وجود دارد که باید در طراحی لحاظ شوند:

• حالت حدی فروریزش
• حالت حدی بهره‌برداری

حالت حدی فروریزش

این حالت حدی با مقاومت سازه در ارتباط است و به انواع زیر تقسیم می‌شود:

• حالت حدی فروپاشی در خمش
• حالت حدی فروپاشی در فشار
• حالت حدی فروپاشی در برش
• حالت حدی فروپاشی در پیچش

حالت حدی بهره‌برداری

این حالت حدی مرتبط با الزامات بهره‌برداری مثل تغییر شکل، ترک‌خوردگی و غیره می‌شود. حالت حدی بهره‌برداری به انواع زیر تقسیم می‌شود:

• حالت حدی تغییر شکل
• حالت حدی ترک‌خوردگی
• حالت حدی ارتعاش

این روش مبتنی بر تغییرات احتمالی بارها و خواص مواد است. روش حالت حدی، عدم قطعیت‌های مرتبط با بارها و خواص مواد را در نظر می‌گیرد؛ بنابراین از ضرایب نسبی ایمنی برای به دست آوردن بارها و تنش‌های طراحی استفاده می‌شود.

روش حالت حدی مبتنی بر برآوردها است. این روش برخلاف روش تنش مجاز است که در آن فرض می‌شود بارها، ضرایب ایمنی و تنش مصالح دقیقاً مشخص هستند. در روش حالت حدی، ضرایب نسبی ایمنی با استفاده از آمار و احتمال به دست می‌آیند. ضرایب ایمنی برای ترکیب‌های مختلف بار، متفاوت هستند. از این رو، طراحی به روشی منطقی‌تر و علمی‌تر صورت می‌گیرد.

مقایسه روش تنش مجاز و روش حالت حدی

منبع

نوشته شده توسط تیم مترجمین موسسه 808

اگر دوست دارید به تیم مترجمین 808 بپیوندید، با ما تماس بگیرید.

دریافت فایل PDF مقاله برای اعضای VIP رایگان است. سایر کاربران با پرداخت ۵۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.