پایگاه علمی سعید سان دانلود رایگان مقالات علمی کنفرانس و ژورنال
به دلیل مقاومت بیشتر فولادهای با مقاومت بالا می‌توان از مقاطع ظریفتری نسبت به فولادهای نرمه ساختمانی استفاده کرد. لذا این امر باعث کاهش وزن سازه و درنتیجه هزینه میشود. ظریفتر شدن مقاطع مخصوصاً در ستون‌ها باعث افزایش لاغری و در نتیجه کاهش تنش‌های مجاز کم میشود. در واقع از تمام ظرفیت مقطع نمی‌توان استفاده نمود.
تولید فولادهای پر مقاومت با خواص مناسب مانند شکل پذیری مناسب و مقاومت بالا در طی ۵۰ سال اخیر شدیداً توسعه یافته است. ولی به علت شناخت کم مهندسین داخلی، استفاده از آنها در صنعت ساخت و ساز کشور رشد قابل توجهی نیافته است. تا زمانی که مشخصات این فولادها به طور کامل ارزیابی نشود و عملکرد آنها در بارگذاری‌های لرزه‌ای مورد تحقیق و بررسی قرار نگیرد، استفاده از این فولادها که موجب اقتصادی شدن پروژه‌های ساخت و ساز می‌شوند، توسعه نخواهد یافت.
فولاد مقاومت بالا در میان گسترش پیشرفت عملکرد فولاد برای چندین نوع ساختمان صنعتی در دسترس بوده است. از قبیل مخازن تحت فشار، خطوط لوله، ماشین آلات و وسایل. اخیراً فولاد پر مقاومت به عنوان مصالح ساختمانی برای ساخت ساختمان‌ها مورد استفاده قرار گرفته است. فولاد مقاومت بالا بطور افزاینده بجهت ارائه مزیت‌های برجسته زیر برای ساخت ساختمان‌ها، پل‌ها و سکوهای ساحلی پذیرفته میشود.
ساخت ساختمان‌های بلند مرتبه
ساخت ساختمان‌های با ستون‌های کمتر و دهانه‌های طویل‌تر جهت افزایش سطح قابل اجاره
ساخت ساختمان‌های با مقاومت بیشتر در برابربار باد و زلزله
افزایش اختیارات معماری با سبکتر و مقاوم‌تر شدن المان‌ها و قاب‌ها
تسهیل ساخت و نصب
پیشرفت روش‌های ساخت جدید
در چهار دهه اخیر فرآوری و بکارگیری فولادهای پر استحکام با مقاومت بالا مورد توجه خاصی قرار گرفته است، بنحوی که طی این این مدت این گونه از فولادها بخوبی جای خود را در کاربردهای متنوع صنعتی باز کرده و در حال حاضر در موارد خاص استفاده از آنها غیر قابل چشم پوشی است. مقاومت تسلیم بالا و رفتار بسیار مناسب این فولادها سبب جایگزینی آنها با فولادهای معمول شده است.
پیشرفت‌های فنی حاصل شده در سال‌های اخیر در زمینه فولادسازی و نورد گرم، سبب کاهش قیمت و افزایش میزان رقابت فولادهای پر استحکام کم آلیاژ با دیگر انواع فولادها شده است. مزیت استفاده از فولادهای پرمقاومت از دو دیدگاه قابل بررسی است.
استفاده از این گونه فولادها باعث کاهش هزینه ساخت سازه میشود.
باعث کاهش مصالح مورد استفاده و در نهایت سبک شدن سازه میشود.
دیدگاه دوم که بصورت زنجیره وار با دیدگاه نخست وابسته است، بهبود لرزه‌ای رفتار سازه در برابر بارهای دینامیکی مانند زلزله و دیگر بارهای ارتعاشی بدلیل کاهش جرم و ظریفتر شدن ابعاد اجزای باربر است. مصالح سنگین بخش عمده‌ای از تلفات را به هنگام زلزله به بار می‌آورند. روشن است که هر قدر جرم ساختمان کاهش یابد نیروی اینرسی که به ساختمان وارد میشود کاهش یافته و استفاده از اجزای سازه‌ای ظریف برای تحمل نیروهای ناشی از زلزله به خوبی کفایت خواهد کرد. بطور کلی در ساختمان دو نوع ابزار بکار گرفته می‌شوند.
گروه اول اعضای سازه‌ای و حساس هستند که این اعضاء وظیفه تحمل نیروهای ناشی از زلزله و بارهای قائم را بر عهده دارند.
گروه دیگر اعضای غیر سازه‌ای مانند دیوار های جداکننده هستند.
معیارهای اصلی طراحی فولاد
استحکام کششی
استحکام کششی مهمترین پارامتر فولاد است که مقدار آن برای طراحان مورد نیاز است.
خاصیت چقرمگی
وجود نواقص و عیوب در فولاد از ماهیت و طبیعت آن است، هر چند که این نواقص خیلی کوچک باشند. زمانی که فولاد تحت بار کششی قرار می‌گیرد، نواقص ذکر شده تاثیرشان را نشان می‌دهند. اگر فولاد به اندازه کافی چقرمه نباشد، بدون تغییرشکل پلاستیک، عیوب تبدیل به ترک شده و سریع گسترش می‌یابند و موجب گسیختگی می‌شوند.
خاصیت چکش خواری
شکل پذیری یک ویژگی و درجه کیفی از فولاد بوده و با میزان افزایش طول فولاد تحت بار کششی بین نقطه تسلیم و حد پاره شدگی آن، اندازه گیری میشود. به بیان دیگر میزان افزایش طول فولاد از نقطه تسلیم تا گسیختگی خاصیت شکل پذیری را نشان می‌دهد. این خاصیت خوب فولاد می‌تواند تنش‌های زیاد موضعی را بدون ایجاد گسیختگی باز توزیع نموده و به عبارتی موجب ایجاد ظرفیت گشتاور پلاستیک در مقطع شود.
جوش پذیری
بطور کلی تمام فولادهای ساختمانی دارای خاصیت جوش پذیری هستند ولی برای یک جوش قابل قبول باید تمامی ابهامات در ناحیه ذوب و گرمای موضعی ایجاد شده در فولاد مرتفع شود. بدلیل بزرگی قطعات فولادی نسبت به ناحیه کوچک جوش، جذب گرما سریع بوده و جوش به سرعت خنک میشود. این امر ممکن است منجر به سخت شدن فولاد در ناحیه نزدیک به اطراف حوضچه جوش شود که نتیجه آن، کاهش چقرمگی و ترد شکنی فولاد است.
بررسی استفاده از فولاد مقاومت بالا در قاب‌های خمشی
سیستم قاب خمشی به لحاظ رفتاری که در برابر بارهای جانبی از خود نشان می‌دهد در اغلب سازه‌های فولادی بکار برده میشود. مهمتریین خاصیت این سیستم نحوه اتصال اعضای آن است که به نحو موثری در رفتار سازه‌ای و پایداری سیستم دخیل است. از مهمترین مزایای این سیستم می‌توان به عدم تداخل در ملاحظات معماری از قبیل بازشو اشاره کرد. در این نوع سیستم تمام دهانه‌ها برای تعبیه بازشو آزاد هستند.
از لحاظ رفتاری نیز این سیستم نسبتاً شکل پذیر است و قابلیت بالایی در استهلاک انرژی از خود نشان می‌دهد. سختی این سیستم نسبتاً کم است و در برابر بارهای جانبی دچار ضعف سختی هستند. به همین علت برای تقویت این سیستم نیاز به مقاطع بزرگ است که این امر باعث افزایش وزن سازه میشود. در طراحی قاب‌های خمشی در مناطق زلزله خیز فلسفه طراحی تیر ضعیف – ستون قوی باید مد نظر قرار گیرد. یعنی تناسب بین سختی تیرها و ستون‌ها طوری رعایت شود که تغییرشکل‌های غیرارتجاعی و مفصل‌های پلاستیک در تیرها ایجاد شوند و در ستون‌ها مفصل پلاستیک ایجاد نشود تا به این طریق از تمرکز تغییر شکل در یک طبقه خاص جلوگیری شود.
فولادهای مقاومت بالا بیشتر در کاهش وزن قاب‌های کوتاه مرتبه موثر هستند. چرا که با افزایش ارتفاع سازه بارهای جانبی نیز افزایش مییابد و این موضوع باعث افزایش تغییر مکان‌های نسبی بین طبقات ساختمان میشود. از طرف دیگر استفاده از فولاهای با مقاومت بالا باعث کوچکتر شدن و ظریفتر شدن مقاطع فولادی میشود که به موجب آن کاهش ممان اینرسی تیرها و ستون‌های طبقات و کاهش سختی جانبی طبقات که متناسب با سختی تیرها و ستون‌ها است، حاصل میشود. از آنجا که یکی از معیارهای طرح لرزه‌ای سازه‌های ساختمانی کنترل تغییر مکان نسبی طبقات است برای جبران این نقصان باید از مقاطع بزرگتری استفاده شود. هر چند که تنش‌های موجود کمتر از مقادیر مجاز باشد. با افزایش ابعاد مقاطع فولادی در قاب‌های خمشی وزن سازه نیز افزایش مییابد.
گاهی مواقع استفاده از ترکیب فولادهای مقاومت بالا و معمولی می‌تواند باعث اقتصادی‌تر شدن سازه شود. چنانچه در طراحی قاب‌های خمشی فولادی نیاز به استفاده ترکیبی از هر دو نوع فولاد باشد، بهتر است برای کاهش تغییر مکان نسبی طبقات و تامین کنترل تغییرشکل‌های جانبی، در ستون‌ها از فولاد معمولی و در تیرها از فولاد مقاومت بالا استفاده شود. بر اساس نتایج فوق، فولادهای مقاومت بالا بیشترین نقش را در کاهش وزن و اقتصادی‌تر شدن سازه‌هایی دارد که معیار طراحی اجزای آنها تنش باشد و تغییر شکل و کمانش در طراحی آنها موثر نباشند، مانند اعضای کششی، ستون‌های غیر لاغر و تیرهای دوسر مفصل فشرده.