تعتبر الضغوط المتبقية ضغوطًا داخلية -ذاتية الموازنة توجد داخل المادة حتى في حالة عدم وجود أحمال خارجية. في العوارض -المدرفلة على الساخن A572 H-، تنشأ هذه الضغوط من التبريد غير المنتظم وتحولات الطور أثناء عملية التصنيع. إن توزيعها وحجمها لهما تأثير لا يُذكر-على استقرار العضو وعمره الكلالي، وهو ما يجب أخذه في الاعتبار في التصميم المتقدم.
1. الأصل والنمط النموذجي للضغوط المتبقية:
عندما يخرج العارضة H الساخنة- من طاحونة التشطيب وتبرد على القاعدة الجارية-، فإن أطراف الحافة ومركز الويب تبرد وتتصلب أولاً. تتقلص هذه المناطق الأكثر برودة، ولكنها مقيدة بالمادة البلاستيكية-التي لا تزال ساخنة عند وصلات الويب ذات الحافة-.
يتم قفل هذا الانكماش التفاضلي بنمط مميز:
الإجهاد الضاغط المتبقي عند أطراف الحافة والنسيج الأوسط-.
إجهاد الشد المتبقي عند تقاطعات الشفة-الويبية ("منطقة k-").
يمكن أن تصل المقادير النموذجية إلى 10-30% من قوة خضوع المادة (Fy). بالنسبة لـ A572 Gr.50، هذا يعادل تقريبًا 5-15 كيلو بوصة مربعة (35-100 ميجاباسكال).
2. التأثير على سلوك التواء (الأعمدة والكمرات):
انبعاج العمود: إن وجود الضغط المتبقي عند أطراف الحافة يقلل بشكل فعال من النطاق المرن للعضو. عند تطبيق حمل محوري، فإن تلك المناطق تنتج أقلمُطبَّقشدد عليها لأنها مضغوطة مسبقًا-. وهذا يقلل من المعامل الفعال ويمكن أن يقلل من حمل الإبزيم الحرج، خاصة بالنسبة للأعضاء في نطاق الرقة المتوسط (حيث يتحكم الإبزيم غير المرن). منحنيات تصميم الأعمدة الحديثة (على سبيل المثال، منحنى عمود AISC) تفسر بشكل تجريبي متوسط تأثير هذه الضغوط المتبقية، إلى جانب العيوب الهندسية الأولية. يعد نمط وحجم الإجهاد المتبقي أحد أسباب وجود منحنيات أعمدة مختلفة لأنواع مختلفة من المقاطع العرضية - (على سبيل المثال، أشكال W- مقابل المقاطع الهيكلية المجوفة).
التواء الجانبي -الالتوائي (LTB) للكمرات: تتفاعل الضغوط المتبقية مع ضغوط الانحناء المطبقة. في الحزمة المعرضة لثني المحور الرئيسي-، يضيف إجهاد الضغط المتبقي عند طرف الحافة إلى إجهاد الضغط المطبق من الانحناء. يمكن أن يؤدي هذا إلى تعجيل الإنتاج المحلي المبكر عند أطراف الحافة، مما يقلل من قدرة الشعاع على الوصول إلى سعة العزم البلاستيكي الكاملة (Mp) ومن المحتمل أن يؤثر على قوة LTB غير المرنة. تتضمن معادلات تصميم الشعاع الخاصة بمواصفات AISC هذا التأثير من خلال معلمات النحافة المحددة ( lectp، lectr ) وعامل التدرج اللحظي (Cb).
3. التأثير على سلوك التعب:
التعب هو الضرر الهيكلي التدريجي والموضعي الذي يحدث عندما تتعرض المادة للتحميل الدوري. الضغوط المتبقية هي عاملا حاسما.
التأثير المفيد: تعتبر الضغوط الضاغطة المتبقية في مواقع بدء التشققات المحتملة (مثل أسطح الحواف) مفيدة للغاية. إنها ترفع بشكل فعال متوسط إجهاد دورة الكلال تجاه الضغط، مما يزيد من صعوبة فتح وانتشار الشقوق الصغيرة-. هذا يمكن أن يزيد بشكل كبير من عمر التعب.
التأثير الضار: على العكس من ذلك، فإن ضغوط الشد المتبقية عند وصلة الشفة-الشبكة (منطقة إجهاد عالية-) تقلل من قوة الكلال. إنها تضيف إلى ضغوط الشد المطبقة، مما يعزز بدء التشقق. يعد هذا مهمًا بشكل خاص للتفاصيل المصنفة ضمن AISC 360 Appendix 3 أو مواصفات تصميم جسر AASHTO، حيث غالبًا ما تكون وصلة الويب ذات الحافة - من تفاصيل الفئة B أو C.
التخفيف: بالنسبة للهياكل المعرضة لدورة إجهاد عالية-(على سبيل المثال، عوارض مدرج الرافعة وأعضاء الجسور)،-يمكن استخدام معالجات ما بعد التصنيع مثل الصقل بالخردق لتحفيز طبقة سطحية من إجهاد الضغط المتبقي، وتجاوز ضغوط الشد-المدلفنة وتحسين أداء الكلال.
4. الآثار المترتبة على التصنيع والتصميم:
القطع واللحام: يقدم القطع الحراري (اللهب أو البلازما) واللحام مجالات إجهاد متبقية جديدة، شديدة في كثير من الأحيان، والتي يمكن أن تكون أعلى بترتيب من حيث الحجم من الضغوطات المدرفلة. ويجب أخذ ذلك في الاعتبار عند تصميم تفاصيل الاتصال، خاصة بالنسبة للأعضاء المعرضين للإرهاق-.
فلسفة التصميم: بالنسبة للتصميم العام للمبنى في ظل الأحمال الثابتة، يتم تغطية تأثيرات -الضغوط المتبقية المتدحرجة ضمنيًا بواسطة الصيغ المشتقة تجريبيًا في مواصفات AISC. المصمم لا يحسبها مباشرة.
التحليل المتقدم: بالنسبة للتطبيقات المتخصصة (على سبيل المثال، تقييم الأداء الزلزالي باستخدام تحليل العناصر المحدودة المتقدم، أو تصميم هياكل فضائية رفيعة للغاية)، قد تكون النمذجة الواضحة لنمط الإجهاد المتبقي ضرورية للتنبؤ الدقيق بسلوك التواء غير المرن والتباطؤ.
جدول: تأثيرات وإدارة الإجهادات المتبقية في العوارض A572 H-.
| وجه | تأثير -الإجهادات المتبقية | اعتبارات التصميم/التصنيع |
|---|---|---|
| قوة العمود | يقلل من حمل الإبزيم الحرج من أجل النحافة المتوسطة. | يتم حسابها في منحنيات أعمدة AISC (على سبيل المثال، منحنى أشكال W-). |
| شعاع التواء الجانبي | يعزز الإنتاج المبكر عند أطراف الحافة، مما يؤثر على قوة LTB. | تم دمجها في معادلات LTB الخاصة بـ AISC (حساب Fcr). |
| حياة التعب | تعتبر ضغوط الشد عند تقاطع شفة الويب-ضارة. تعتبر الضغوط الضاغطة على الأسطح مفيدة. | حاسم لتصميم التعب وفقًا لملحق AISC 3 أو AASHTO. يمكن استخدام ما بعد -العلاج (التبول). |
| التصنيع (اللحام) | تهيمن ضغوط اللحام الجديدة. يمكن أن يسبب تشويه. | استخدام تسلسل اللحام لتقليل التشويه؛ يمكن تحديد تخفيف الضغط للأقسام السميكة. |
باختصار، يعد نمط الإجهاد المتبقي في العوارض-المدرفلة على الساخن A572 H-منتجًا ثانويًا متأصلًا في عملية التصنيع. على الرغم من أنها ليست مصدر قلق رئيسي لمعظم تصميمات المباني الثابتة (حيث استوعبت الرموز تأثيراتها)، إلا أنها أصبحت اعتبارًا حاسمًا لاستقرار الأعضاء النحيلة، والسلوك المرن تحت الأحمال الزلزالية، وعمر الكلال للهياكل المعرضة للتحميل الدوري. يتيح فهم وجودها للمهندسين اتخاذ قرارات مستنيرة بشأن اختيار الأعضاء وتفاصيل الاتصال والمعالجات المحتملة- لما بعد التصنيع.