مشخصات فنی سازه های فضایی

طراحی اتصالات و پیونده ها

کلیات
1. با توجه به آنکه رفتار سازه های فضایی متأثر از نوع اتصالات و پیونده ها می باشد، در طراحی سازه های فضایی فرض نیز فرضیات مدل سازی در ارتباط با رفتار اتصال و پیونده نقش بارزی در نتایج حاصله خواهند داشت. به منظور شناسایی رفتار سازه فضایی و مدل سازی واقع گرایانه و تدقیق محاسبات سازه ای، لازم است دسته بندی مناسبی از اتصالات و پیونده ها بعمل آید.
2. علی رغم تنوع اتصالات و پیونده ها در انواع سازه های فضایی، دسته بندی آنها از سه دیدگاه اساسی زیر می تواند صورت گیرد:
 
  • دسته بندی از دیدگاه میزان صلبیت (میزان انعطاف پذیری)
  • دسته بندی از دیدگاه روش اجرای اتصال
  • دسته بندی از دیدگاه سیستم های پیونده ها و شیوه های ساخت و مصالح مربوط
 
3. فرضیات در نظر گرفته شده در مدل سازی اتصالات و پیونده ها برای تحلیل سازه، باید به گونه ای هماهنگ و سازگار در طراحی اتصالات و پیونده ها ارضا شوند. به این منظور خواصی مانند میزان صلبیت اتصالات و پیونده ها، تغییر شکل پیونده ها، میزان مقاومت اتصال، رفتار پسماند اتصال و میزان میرایی آن، که از عوامل اصلی و مبانی طراحی اتصال و پیونده به شمار می روند، باید متناسب با فرضیات مدل سازی اتصالات و پیونده ها در مرحله تحلیل، طراحی شوند.

دسته بندی اتصالات

میدان حاکم تنش ها در اتصالات سازه های فضایی از تنوع خاصی برخوردار است. به نحویکه یک اتصال یا پیونده می تواند به تنهایی یا همزمان تحت اثر نیروهای محوری، برشی و لنگرهای خمشی و پیچشی چند محوری قرار گیرد. در تعیین نوع این نیروها و میزان آنها، میزان صلبیت اتصال، روش های اجرای اتصال و نوع سیستم های پیونده تأثیر بسزایی در رفتار اتصال خواهد داشت. بنابراین به منظور دسته بندی جامع، در این آیین نامه اتصالات و پیونده ها در سازه های فضایی از این سه دیدگاه دسته بندی می شوند.

دسته بندی از دیدگاه میزان صلبیت

یکی از معیارهای اساسی در طراحی اتصالات و پیونده ها در سازه های فضایی، فرضیات به کار رفته در مدل سازی اتصالات در مرحله تحلیل سازه های فضایی می باشد که مبتنی بر صلبیت اتصالات و پیونده ها می باشد. فرض میزان صلبیت اتصالات نه تنها بستگی به نوع اتصال، اجزا و مصالح آن دارد، بلکه به نوع تاشه و ابعاد سازه فضایی نیز وابسته است. از سوی دیگر، صلبیت با توجه به تغییر شکل های ممکن در اتصال می تواند محوری، برشی، خمشی، پیچشی و یا ترکیبی از آنها (به صورت اندرکنش آنها) تعریف شود که بسته به پروژه مورد نظر باید مدنظر قرار گیرد. در این مرحله دسته بندی اتصالات و پیونده های سازه فضایی براساس صلبیت خمشی در نظر گرفته شده است. براساس این اتصالات به سه نوع متفاوت دسته بندی می شوند:
  • اتصال مفصلی
  • اتصال صلب
  • اتصال نیمه صلب

طراحی جزئیات انواع اتصالات با توجه به شاخص هایی که در بندهای زیر تعریف می شوند، باید به نحوی صورت گیرد، که رفتار اتصال با فرضیات تحلیل سازگار باشد.

اتصال با عملکرد نزدیک به مفصل

اتصالی با عملکرد نزدیک به مفصلی تلقی خواهد شد که

 
  1.  قابلیت اندکی برای انتقال لنگر عضو داشته باشد. اتصالاتی که قادر به انتقال لنگر گیرداری عضو تا میزان حداکثر 20% لنگر گیرداری عضو باشند به طور معمول در این دسته طبقه بندی می شوند.
  2. در میدان حاکم تلاش های اتصال مقدار لنگر ناچیز باشد.

شاخص اتصال در مورد این نوع از اتصالات کوچکتر  یا برابر با 2/0 در نظر گرفته می شود.

در شکل نمونه ای از اتصال با عملکرد نزدیک به مفصل نشان داده شده است.



اتصال با عملکرد نزدیک به صلب

اتصالی با عملکرد نزدیک به صلب تلقی خواهد شد که:

1) قادر باشد حداقل 90% لنگر عضو را انتقال دهد؛

2) در صورت عدم وجود لنگر در اتصال، عملاً تغییر شکل های دورانی وجود نخواهد داشت و فرض رفتار صلب حتی برای یک اتصال مفصلی نیز صادق خواهد بود.

حداقل شاخص اتصال در این نوع اتصالات برابر با 8/0 و یا بزرگتر در نظر گرفته می شود.

در شکل نمونه ای از اتصال با عملکرد نزدیک به صلب نشان داده شده است.



اتصال با عملکرد نیمه صلب

اتصالی با عملکرد نیمه صلب تلقی خواهد شد که بتواند لنگری مابین مقادیر 20% و 90% لنگر عضو را تحمل و انتقال دهد.

شاخص اتصال در مورد این نوع اتصالات بسته به میزان قابلیت انتقال لنگر بین 2/0 و 8/0 می باشد.

در شکل نمونه ای از اتصال با عملکرد نیمه صلب نشان داده شده است.



دسته بندی از دیدگاه روش اجرای اتصال

در طراحی اتصالات نه تنها فرضیات به کار رفته در ارتباط با صلبیت اتصالات باید واقع  گرایانه و قابل حصول باشد، بلکه نحوه اجرا و ساخت اتصال در طراحی آن نقش اساسی دارد. با توجه به تنوع اتصالات و سیستم های پیونده در سازه فضایی از دیدگاه شیوه ساخت از جمله اتصالات و پیونده های پیش ساخته یا به صورت ساخت درجا یا قابلیت یا فقدان قابلیت مونتاژ نمودن سازه در پای کار، طیف وسیعی از نوع اتصالات در سازه های فضایی ابداع گردیده است. که از دیدگاه اجرای شامل اتصالات جوشی، پیچی، پرسی، کام و زبانه ای یا ترکیبی از این روش ها می گردد که در نحوه طراحی هر کدام از آنها معیارهای مربوط باید به کار گرفته شوند.

در دسته بندی اتصالات از نقطه نظر نحوه اجرای اتصال، نه تنها نحوه اتصال می تواند عامل اساسی در طراحی باشد، بلکه اجزای به کار رفته وشیوه اتصالات آنها نیز حائز اهمیت است. به عنوان مثال، در اتصال جوشی، جوشکاری ورق های مستوی، استوانه ای و کروی با شیوه های اجرایی متفاوت ولی متناسب با هندسه اتصال به کار گرفته می شود.

در صورت استفاده از اتصالات پرچی، معیارهای خاص آنها نیز باید ملحوظ گردند.

اتصالات جوشی

در اتصال جوشی همان گونه که از عنوانش نمایان است، از جوش برای اتصال اعضا به پیونده ها و یا کل اجزای اتصال و یا اتصال مستقیم اعضا به یکدیگر استفاده می شود. نمونه هایی از این نوع اتصالات سازه های فضایی، در شکل ها نشان داده شده است.







اتصالات پیچی

در اتصال پیچی همان گونه که از عنوانش مشخص است از پیچ به عنوان وسیله اتصال اعضا استفاده می شود. نمونه هایی از این نوع اتصالات در سیستم های متفاوت سازه های فضایی در شکل ها نشان داده شده است.



اتصالات پرسی

در اتصال پرسی برای اجرای اتصال، انتها یا قسمتی از اعضا پرس می شوند. در شکل نمونه ای از این نوع اتصال نشان داده شده است.





اتصالات کام و زبانه ای

در این نوع از اتصال از سیستم کام و زبانه برای تأمین اتصال استفاده می شود. در شکل نمونه ای از این نوع اتصال نشان داده شده است.





اتصالات ترکیبی

اتصالات ترکیبی اتصالاتی را شامل می شوند که ترکیبی متناسب از برخی از انواع اتصالات جوشی، پیچی، پرسی و یا کام و زبانه ای باشند. در شکل نمونه ای از این نوع اتصال نشان داده شده می شود.



دسته بندی از دیدگاه مدول های مبنا

بسته به نوع اعضای سازه های فضایی، ملاحظات صنعتی، تجاری و اقتصادی و همچنین جنبه های رفتاری سازه ای، انواع گوناگون سیستم های پیونده ها ابداع گردیده اند. در دسته بندی کلی، سیستم های متنوع مزبور را می توان در دو رده مهم سیستم های پیونده ای (گرهی) و سیستم های واحدی (مدوله) مورد بررسی قرار داد.

سیستم های پیونده ای

در این سیستم ها پیونده ها به صورت واسطه ای بین اعضا عمل می نمایند. این سیستم ها با توجه به نوع کاربرد آنها در سازه-های فضایی و اجزای تشکیل دهنده آنها به پنج گروه: پیونده های گوی سان، پیونده های نیامی، پیونده های صفحه ای، پیونده-های شکافی و پیونده های پوسته ای تقسیم بندی می شوند. در شکل نمونه ای از سیستم های شامل پیونده های گوی سان نشان داده شده است.



سیستم های واحدی

این نوع سیستم ها، از مدول هایی تشکیل شده اند که شامل دو یا چند جزء متصل بهم می باشند. فرم های متنوع این مدول ها، انواع متنوعی از سیستم های واحدی را به وجود آورده اند. متداول ترین انواع این سیستم ها با توجه به کاربرد گسترده آنها در سازه های فضایی شامل سیستم های موسوم به Space Deck Diamond ,Cubic ,Unibat, و Harley تقسیم بندی می گردند.

در شکل سیستم به عنوان نمونه ای از سیستم های Space Deck واحدی نشان داده شده است.




منبع: آئین نامه سازه های فضایی (کد0400)