امكان‌سنجي استفاده از پروفيل‌هاي كامپوزيتي در سازه‌هاي صنعتي و طراحي مناسب چيدمان لايه‌ها در مقاطع مواد مركب

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي عمران

كارشناسي ارشد

سوله‌ها به‌عنوان سازه‌هاي فلزي پيش‌ساخته، نقش بسيار مهمي در توسعه صنايع مختلف ايفا مي‌كنند. اين نوع سازه‌ها به دليل دهانه‌هاي بزرگ بدون ستون مياني، سرعت بالاي اجرا، انعطاف‌پذيري در طراحي و مقرون‌به‌صرفه بودن، به طور گسترده در پروژه‌هاي صنعتي مورداستفاده قرار مي‌گيرند. از جمله كاربردهاي اصلي سوله مي‌توان به احداث كارخانه‌ها، انبارها، كارگاه‌هاي توليدي، سالن‌هاي ورزشي، مراكز نگهداري كالا، مراكز تجاري و حتي پايگاه‌هاي نظامي اشاره كرد. سوله‌ها به‌ويژه در صنايعي كه نياز به فضاهاي باز و بدون مانع داخلي دارند، نظير خودروسازي، صنايع غذايي، پتروشيمي و لجستيك، اهميت ويژه‌اي دارند. سهولت در نصب، قابليت توسعه آتي و مقاومت بالا در برابر بارهاي محيطي نظير باد، برف و زلزله، از ديگر دلايلي است كه سوله‌ها را به گزينه‌اي محبوب در پروژه‌هاي عمراني و صنعتي تبديل كرده است. در اين پژوهش، امكان‌سنجي جايگزيني مقاطع فولادي با پروفيل‌هاي كامپوزيتي در سازه‌هاي صنعتي به‌خصوص سوله موردبررسي قرار گرفته‌است. در گام نخست، مقطع Z شكل فولادي (پرلين) به‌عنوان حالت مرجع طراحي و ارزيابي شده‌است. سپس به‌منظور مقايسه عملكرد، پروفيل‌هاي كامپوزيتي از جنس پليمر تقويت‌شده با الياف كربن با چيدمان‌هاي مختلف لايه‌ها از نظر زاويه، توالي و نوع الياف طراحي شدند. تحليل‌هاي عددي با بهره‌گيري از روش اجزاي محدود انجام گرفته و پارامترهايي نظير توزيع تنش، كرنش، خيز، سختي خمشي و پايداري سازه‌اي بين مقاطع فولادي و كامپوزيتي مورد مقايسه قرار گرفتند. به‌منظور بهبود رفتار سازه‌اي، استفاده از كلاف افقي كامپوزيتي به‌عنوان يك مؤلفه تقويتي در سيستم سازه بررسي شد. نتايج حاكي از آن است كه كلاف افقي كامپوزيتي موجب كاهش محسوس خيز و افزايش پايداري جانبي شده است. علاوه بر اين، تحليل حساسيت به‌منظور يافتن آرايش بهينه لايه‌ها صورت گرفت و نشان داده شد‌كه زاويه‌گذاري صحيح لايه‌ها تأثير بسزايي در ارتقاي عملكرد نهايي مقاطع كامپوزيتي دارد. نتايج نهايي اين تحقيق نشان مي‌دهد كه با طراحي دقيق و انتخاب مناسب چيدمان لايه‌ها، مي‌توان پروفيل‌هاي كامپوزيتي را به‌عنوان جايگزيني مقرون‌به‌صرفه و كارآمد براي مقاطع فولادي به‌ويژه در محيط‌هاي مرطوب يا مستعد خوردگي به كار گرفت. در نهايت، يك طراحي بهينه‌شده براي مقطع كامپوزيتي ارائه شد كه ضمن دستيابي به عملكرد مكانيكي قابل‌رقابت با مقطع فولادي، باعث كاهش چشمگير وزن سازه و ارتقاي دوام آن مي‌شود. لازم به ذكر است يكي از مزاياي قابل توجه استفاده از مقاطع كامپوزيتي در سازه‌هاي صنعتي، كاهش چشمگير هزينه‌هاي نگهداري در مقايسه با مقاطع فولادي است. پروفيل‌هاي كامپوزيتي به‌طور ذاتي در برابر خوردگي، پوسيدگي و آسيب‌هاي محيطي مقاوم هستند و نيازي به عمليات‌هاي مكرر رنگ‌آميزي، پوشش‌دهي يا تعويض قطعات در دوره‌هاي كوتاه‌مدت ندارند. اين ويژگي منجر به كاهش هزينه‌هاي مستقيم تعمير و نگهداري و همچنين افزايش طول عمر بهره‌برداري از سازه مي‌شود. اگرچه هزينه اوليه توليد يا نصب مقاطع كامپوزيتي ممكن است بالاتر از نمونه‌هاي سنتي باشد، اما در طول عمر سازه، كاهش هزينه‌هاي نگهداري و تعميرات منجر به صرفه‌جويي اقتصادي قابل توجهي خواهد شد.

236547

سازه

مهندسي عمران

دانشگاه صنعتي اصفهان