مکانیسم های خرابی و مسیرهای بار در سقف فلزی

سیستم های سقف فلزی درز ایستاده (SSMR) به دلیل وزن سبک، استحکام بالا و ساخت مناسب به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند [10]. اجزای معمولی و ساختار یک سیستم SSMR در شکل 1 نشان داده شده است. به جای استفاده از پیچ های نفوذی، دو پانل به صورت مکانیکی در درز به هم چسبانده شده اند که کیفیت ضد آب برتری را فراهم می کند[9]. متفاوت از سیستم های سقف سنتی با جرم های بزرگ، پانل های سقف سیستم های SSMR تغییر شکل های هندسی بزرگی را حتی تحت فشار باد کم تجربه می کنند که رفتار ساختاری سیستم سقف را به طور قابل توجهی تغییر می دهد [17]. تحقیقات قبلی [13]، [12]، [3]، [8]، [23]، [11]، [26]، [27] نشان داده‌اند که تشکیل گرداب‌های مخروطی شکل توسط بادهای مورب یا گوشه‌ای، نیروهای بالابرنده قوی ایجاد می‌کند. روی سطح سقف تحت افزایش بار بالابر، درزها را می توان از هم جدا کرد، منجر به شکست بیرون کشیدن گیره می شود [20]. از آنجایی که اجزای مختلف سقف با هم کار می کنند تا در برابر بارهای باد مقاومت کنند و هیچ مکانیزم واحدی شکست اتصالات درز را کنترل نمی کند [5]، ارزیابی استحکام اتصالات درز از طریق آزمایش های خروج دشوار است.

عملکرد سیستم های SSMR در چند دهه گذشته توسط چندین محقق مورد مطالعه قرار گرفته است. شروتر [18] آزمایش‌های فشار یکنواخت ایستا را برای اندازه‌گیری مقاومت نمونه سقفی با عرض 5 پانل در معرض فشار باد بالابرنده انجام داد. مشاهده شد که استحکام نهایی با کمانش دنده ها یا جداسازی درزهای پانل کنترل می شود. پروات و همکاران [17] عملکرد سقف و توزیع بار در بین گیره ها با ابعاد 5 متر × 5 متر را بررسی کرد. مشخص شد که پاسخ غیر خطی با جابجایی بزرگتر تحت بارهای بالابرنده باعث تغییر در توزیع بار در بین کلیپ ها می شود. سینو و همکاران [19] از درایورهای الکترومغناطیسی برای اعمال نیروهای بالابر دینامیکی غیریکنواخت بر روی یک نمونه از SSMR استفاده کرد. با این حال، قدرت تفکیک نیروها محدود بود و محرک های مغناطیسی فقط می توانستند بارهای تک قطبی را اعمال کنند.

فرقوهر و همکاران [6] یک مدل مقیاس را که برای خرابی در گیره‌ها طراحی شده بود، آزمایش کرد و ظرفیت باربری را بررسی کرد. این نویسندگان دریافتند که ASCE 7-02 بار کلیپ طراحی را تا حدود 30 درصد بیش از حد تخمین زده است زیرا بدترین فشارهای مؤثر برای گیره هایی که مجاور لبه نیستند رخ می دهد. با این حال، عملکرد سازه به دلیل ساده‌سازی اجزای سقف در مدل تونل باد، به طور کامل تکرار نشد. سینو [20] و سوری و همکاران. [21] آزمایش هایی را روی سیستم های SSMR در مقیاس کامل انجام داد. حالت شکست مشاهده شده از این آزمایش ها جدا شدن درز ناشی از انحراف بیش از حد در اتصال درز به گیره بود. هابت و همکاران [9] فشارهای سطح سقف ناشی از باد و انحرافات پانل سقف را تحت بارگذاری واقعی باد بر روی یک ساختمان بسیار کوچک در تأسیسات دیوار باد (WoW) در دانشگاه بین‌المللی فلوریدا (FIU) بررسی کرد. حالت شکست مشاهده شده از این آزمایش ها جداسازی درز بود. جداسازی سفتی درز را ضعیف کرد و منجر به شکست پیشرونده (در امتداد درز) شد. در نتیجه، جدا شدن درز در گیره ها مشاهده شد.

موریسون و همکاران (2015) عملکرد یک سیستم SSMR را با ابعاد 9.1 متر در 13.7 متر و شرایط مرزی تحت فشار واقعی باد آزمایش کرد. این نویسندگان دریافتند که انحراف پانل ها منجر به توزیع مجدد بار در طول پانل می شود و بخش قابل توجهی از بارها به لبه سقف منتقل می شود. با این حال، آنها نتوانستند به حالت حدی آزمایش کنند.

نصیری [16] مسیرهای بار را در میان کلیپ های سیستم SSMR در آزمایشگاه تحقیقات بیمه برای خانه های بهتر (IRLBH) بررسی کرد. او دریافت که حدود 25٪ از بار باد به لبه سقف منتقل می شود و تنها 1٪ از بار باد به طرف دیگر سقف در سراسر یال منتقل می شود. یک رابطه خطی بین فشار اعمال شده و پاسخ سازه تحت فشار باد کم مشاهده شد. او همچنین دریافت که اشتراک بار در بین گیره ها با بارهای بزرگتر تغییر می کند، با افزایش انتقال بار به لبه بام به دلیل انحراف زیاد پانل ها در بارهای باد بیشتر.

چندین آزمایش فشار استاندارد برای ارزیابی عملکرد سیستم های SSMR تحت بار باد استفاده شده است. بیشتر این کارها بر ظرفیت باربری نهایی سیستم های سقف تمرکز دارند (به عنوان مثال، FM 4474 [7]، ASTM E1592 [1]، UL 580 [24]، UL 1897 [25]، CSA A123.21 [2]). تفاوت اندازه پانل و شرایط مرزی، رفتار ساختاری و حالت‌های خرابی را بین شرایط میدان آزمایشی و واقعی تغییر می‌دهد. به عنوان مثال، شروتر [18] نشان داد که شرایط انتهایی بر اعوجاج متقاطع پانل ها تأثیر می گذارد و می تواند نتایج را تا 3.7 متر از انتهای پانل ها تحت تأثیر قرار دهد. با این حال، روش تست استانداردی وجود ندارد که عملکرد پیوست‌ها را در مرز در نظر بگیرد. علاوه بر این، اثرات روی مسیرهای بار در سیستم‌های SSMR هنوز به طور کامل درک نشده است، زیرا تعداد کمی از پروتکل‌های تست استاندارد، بارهای کلیپ را هنگام ارزیابی عملکرد بالابرنده باد سیستم‌های سقف ثبت می‌کنند. دیکسون و همکاران [5] تأثیر شرایط مرزی بر مسیرهای بار و اشتراک بار سیستم‌های SSMR را بررسی کرد و اشاره کرد که بارهای اندازه‌گیری شده روی گیره‌ها در لبه‌های روکش فلزی حدود 40 درصد کمتر از بارهای گیره‌های داخلی است. توزیع فضایی بارها در یک نمونه در هنگام شکست تا حدودی یک راز باقی می ماند [4].

هدف از این مطالعه بررسی مسیرهای بار و اشتراک بار در SSMR نزدیک به حالت حدی است. برای این منظور، یک سری آزمایش در مقیاس کامل در آزمایشگاه تحقیقات بیمه برای خانه های بهتر (IRLBH) در دانشگاه وسترن انتاریو انجام شد. رفتار تغییر شکل بار و توالی شکست سیستم‌های SSMR با اندازه پانل واقعی، شرایط مرزی و بار باد مورد بررسی قرار می‌گیرد.