اصول طراحی جوش گوشه همراه با 19 ویدئو جامع و حل 8 مثال کاربردی

جوشکاری جوش گوشه چیست؟ اصول طراحی جوش گوشه چگونه است؟ حداقل و حداکثر بعد جوش گوشه چقدر است؟

همانطور که میدانید جوش گوشه نیز مانند جوش شیاری یکی از انواع اتصالات جوشی محسوب می شود امروزه طراحی جوش گوشه به دلیل سهولت اجرا و دامنه­ ی کاربرد گسترده، مورد استقبال طراحان سازه قرار گرفته است و به‌ عنوان یک مبحث پایه در دانشگاه­ ها تدریس می­گردد. مبحث 10 مقررات ساختمان نیز به این نوع جوش توجه زیادی دارد و در فصل جوش به ضوابط این نوع جوش بیشتر پرداخته است؛ بنابراین، تسلط کامل بر این موضوع برای مهندسین سازه امری بدیهی و ضروری است.

در ادامه­ ی سلسله مقالات جوش، قصد داریم ضوابط آیین‌نامه‌ای جوش گوشه را به همراه حل تشریحی 8 مثال­ کاربردی و 19 ویدئو جامع به شما مهندسین گرامی ارائه دهیم. پس مطالعه این مقاله فوق العاده را از دست ندهید.

⌛ آخرین به‌روزرسانی: 6 تیر 1400

📕 تغییرات به ­روزرسانی: انتشار جدید

 

 

1. آشنایی اولیه با جوش گوشه

قبل از ورود به مباحث طراحی و ضوابط آیین نامه ای لازم است دید روشنی از مفاهیم و اصطلاحات پایه در رابطه با جوش گوشه کسب نماییم.

1.1 دامنه کاربرد جوش گوشه

چرا جوش گوشه پرکاربرد است؟

جوش گوشه (Fillet Weld) یکی از رایجترین روشها برای اتصال قطعات فولادی است. عموماً برای اتصالات پوششی و سپری به کار میرود.
از مزایای جوش گوشه میتوان به سهولت اجرا، عدم نیاز به تخصص ویژه و دقت بسیار زیاد، قابلیت اتصال قطعات با ضخامت های متفاوت، عدم نیاز به آماده سازی و پخ زنی لبه ها و صرفه ی اقتصادی اشاره نمود. مطابق آمار موجود، تقریباً 80% اتصالات جوشی توسط جوش گوشه انجام می شود.

 

 

2.1. بررسی هندسه جوش گوشه

علت نامگذاری جوش گوشه (Fillet) چیست؟

همان‌طور که در شکل مشاهده می نمایید، در این نوع جوش، در صورت انجام جوشکاری اصولی، فلز جوش در محل تقاطع قطعات اتصال (گوشه) قرار میگیرد و در واقع سطح مقطع جوش به شکل مثلث قائم الزاویه است. متناسب با نوع جوشکاری سطح وتر جوش ممکن است حالت محدب (Convex) یا مقعر (Concave) داشته باشد. در این روش نیازی به ایجاد فاصله (درز) بین قطعات نیست و اصطلاحاً جوش نفوذی نمی باشد.

 

 

 

3.1. آشنایی با اصطلاحات رایج جوشکاری

تعاریف و اصطلاحات جوش گوشه چیست؟

در جوشکاری با جوش گوشه اصطلاحاتی رایج است که مهمترین آن‌ها عبارت‌اند از:

پاس جوش: هر خط جوشکاری را اصطلاحاً یک پاس جوش می نامند.

لایه ی جوش: قشری از مقطع جوش که از کنار هم قرارگیری چند پاس جوش تشکیل می شود.

ریشه: لایه ی اول جوش

گرده: لایه ی آخر جوش

عمق نفوذ جوش: عمقی از فلز پایه که با فلز جوش در هم آمیخته میشود.

ساق جوش گوشه: طول ضلع مثلث محاط در جوش گوشه

گلویی جوش (Weld Throat): ارتفاع مثلث محاط در جوش گوشه

به‌طورکلی، سه تعریف برای گلوی جوش گوشه ارائه شده است.

گلویی اسمی یا تئوری (Theoretical/ Nominal Throat): فاصله عمودی از ریشه ی اولیه اتصال تا وتر بزرگ‌ترین مثلث متساوی الساقین محاط در مقطع جوش گوشه

گلویی مؤثر (Effective Throat): کوتاهترین فاصله ی بین ریشه ی جوش تا سطح آن بدون لحاظ تحدب.

گلویی واقعی (Actual Throat): کوتاهترین فاصله ی بین ریشه جوش تا سطح آن با لحاظ تحدب.

 

جالب است بدانید که در جوش گوشه با سطح مقعر، گلویی مؤثر و واقعی یکسان است ولی در جوش گوشه با سطح محدب، گلویی مؤثر کوچکتر از گلویی واقعی است. استحکام یا مقاومت جوش گوشه بر اساس ضخامت گلویی مؤثر محاسبه میشود. که ضخامت آن نیز با استفاده از رابطه زیر به دست می‌آید:

 

ساق جوش ×2/2√= ضخامت گلویی جوش

 

 

 

4.1. بررسی مفهوم سطح مقطع مؤثر جوش گوشه

منظور از سطح مقطع مؤثر جوش گوشه(Effective Area) چیست؟

برای تعیین مقاومت جوش گوشه نیازمند تعیین سطح باربر مؤثر جوش هستیم. مطابق مبحث 10 مقررات ملی ساختمان، سطح مؤثر جوش گوشه عبارت است از:

 

سطح مقطع مؤثر= طول مؤثر جوش × ضخامت گلوگاه مؤثر

A_we=√2/2 a_w×l_we

 

• طول مؤثر جوش گوشه: طول کلی نوار جوش شامل قسمت های برگشت خورده (قلاب جوش) به استثنای جوش های داخل سوراخ و شکاف
• بعد جوش گوشه: اندازه ساق مقطع جوش
• ضخامت گلوگاه مؤثر: ارتفاع وارد بر وتر مثلث مقطع جوش (کوتاه ترین فاصله بین ریشه ی مقطع جوش تا سطح خارجی آن)

 

 

درصورتی‌که سطح مقطع جوش به‌صورت مثلث متساوی‌ الساقین باشد:

در اکثر موارد طراحی جوش گوشه، هر دو ساق جوش یکسان در نظر گرفته میشود. با استفاده از روابط هندسی ضخامت گلوگاه زیر به صورت زیر تعیین می‌شود.

 

 

درصورتی‌که سطح مقطع جوش گوشه دارای ساق های نامساوی باشد:
این حالت کمتر اتفاق میافتد و با استفاده از رابطه ی زیر به راحتی ضخامت گلوگاه مؤثر تعیین میشود.

 

 

برای حالت خاصی که جوش گوشه در سوراخ و شکاف اجرا میشود، طول مؤثر برابر با طول میان تاری که از مقطع گلوگاه جوش میگذرد، در نظر گرفته می شود.

 

 

البته باید دقت شود که این نوع با جوش کام و انگشتانه اشتباه گرفته نشود.

در حالت اجرای جوش گوشه داخل شکاف، تمام فضای شکاف، با جوش پر نمیشود بلکه فقط لبه های گونیا به یکدیگر متصل می-شوند. این در حالی است که در جوش کام و انگشتانه تمام فضای حفره یا شکاف با جوش پر می‌شود.

 

 

 

 

2. محدودیت های جوش گوشه ازنظر مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 92

محدودیت های ابعادی جوش گوشه ازنظر مبحث 10 مقررات ملی ساختمان چیست؟

به منظور اجرای جوشی باکیفیت مطلوب، لازم است که ضوابط آیین نامه به طور کامل در طراحی و اجرا رعایت گردد. ازجمله این محدودیت‌ها عبارت‌اند از:

 

• حداقل بعد جوش گوشه
• حداکثر بعد جوش گوشه
• حداقل طول مؤثر جوش گوشه
• کنترل جوش های گوشه در انتهای ناحیه اتصال

1.2. حداقل بعد جوش گوشه

برای اطمینان از قابلیت باربری جوش گوشه، لازم است محدودیت آیین نامه در این مورد کنترل گردد. حداقل بعد جوش گوشه، تابعی از ضخامت نازکترین قطعه در اتصال است. در زیرنویس جدول 10-2-9-2 در این آیین‌نامه تأکید شده است که در بارهای دینامیکی مانند زلزله، حداقل بعد جوش به 5 میلی‌متر محدود شود.

جالب است بدانید که معمولاً بعد هر پاس جوشکاری، 5 میلیمتر است. جوش گوشه با بعدی کمتر از این محدوده، فاقد ارزش محاسباتی بوده و به نوعی خالجوش محسوب میشود.

علت این امر این است که هنگام اجرای یک نوار جوش گوشه با بعد کم در لبه ی یک ورق ضخیم، حرارت جوش توسط ورق جذب‌شده و باعث سرد شدن سریع جوش و تردی و شکنندگی آن میشود. بنابراین پس از انجام محاسبات جوش، لازم است کنترل زیر انجام گردد:

 

(بعد جوش محاسباتی و بعد حداقل جدول) max ≤ حداقل بعد جوش گوشه

 

چنانچه ضخامت قطعات اتصال زیاد باشد و با یک عبور حداقل بعد جوش تأمین نشود، برای جلوگیری از ترک باید از پیش گرمایش یا فرایندهای کم هیدروژن استفاده شود.

 

 

برای انجام جوش گوشه حتماً باید از الکترود سازگار با فلز پایه مطابق جدول 10-2-9-4 استفاده شود که به ضخامت و تنش تسلیم فلز پایه بستگی دارد.

 

 

2.2. حداکثر بعد جوش گوشه

جهت پیشگیری از سوختن لبه ی قطعات اتصال و سررفتن جوش، آیین نامه حداکثر بعد جوش گوشه را محدود نموده است.
حداکثر بعد جوش گوشه تابع نوع اتصال است و دو حالت رایج دارد:

1.2.2. اتصال روی هم یا پوششی (Lap Joint)

در این نوع اتصال با توجه به ضخامت قطعه­ ی نازک­تر و محدودیت آیین­نامه، بعد حداکثر جوش گوشه به صورت زیر تعیین می‌شود. البته این قسمت در آیین نامه در ابتدا به شکل غلطی درج شده بود که بعدا در غلط نامه مبحث دهم اصلاح گردید. (شما می توانید این غلط نامه را از کتابخانه آنلاین عمران به راحتی دریافت کنید.)

 

 

 

 

 

2.2.2. اتصال سپری یا گونیا (T Joint)

درصورتی‌که اتصال سپری (جوشکاری روی سطوح خارجی قطعات) داشته باشیم، به دلیل اینکه مشکل سوختگی لبه های ورق وجود ندارد، حداکثر بعد جوش گوشه برابر با ضخامت قطعه ی نازکتر است.

a_max=t_min

 

با مشاهده ی این ویدئو با مفهوم بعد حداقل و حداکثر بیشتر آشنا خواهید شد.

 

3.2. حداقل طول مؤثر جوش

طول مؤثر جوش درواقع طول نواری از جوش است که بعد جوش در کل مسیر یکسان و یکنواخت (اصطلاحاً تمام اندازه) باشد. دراین صورت، هیچ کاهشی به علت شروع یا خاتمه ی جوش لحاظ نمیشود و روی باربری نوار جوش به طور کامل میتوان حساب کرد.

 

 

طبق مورد 3 از بند 10-9-2-2 ب، به منظور تأمین حداقل طول جوش لازم برای تحمل تنش ها آیین‌نامه میزان حداقل طول جوش را محدود نموده است. جوشی با طول کمتر از حد مجاز، فاقد ارزش محاسباتی بوده و خال جوش محسوب میگردد.

 

با مشاهده ی این ویدئو با مفهوم حداقل طول مجاز جوش گوشه بیشتر آشنا خواهید شد.

 

4.2. الزامات مربوط به اتصال انتهای تسمه‌های کششی

ازآنجایی‌که جوش رفتاری مشابه مصالح ترد (شکننده) دارد، در هنگامی‌که تحت نیروهای کششی قرار میگیرد، وضعیت بحرانی-تری نسبت به موقعیت برشی دارد، لذا آیین نامه محدودیتهایی مخصوص اتصال انتهای تسمه های کششی اعمال نموده است. اصولاً آرایش جوش گوشه طوری باید انجام شود که تحت برش باشد و از ایجاد تنش نرمال (قائم) در جوش پیشگیری شود.

اگر جوش گوشه ی اتصال انتهای تسمه های کششی فقط موازی امتداد نیرو باشد، لازم است که دو محدودیت ابعادی در رابطه با طول ردیف های جوش کنترل گردد.

 

 

شرط استفاده از این بند آیین نامه این است که فقط دو خط جوش موازی با راستای بارگذاری کششی داشته باشیم و جوش عرضی یا سرتاسری شامل این ضابطه نمی باشد.

در صورت عدم برقراری یکی از دو نامساوی بالا، استفاده از دو خط جوش موازی نیرو به‌تنهایی برای تحمل تنش ها کفایت نمی نماید؛ بنابراین باید از یکی از اقدامات زیر قابلیت تحمل خمش عرضی موجود در اتصال جوشی را افزایش دهیم:

• استفاده از سه خط جوش (دورتادور)
• تأمین جوش به‌وسیله جوش کام و انگشتانه

برای درک بهتر این موضوع، مشاهده ی این ویدئو توصیه میشود.

 

5.2. الزامات مربوط به طول مؤثر جوش در اتصال انتهای اعضای محوری (کششی یا فشاری)

ازجمله رایجترین اعضای محوری در سازه های فولادی، ستون های بدون خروج از مرکزیت و خمش، مهاربندها، انواع دستک و اعضای خرپاها هستند. برای مثال، در اتصال انتهایی مهاربند که توسط ورق اتصال (Gusset Plate) به قاب ساختمانی متصل می-شود، اگر طول مؤثر جوش گوشه مهاربند به ورق اتصال، به درستی رعایت نشود، در هنگام زلزله، انتقال نیروی محوری به درستی صورت نگرفته و ممکن است جوش قادر به تحمل تنش های ایجادشده نباشد.

همانطور که پیشتر گفتیم، طول مؤثر جوش گوشه، طول کلی نوار جوش شامل قسمتهای برگشت خورده (قلاب جوش) است. افزایش طول مؤثر جوش بیش‌ازحد مجاز(100a)، در این حالت، باعث عدم توزیع یکنواخت تنش در کل جوش میگردد و بنابراین طول مؤثر و به‌تبع آن، سطح مقطع مؤثر جوش در عمل کمتر از طول موجود است.

برای لحاظ این اثرات در طراحی، یک ضریب کاهنده مطابق رابطه 10-2-9-1 مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ارائه‌شده است.

 

 

به‌طور خلاصه، حداکثر طول مؤثر جوش گوشه موازی با امتداد بارگذاری، در اتصال انتهای اعضای محوری (با نیروی کششی یا فشاری) به صورت زیر محدودشده است:

نکته: درصورتی‌که طول جوش گوشه، از 300 برابر بعد جوش، تجاوز نماید، توزیع تنش در طول جوش به‌طور غیریکنواخت صورت میگیرد. برای اجتناب از این موضوع و اطمینان از توزیع یکنواخت تنش در طول جوش، این محدودیت اعمال گردیده است.

بنابراین میتوان گفت در این اعضا باید این محدوده برای طول مؤثر جوش رعایت گردد:

4a_w≤l_e≤180a_w

برای درک بهتر این موضوع، مشاهده ی این ویدئو توصیه میشود.

 

6.2. الزامات مربوط به جوش گوشه منقطع

گاهی اوقات با رعایت شرایط آیین نامه، جهت اتصال دو عضو فولادی به جای جوش پیوسته میتوان از جوش منقطع استفاده نمود. اجرای جوش گوشه ی منقطع فقط در مواردی مجاز است که رابطه ی زیر برقرار باشد:

 

 

این بدان معنی است که اگر امکان انتقال نیرو توسط جوش پیوسته با بعد حداقل وجود دارد، نباید از جوش منقطع استفاده شود.

موارد کاربرد جوش منقطع عبارت‌اند از:

1. اتصال بال و جان تیر ورق ها
2. اتصال ورق‌های تقویتی بال
3. اتصال قطعات سخت‌ کننده به جان تیرورق
4. اتصال اجزای اعضای ساخته‌شده از ورق

 

 

طول مؤثر هر قطعه جوش منقطع:

: (S) فاصله ی آزاد بین قطعات جوش
درصورتیکه نیروی فشاری توسط جوش منقطع باید منتقل شود، برای فواصل آزاد جوش محدودیت بیشتری لحاظ شده است و باید خطوط جوش به یکدیگر نزدیک‌تر باشند.

 

 

همچنین در ادامه مشاهده ویدئو زیر برای درک بهتر این موضوع به شما کمک می‌کند.

 

1.6.2. محدودیت کاربرد جوش گوشه منقطع در قاب خمشی

آیا در ساخت ستون های مرکب جعبه ای، استفاده از جوش گوشه ی منقطع مجاز است؟

برای اجرای مقاطع مرکب تیر و ستون میتوان از جوش گوشه استفاده نمود. استفاده از جوش گوشه منقطع تنها در صورتی مجاز است که شکل پذیری معمولی یا متوسط با رعایت محدودیت آییننامهای باشد. در مبحث دهم مقررات ملی ساختمان با توجه به شکل پذیری سازه ها سه نوع قاب خمشی تعریف شده است.

1. قاب خمشی معمولی
2. قاب خمشی متوسط
3. قاب خمشی ویژه

در فصل ضوابط لرزهای برای ستون های هر نوع قاب خمشی ضوابطی تعیین‌شده است که در ساخت و طراحی باید رعایت گردد. در مورد ستون های قاب خمشی با شکل پذیری ویژه طبق بند 10-3-9-1 ب، بر استفاده از مقاطع پیوسته در تمام طول ستون، تأکید شده است. بنابراین برای ساخت ستون های جعبه ای در شرایط شکل پذیری ویژه نمیتوان از جوش گوشه ی منقطع استفاده نمود؛ اما طبق بند 10-3-7-1 ب، در شرایط شکل پذیری معمولی میتوان از جوش منقطع و مقاطع بست دار استفاده نمود. در شکل پذیری متوسط هم چون در بند 10-3-8-1، به صراحت اعلام نظر نشده است؛ بنا بر قضاوت مهندسی توصیه می شود از جوش پیوسته برای ساخت مقاطع جعبه ای و مرکب استفاده گردد.

 

 

برای درک بهتر این موضوع، مشاهده ی این ویدئو توصیه میشود.

 

2. 7 الزامات مربوط به اتصالات پوششی یا روی هم (Lap Joint)

در اتصالات پوششی که دو قطعه ی فولادی (با هر نوع پروفیل) تحت نیروی محوری را به یکدیگر متصل نموده اند، رعایت موارد زیر الزامی است:

 

 

همچنین باید ضلع انتهایی هریک از قسمتهای متصل شونده با جوش گوشه ی دوطرفه اجرا شود تا تحمل تغییر شکل های خمشی را داشته باشد. در مواردی که اتصال به اندازه ی کافی مقید باشد یا تغییر شکل های خمشی ناچیز باشد، اجرای جوش گوشه ی یکطرفه نیز مجاز است.

 

برای درک بهتر این موضوع، مشاهده ی این ویدئو توصیه میشود.

 

وضعیت جوشه ای گوشه در انتهای ناحیه اتصال

به‌طورکلی میتوان جوش گوشه در انتهای ناحیه اتصال را به حالتهای زیر اجرا نمود:

1- می‌توانند تا انتهای ناحیه اتصال ادامه یابند.
2- قبل از رسیدن به انتهای ناحیه اتصال قطع شوند.
3- میتوان آن‌ها را طوری جوش داد که به شکل قوطی یا ناودانی درآیند.

 

در صورت وجود محدودیت های زیر آیین نامه راهکارهای مناسب را ارائه نموده است:

1- در اتصالات پوششی که یکی از قطعات تا پشت لبه ی قطعه ی کششی دیگر امتداد دارد، جوش گوشه باید در فاصله ی بیشتر یا مساوی بعد جوش تمام شود و به انتها ختم نگردد.
2- تمام جوش های گوشه در لبه ی کناری یا ضلع انتهایی عضو یا جوش های گوشه ی قائم و جوش های گوشه ی سربالا در براکت و نشیمن تیرها، باید در انتهای ضلع و روی ضلع دیگر قلاب شوند. حداقل طول قلاب جوش گوشه، دو برابر بعد جوش است.

 

 

برای درک بهتر این موضوع، مشاهده ی این ویدئو توصیه میشود.

 

2. 7. 1 قلاب جوش (برگشت جوش)

مطابق شکل 15، در اتصال پوششی که یک عضو تحت نیروی کششی توسط جوش های گوشه موازی لبه ها به یک عضو دیگر متصل میشود، کلیهی جوش های گوشه که در لبه ی کناری یا ضلع انتهای عضو انجام می‌شوند، باید در انتهای ضلع و بر روی ضلع دیگر (عمودی) با طولی حداقل دو برابر بعد جوش، برگشت داده شوند. طول قلاب در محاسبهی طول مؤثر جوش نیز لحاظ میشود. همچنین به منظور جلوگیری از تمرکز تنش در لبه ی مشترک، شروع جوشکاری با فاصله ای بزرگ‌تر یا مساوی بعد جوش گوشه انجام میشود.

 

 

قلاب (برگشت جوش) شامل موارد زیر میباشد:

1- جوش های گوشه قائم
2- جوش های گوشه سربالا در تکیه‌گاه‌های لچکی (براکت)
3- نبشی‌های نشیمن تیر و اتصالات نظیر

2.7.2.  مزایای برگشت جوش گوشه (قلاب جوش) چیست؟

برای تأمین طول جوش کامل، استفاده از قلاب جوش گوشه ضروری نیست. از طرفی قلاب جوش گوشه، روی مقاومت جوش تأثیری قابل اغماض دارد.
بااین‌حال، مزایای برگشت جوش گوشه عبارت‌اند از:

1. اطمینان از تأمین بعد جوش کافی در کل طول جوش
2. افزایش مقاومت خستگی تحت بارهای چرخه‌ای در اتصالات مفصلی
3. افزایش ظرفیت تغییر شکل پلاستیک در اتصالات مفصلی

با تماشای این ویدئو با دلایل استفاده از برگشت جوش آشنا خواهید شد:

 

8.2.  مسیر صحیح جوشکاری

جالب است بدانید که حتی مسیر اجرای جوشکاری (انتخاب محل شروع و ختم جوشکاری) در کیفیت جوش گوشه مؤثر است. به همین دلیل آییننامه این مسیرهای صحیح را توصیه و تأکید نموده است.
در قطعات تحت اثر بارگذاری کششی، برای پیشگیری از زخم در لبه های ورق، لازم است مسیر مناسب جوشکاری با توجه به راستای بارگذاری و مطابق شکل زیر اجرا شود:

 

 

برای درک بهتر این موضوع، مشاهده ی این ویدئو توصیه میشود.

 

2. 9 محدودیت های اتصال مفصلی (hinge connection) با نبشی جان

برای اتصال تیرچه به شاه تیر (تیر اصلی) یا اتصال تیر به ستون از اتصال ساده ی برشی به کمک نبشی جان استفاده میشود. در این نوع اتصال، نبشی باید بیشترین انعطافپذیری را داشته باشد و به سهولت دوران نماید. ازآنجایی‌که این نوع اتصالات، هیچ لنگر خمشی را منتقل نمیکنند، اصطلاحاً به آن‌ها اتصالات برشی گفته میشود. اتصال با جفت نبشی جان، اتصال با نبشی نشیمن و اتصالات با نشیمن تقویت‌شده از نوع برشی هستند.

 

آییننامه برای تأمین شکل پذیری اتصال با جفت نبشی جان، طول برگشت جوش (قلاب) را محدود نموده است. دقت نمایید که در مواردی که اتصال مفصلی مربوط به اتصال تیر به ستون است، جوش گوشه اتصال نبشی به جان تیر میتواند تا نزدیکی لبه ی جان، ادامه یابد. در مواردی که اتصال تیر فرعی به اصلی (اتصال تودلی) توسط جوش گوشه انجام میشود، قلاب جوش روی بال نبشی متصل به تیر اصلی با محدودیت زیر باید اجرا شود. به هرحال باید دقت شود که با اجرای جوش گوشه، عملکرد سازهای اعضا نباید تغییر کند.

 

 

 

10.2. محدودیت های جوش گوشه در ورق های سخت‌ کننده‌ عرضی جان تیر

در تیر ورق هایی با ضخامت جان کمتر از 20 میلیمتر، چنانچه نیاز به تعبیه ی سخت کننده ی عرضی باشد، جوش های گوشه ی اتصال جان به سخت کننده باید در فاصله ای بین 4 برابر تا 6 برابر ضخامت جان، نرسیده به بال تیر، قطع شوند. مگر در مواردی که انتهای ورق سخت کننده به بال تیر جوش شود. در این صورت، گوشه‌های سخت‌ کننده‌ها جهت پیوستگی نوار جوش بال به جان، به‌صورت 45 درجه بریده (گوشه زنی) می‌شوند.

 

 

برای درک بهتر این موضوع، مشاهده ی این ویدئو توصیه میشود.

 

11.2. کنترل های جوش گوشه در دو وجه مخالف یک صفحه

در مواردی که جوشه ای گوشه روی وجوه مخالف یک صفحه ی مشترک اجرا میشوند، برای جلوگیری از تمرکز تنش و ذوب شدن لبه ی ورق، باید جوش گوشه با فاصله ای کمتر یا مساوی بعد جوش از لبه ی ورق قطع شوند. این حالت برای اجرای ورق روسری در اتصالات گیردار مشاهده میشود.

 

 

برای درک بهتر این موضوع، مشاهده ی این ویدئو توصیه میشود.

 

3. الزامات لرزه ای در مورد اتصالات جوشی با جوش گوشه

جهت اجرای اتصالات جوشی در شرایط لرزهای باید علاوه بر تمام ضوابط یادشده، ضوابط تکمیلی متناسب با شرایط شکل پذیری سازه اعمال گردد. در ادامه به موارد مخصوص استفاده از جوش گوشه اشاره می نماییم و بررسی دقیق هر بند را در مقالات آینده متناسب با موضوع ارائه خواهیم نمود.
1- طبق بند 10-3-3-2، در اتصالات و وصله های اعضای باربر لرزهای و وصله ی ستون های غیر باربر لرزهای باید سازگاری فلز جوش(الکترود) و فلز پایه رعایت گردد. آزمایش طاقت نمونهی شیار زده‌ی شارپی استاندارد هم در شرایط 18- درجه سلسیوس انجام شود و نمونه طاقتی بیش از 27 ژول باید داشته باشد.

 

 

2- در وصله ی ستون ها میتوان وصله را به یک ستون از نوع تمام جوشی و سمت دیگر وصله به ستون دیگر را پیچی اجرا نمود.
برای اجرای وصله ی ستون های مرکب، حتماً باید هر ستون در ارتفاعی حداقل به اندازه ی بعد بزرگ‌تر مقطع، یکپارچه گردد و بعد وصله شود.

 

 

3- برای وصله ی مستقیم تیرها تنها مجاز به استفاده از جوش نفوذی کامل هستیم اما برای اجرای وصله ی غیرمستقیم، میتوان از جوش گوشه استفاده نمود.

 

 

4- در شکل پذیری متوسط و ویژه برای اتصال ورق مضاعف به بال ستون از جوش شیاری با نفوذ کامل یا جوش گوشه میتوان استفاده نمود.

 

 

5- در شکل پذیری متوسط و ویژه برای اتصال ورق پیوستگی به جان ستون، از جوش شیاری با نفوذ کامل یا جوش گوشه دوطرفه میتوان استفاده نمود.

 

 

6- در قابهای دارای مهاربند همگرای ویژه با مقاطع متشکل از چند نیمرخ، فواصل اتصال دهنده ها، تعداد و موقعیت آن‌ها برای کنترل لاغری و جلوگیری از کمانش زود هنگام مهاربند، باید مطابق بند 10-3-11-1 ج، رعایت گردد.

 

 

7- در قابهای دارای مهاربند واگرای ویژه، اتصال جان (جانها) به بال تیر پیوند، میتواند با جوش گوشه دوطرفه یا جوش شیاری با نفوذ کامل انجام شود.

 

 

8- اتصال سخت کننده های انتهایی و میانی به تیر پیوند با مقطع I و مقطع قوطی باید با جوش گوشه صورت گیرد.

 

 

9- تمامی جوشه ای اتصالات گیردار از پیش تأییدشده باید از طریق آزمایش های غیر مخرب تأیید شوند.

 

 

10- در اجرای جوش گوشه در اتصالات مجاز طبق بند 10-3-13-1، موارد 5 تا 8، حداقل ضخامت جوش گوشه بیان‌شده است.

 

 

4. تفاوت روش های طراحی سازه ها در چیست؟

به‌طورکلی دو روش طراحی برای طراحی سازه ها مورداستفاده قرارگرفته است:

1- روش تنش مجاز
2- روش حالات حدی

هریک از این روشها برای تضمین ایمنی سازه در برابر عوامل پیش‌بینی‌نشده، ضرایب اطمینانی اعمال میکنند؛ اما تفاوتهایی باهم دارند که در این ویدئو به آن‌ها میپردازیم.

 

 

5. انواع جوش ازنظر محاسباتی

برای طراحی اتصالات جوشی لازم است ابتدا درک درستی از رفتار جوش گوشه در حالتهای مختلف داشته باشیم. به طورکلی انواع جوش محاسباتی به‌صورت زیر طبقه بندی میشوند:

1- جوش اصلی: این نوع جوش نقش اساسی در باربری دارد و به نوعی جایگزین فلز پایه در محل اتصال است و خواصی مشابه فلز پایه دارد. بنابراین در صورت ازبین ‌رفتن جوش، اتصال قابلیت باربری و انتقال نیرو را از دست خواهد داد.
2- جوش فرعی: این جوش ها جهت مونتاژ و ثابت نگهداشتن قطعات در حالتی معین کاربرد دارند و نیروی چندانی را تحمل نمیکنند.
3- جوش طولی: در مواردی که راستای بارگذاری در امتداد نوار جوش باشد، در سطح مؤثر جوش گوشه، تنش برشی ایجاد خواهد شد.
4- جوش عرضی: چنانچه راستای بارگذاری عمود بر نوار جوش باشد، در سطح مؤثر جوش گوشه، ترکیبی از تنش های برشی و کششی یا فشاری ایجاد میشود. تحقیقات نشان داده که در این حالت، حداکثر تنش برشی در گلوی مؤثر با زاویهی 5/67 درجه و حداکثر تنش نرمال (کششی یا فشاری) در گلوی مؤثر 5/22 درجه ایجاد خواهد شد.

نکته: در محاسبات جوش گوشه، فرض بر عملکرد برشی جوش است و تا حد ممکن از ایجاد جوش عرضی تحت نیروی کششی باید جلوگیری شود.

 

 

6. ارزیابی مقاومت جوش گوشه

برای اینکه بتوانیم مقاومت جوش گوشه را تعیین کنیم، در ابتدا باید تشخیص دهیم که جوش تحت اثر کدام نوع تنش های داخلی قرار دارد. سپس با استفاده از ضوابط موجود به تعیین ظرفیت جوش بپردازیم.

به‌طورکلی حالتهای مختلف باربری جوش گوشه عبارت‌اند از:

• برش در مقطع مؤثر جوش
• اعمال بار به‌صورت کششی یا فشاری در امتداد موازی با محور جوش

1.6. جوش گوشه تحت برش

برش در مقطع مؤثر جوش، زمانی رخ میدهد که نیروی منتقل‌شده به جوش در راستای موازی محور جوش است و در صورت لغزیدن سطوح اتصال روی هم باعث ایجاد تنش های مماسی (برشی) در جوش میگردد. این حالت، در اتصال تسمه های کششی با دو خط جوش موازی نیرو یا در اتصال مهاربند به ورق اتصال مشاهده میشود. برای تعیین مقاومت جوش باید هم فلز جوش (الکترود) و هم فلز پایه بررسی شود و کوچک‌ترین مقاومت، ملاک محاسبه قرارگیرد.

 

 

2.6. جوش گوشه تحت کشش یا فشار موازی نوارجوش

در مواردی نظیر جوش سرتاسری اتصال بال به جان در ستون های ساخته‌شده از ورق که تحت بارمحوری فشاری خالص (یا تحت کشش ناشی از بلند شدگی) قرار دارند، جوش و قطعات اتصال هم‌زمان تحت تنش های نرمال (فشاری) قرار دارند و عملاً لغزشی بین قطعات اتصال صورت نمیگیرد و جوش گوشه عملکرد برشی نخواهد داشت. در این مورد، تنها کنترل حداقل و حداکثر بعد جوش گوشه کفایت میکند و جوش گوشه طراحی خاصی ندارد. بنابراین رفتار فلز پایه حاکم بر طراحی اتصال است و باید برای فلز پایه کنترل کشش یا فشار طبق ضوابط مبحث دهم مقررات ملی ساختمان انجام گیرد.

 

 

تماشای این ویدئو برای درک این موضوع، توصیه میشود.

 

3.6. مقاومت جوش گوشه تحت برش در مقطع مؤثر جوش

هنگامیکه راستای نیرو با امتداد نوار جوش گوشه یکسان است، دو حالت ممکن است رخ دهد. یا جوش گوشه به دلیل سطح مؤثر و طول ناکافی گسیخته میشود یا فلز پایه در اثر تنش های برشی دچار تسلیم یا گسیختگی میشود.

در حالت برش در مقطع مؤثر جوش، برای تعیین ظرفیت اتصال جوشی باید دو معیار فلز جوش و فلز پایه بررسی‌شده و کوچک‌ترین آن‌ها را به‌عنوان مقاومت جوش گوشه تعیین نماییم.

 

 

طبق بند 10-2-9-2-4 مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، برای تعیین مقاومت جوش گوشه در طراحی به روش LRFD از این فرمول ها استفاده می‌شود:

φR_n≥R_u
φR_n: مقاومت طراحی، حداکثر مقاومتی است که بر اساس ضوابط آیین نامه در محاسبات درنظر گرفته میشود که باید بزرگ‌تر یا مساوی با مقاومت موردنیاز باشد.

Ru: مقاومت موردنیاز، بر مبنای بارگذاری و تحلیل سازه تعیین میشود و بیانگر میزان تنش یا نیرویی است که عضو تحت بارگذاری تحمل میکند.
برای مثال ممکن است عضوی برای نیروی 50 کیلونیوتن طراحی شود اما در شرایط بارگذاری موجود فقط 40 کیلونیوتن بار به آن اعمال گردد.

در مورد جوش گوشه بر مبنای حالت حدی گسیختگی فلز جوش، این ضابطه به‌صورت زیر تعریف‌شده است:

 

 

 

نکته: در طراحی به روش حالت حدی نهایی LRFD، ضرایب کاهش مقاومت به‌صورت دقیق و جداگانه به پارامترهای مؤثر، اعمال‌شده است.

ضریب φ برای پیشبینی موارد احتمالی در ضعف مصالح یا طراحی اعمال‌شده است.
ضریب β برای پیشبینی عدم دقت در اجرای جوشکاری در نظر گرفته‌شده است.

برای در نظر گرفتن ضعف الکترود نیز تنش اسمی فلز جوش به‌صورت درصدی از مقاومت نهایی الکترود در نظر گرفته‌شده است.

 

 

نکته: برای اینکه اتصال جوشی مناسبی داشته باشیم، لازم است که همواره مقاومت نهایی کششی فلز جوش (الکترود) بیشتر از مقاومت تسلیم فلز پایه باشد. بدین‌جهت، آیین نامه متناسب با ضخامت فلز پایه و جنس آن، محدودیت های زیر را برای انتخاب الکترود جوشکاری اعمال نموده است:

برای فولاد ساختمانی معمولی(St37) و ورق های متداول تا ضخامت 15 میلیمتر از دو نوع الکترود E60, E70 میتوان استفاده نمود. برای ضخامت بیشتر از 15 میلیمتر فقط از باید استفاده شود. E70 در استفاده از الکترود E70 باید ضوابط خاصی را رعایت نمود.

 

 

نکته: بدون مراجعه به این جدول نیز میتوانیم با ضرب عدد 7 در مقاومت الکترود، F_ue را تعیین نماییم.

مثلاً برای الکترود E60:F_ue=60×7=420 Mpa

4.6. مفهوم ارزش جوش گوشه

ارزش جوش، بیانگر مقاومت کل خطوط جوش گوشه در اتصال است. برای راحتی میتوان ارزش جوش را بر اساس واحد طول مؤثر نیز محاسبه کرد. مثلاً در سیستم SI که مبنای اندازه گیری طول، mm است، ارزش جوش به معنای میزان نیرویی است که جوشی با بعد a، به طول 1mm میتواند تحمل کند.

ازآنجایی‌که معمولاً در کارگاه های ساختمانی جوشکاری با الکترود دستی E60 و با نظارت چشمی صورت میگیرد، ارزش جوش گوشه با اعمال ضرایب ثابت، به‌صورت فرمول زیر، کاربرد فراوان دارد. کافی است که سطح مؤثر جوش را در عدد 100.2 تا به‌ راحتی ارزش (مقاومت) جوش گوشه تعیین شود.

 

 

با مشاهده ی این ویدئو، درک بهتری از موضوع مقاومت جوش پیدا خواهید کرد.

 

5.6. رابطه ی مقاومت جوش با زاویه بین محور جوش و راستای نیرو

نتایج تحقیقات آزمایشگاهی نشان داده است که بین زاویهی اعمال بار خارجی و میزان ظرفیت جوش رابطه برقرار است. به‌طوری‌که هنگامی‌که نیرو عمود بر راستای جوش اعمال شود، حداکثر ظرفیت باربری جوش به دست میآید و با کاهش این زاویه از میزان باربری جوش نیز کاسته میشود.
این موضوع در مبحث دهم مقررات ملی ساختمان به طور محافظه کارانه حذف‌شده است و برای تمامی حالات مقدار یکسان در نظر گرفته‌شده است. درحالی‌که در آییننامهی امریکا از ضریب (1.0+ 0.5Sin^1.5 θ) برای درنظر گرفتن این اثرات استفاده‌شده است.

 

 

 

با مشاهده ی این ویدئو، درک بهتری از موضوع پیدا خواهید کرد.

 

6.6. کنترل فلز پایه

مطالعات نشان داده که گاهی اوقات، اتصال جوشی به دلیل ضعف فلز پایه (مبنا، مادر) دچار گسیختگی یا تسلیم برشی میگردد، درحالی‌که جوش مشکلی ندارد؛ بنابراین آیین نامه در مواردی کنترلهای مخصوصی برای فلز پایه در نظر گرفته است.

به‌طورکلی برای کنترل فلز پایه دو حالت محتمل است.

حالتی که خط جوش کششی (جوش عرضی) وجود نداشته باشد و فقط دو خط جوش موازی امتداد نیرو موجود باشد.

حالتی که خط جوش کششی وجود داشته باشد (جوش سه‌طرفه انتهای ورق).

1.6.6. حالتی که خط جوش کششی (جوش عرضی) وجود نداشته باشد:

در این حالت لازم است که تسلیم برشی روی مقطع کلی تحت برش(A_gv) کنترل شود، این کنترل مخصوص ورق است نه جوش گوشه:

φR_n=1×0.6F_yA_gv

منظور ازA_gv سطحی از تسمه است که موازی امتداد نیروی خارجی قرار دارد و توسط جوش احاطه‌شده است. در شکل زیر دو خط جوش به طول l به ضخامت ورق متصل شونده، به‌عنوان سطح مقطع کلی جوش در نظر گرفته میشوند: A_gv=2l_w t_pl

 

 

 

2.6.6. حالتی که خط جوش سه طرفه وجود داشته باشد:

در این حالت باید مقاومت برش قالبی (Block Shear) کنترل شود. چون احتمال دارد که ورق اطراف ناحیه ی جوش، دچار تسلیم یا گسیختگی برشی گردد. همانطور که نامگذاری شده است، در این حالت، علاوه بر دو خط جوش موازی نیرو یک خط جوش عرضی هم داریم، در اثر نیروی کششی ممکن است یک بلوک از اتصال جدا شود.

 

 

کنترل برش قالبی در اتصال جوشی به این صورت خلاصه‌شده است:

U_bs=1

با مشاهده ی این ویدئو با مفهوم برش قالبی به‌طور کامل آشنا خواهید شد.

 

7. حل مسائل کاربردی بخش اول

در ادامه با حل چندین مسئله، با محاسبات جوش گوشه آشنا خواهید شد.

مثال 1: جوش مناسب برای انتقال نیروی موردنیاز را در اتصال جوشی شکل زیر طراحی نمایید.

مقدار بار مرده وارد بر تسمه: 30 کیلونیوتن
مقدار بار زنده وارد بر تسمه: 50 کیلونیوتن

 

 

گام اول: محاسبه ی مقاومت موردنیاز با توجه به بارگذاری موجود:

ترکیب بارهای مربوط به طراحی سازه های فولادی بر اساس حالات حدی مقاومت مطابق مبحث ششم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1398 عبارت‌اند از:

 

 

P_u=1.4 D=1.4×30=42 KN
P_u=1.2 D+1.6 L=1.2×30+1.6×50=116 kN →P_u=116 KN

گام دوم: بعد جوش با توجه به حداقل و حداکثر مجاز بعد جوش بر اساس آیین نامه:

 

 

حداقل بعد جوش گوشه: ضخامت تسمه ی متصل شونده به‌عنوان tmin در نظر گرفته میشود. با توجه به جدول آییننامه، برای ضخامت 5 میلیمتر حداقل بعد جوش گوشه 3 میلیمتر در شرایط استاتیکی است.

نکته: اگر در مسئله شرایط بارگذاری لرزهای داده‌شده بود، این ضخامت باید 5 میلیمتر لحاظ میشد.

حداکثر بعد جوش گوشه: با توجه به اینکه نوع اتصال از نوع پوششی است باید دو رابطه کنترل شود:

ضخامت قطعه نازکتر: = 5 mm tmin

ضابطه آیین نامه برای قطعه متصل شونده: با توجه به اینکه تسمه دارای ضخامت کمتر از 6 میلیمتر است، حداکثر بعد جوش گوشه برابر با ضخامت تسمه است.
بنابراین حداقل مقدار از دو رابطه بالا به‌عنوان بعد حداکثر جوش، پذیرفته میشود.

a_min=3 mm ,a_max=5 mm

نکته: در انتخاب بعد جوش گوشه میتوان توجه نمود که انتخاب بعد بیشتر منجر به کاهش طول موردنیاز جوش میگردد و بالعکس.

گام سوم: محاسبهی مقاومت طراحی جوش و تعیین حداقل طول موردنیاز جوش:

با فرض استفاده از الکترود E60 و بازرسی چشمی جوش و بعد جوشa_w=5 mm:

 

 

φR_n≥R_u
100.2(a_w.l_min)=100.2×5l_min≥116×10³
→l_min≥232mm≅240mm

چون دو ردیف جوش داریم، طول هر خط جوش 120 میلیمتر در نظر گرفته میشود.

گام چهارم: کنترل فلز پایه

به دلیل نداشتن جوش کششی عرضی، کنترل تسلیم برشی روی سطح مقطع کلی و بر اساس ضخامت قطعهی نازکتر صورت می گیرد:
نکته: منظور از سطح مقطع کلی تحت برش، محل اتصال دو ورق توسط جوش است. با توجه به اینکه ورق نازکتر توسط دو خط جوش متصل شده است. احتمال اینکه در این نواحی تحت اثر تنش های برشی تسلیم گردد، بیشتر است.

چنانچه ورق نازکتر دچار تسلیم برشی نگردد، نیاز به کنترل این ضابطه برای ورق دوم نخواهد بود که باعث صرفه جویی در زمان محاسبات میشود.

φR_n≥R_u

A_gv=n.l_w.t_min

φR_n=1×0.6×240×2×120×5=172800 N=172.8 KN≥116KN

بنابراین ورق نازک‌تر تسلیم نمیگردد و میتوان از تکرار محاسبات برای ورق دوم صرف نظر نمود.

گام پنجم: کنترل طول همپوشانی:

طول هم پوشانی در اتصال دو قطعه > max {5t_min, 25mm }

 

120mm>25mm .ok.

گام ششم: کنترل ابعاد تسمه های کششی:

l>W→120mm>100 mm .ok.
W<200mm→100mm <200mm .ok.

تشریح کامل این مثال را در این ویدئو تماشا نمایید:

 

مثال 2: شکل زیر مربوط به اتصال مهاربند با ناودانی تک (ضخامت جان 7 میلیمتر) به ورق Gusset Plate به ضخامت 10 میلیمتر و با استفاده از الکترود E70 است. درصورتی‌که بر روی جوش آزمون اولتراسونیک انجام شود، مطلوب است کنترل اتصال جوشی به ازای بار کششی نهایی 600 کیلونیوتن.

گام اول: کنترل فلز جوش

 

نکته: به دلیل انجام آزمون اولتراسونیک و دقت بالا، ضریب بازرسی: β=1

 

 

 

 

 

 

 

گام دوم: کنترل فلز پایه بر اساس معیار برش قالبی(B.S)

این کنترل باید برای ناودانی و ورق اتصال جداگانه انجام شود، برای سرعت در محاسبات، اول کنترل برای ورق با ضخامت کمتر صورت میگیرد، اگر جوابگوی تنش ها باشد، یعنی ورق ضخیمتر هم جوابگو است.

φ=0.75

R_n=0.6F_yA_gv+F_uA_nt

نکته: سطح خالص تحت کشش(Ant) مربوط به جوشی است که عمود بر راستای بارگذاری است.

سطح کلی برشی(Agv) هم برای دو خط جوش موازی امتداد نیرو در نظر گرفته میشود.

A_gv=2×300×t_min=600×7=4200 mm²

A_nt=120×t_min=120×7=840 mm²

φR_n=0.75(0.6×240×4200+370×840)×10^-3=686.7 KN>600 KN .ok.

تشریح کامل این مثال را در این ویدئو تماشا نمایید:

 

مثال 3: یک نبشی100×10 mm توسط دو خط جوش مطابق شکل به ورقی متصل شده است. با فرض جوش کارگاهی با بازرسی چشمی، مطلوب است تعیین طول جوش های 𝑙1 و 𝑙2

 

 

نکته: این مثال بسیار کاربردی است. در نبشی با توجه به اینکه محل تار خنثی (محل اعمال بارمحوری)، در وسط جان قرار ندارد، برای حفظ تعادل نیرویی و اجتناب از تولید پیچش در اتصال، طول خط جوش ها یکسان نخواهد بود.

گام اول: تعیین نیروی داخلی هر خط جوش از طریق معادله تعادل لنگر حول یکی از خط جوش ها:

با استفاده از جدول اشتال: e=2.82 cm

 

 

 

نکته: به دلیل تعادل مقطع، نیروی موجود در جوش نزدیک به محور خنثی نبشی(l1) بیشتر است بنابراین انتظار میرود که طول این خط جوش مقدار بیشتری به دست آید.

گام دوم: بعد جوش با توجه به حداقل و حداکثر مجاز بعد جوش بر اساس آیین نامه:

حداقل بعد جوش گوشه: با توجه به اینکه در عمل هر پاس جوشکاری حدود 3 میلیمتر است و ضخامت ورق اتصال نامشخص می-باشد، حداقل بعد جوش را 5 میلیمتر در نظر میگیریم.

a_min=5mm ,a_max=8 mm

حداکثر بعد جوش گوشه: برای این اتصال پوششی برابر با ضخامت نبشی منهای 2 میلیمتر است. با فرضa_w=5mm:

 

 

 

 

8. انواع تنش در جوش

همانطور که از مبحث مقاومت مصالح به یاد دارید، نیروهای خارجی مؤثر بر سطح مقطع ماده موجب تشکیل تنش های داخلی میگردند. در مورد اتصالات جوشی نیز بر اساس نوع و محل اثر نیروی خارجی و شکل هندسی جوش، ممکن است ترکیبات تنش های مختلفی در جوش ایجاد شود که طراح با در نظر گرفتن آن‌ها، باید اتصال را طراحی نماید.

به‌طورکلی ممکن است اتصال جوشی تحت تنش های زیر قرار گیرد:

1- ترکیب تنش های برشی و پیچشی در صورت وجود نیروی برشی و لنگر پیچشی
2- ترکیب تنش های برشی و خمشی در صورت وجود نیروی برشی و لنگر خمشی
3- ترکیب تنش های برشی و پیچشی خمشی

در این موارد لازم است ابتدا نیرو را به مرکز هندسی مجموعه ی جوش منتقل نموده و بر اساس اصل جمع آثار قوا(Supper Position) نسبت به تعیین تنش های موجود در جوش اقدام نمود. درنهایت، جمع برداری تنش های حاصل را به‌عنوان برآیند تنش ها باارزش جوش (مقاومت طراحی) مقایسه نمود.

 

 

 

مراحل کنترل جوش در اتصالات عبارت‌اند از:

• انتقال نیروها به مرکز سطح جوش
• با توجه به نیروهای موجود، تعیین تنش‌ های برشی (برش مستقیم، لنگر پیچشی و لنگر خمشی)
• محاسبه برآیند نیروها با در نظر گرفتن جهات تنش‌ های برشی
• کنترل مقاومت موردنیاز جوش با مقاومت طراحی آن

نکته: در بررسی تنش ­های جوش، کل مجموعه­ ی خطوط جوش یک اتصال به‌عنوان یک‌شکل هندسی واحد در نظر گرفته می­شود. برای تعیین خواص هندسی مقطع جوش با فرض ضخامت گلوگاه مؤثر واحد، از جدول زیر می­توان استفاده نمود.

 

 

در ادامه با حل چند نمونه مسئله، این موارد به‌طور کامل شرح داده‌شده است.

1.8. حل مسائل کاربردی بخش دوم

مثال 4: در شکل زیر اندازه و طول جوش گوشه را بر اساس ظرفیت کششی فلز پایه برای هر خط جوش تعیین نمایید. ضریب تأخیر برش را واحد لحاظ کنید. منظور از جوش دورتادور در علامت جوشکاری، جوش سه طرف روی ورق زیرین می‌باشد.
جوش گوشه با الکترود E60 به‌صورت کارگاه ی و بازرسی چشمی انجام میشود.

F_y =240 Mpa ,F_u=370 Mpa
UNP 100: A_g=13.5 cm² ,t_w=6 mm

 

 

گام اول: تعیین حداکثر نیروی کششی قابل‌اعمال بر اتصال بر اساس کنترل فلز پایه

T_u≤min⁡(0.9F_y A_g ,0.75F_u A_n)
0.9F_y A_g=0.9×240×1350=291600 N=291.6 KN
0.75F_u A_n=0.75×370×1350=374625 N=374.625 KN
→ T_u=291.6 KN

گام دوم: تعیین بعد جوش گوشه

t_min=t_w=6mm
a_min=3 mm
a_max=6 mm

گام سوم: تعیین طول جوش گوشه

T_u≤φR_n ,R_n=βF_n w A_we →291600≤0.75×0.75(0.6×420)(0.707×6×l_w)
l_w≥484.8 mm → l₁=l₃=(484.8-100)/2=192.4≅200mm

گام چهارم: کنترل طول جوش محاسباتی

l₁>w → .ok

مثال 5: درصورتی‌که بعد جوش برابر واحد فرض شود، تنش بحرانی طراحی جوش گوشه را در اتصال زیر تعیین نمایید.

 

 

حل: با انتقال نیرو به مرکز هندسی جوش­ ها، متوجه می­شویم که مجموعه­ ی جوش در نقطه­ ی A تحت تنش­ های برشی و تنش کششی ناشی از لنگر خمشی قرار دارند؛ بنابراین ابتدا هریک از تنش ­ها را جداگانه به دست آورده و سپس برآیند ­آن‌ها را به‌عنوان تنش بحرانی تعیین می ­نماییم.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

مثال 6: درصورتی‌که از دو خط جوش گوشه در دو سمت ورق استفاده‌ شده باشد، حداکثر نیروی افقی(Pu) قابل‌اعمال به اتصال را تعیین نمایید. فرض کنید که جوشکاری در محل با بازرسی چشمی و با استفاده از الکترود E60 انجام‌شده است.

 

 

نکته: با انتقال نیروها به مرکز هندسی جوش، مشخص می­شود که بیشترین تنش در گوشه­ ی بالای خطوط جوش اتفاق می­افتد. با تعیین تنش­ های ناشی از نیروی برشی، کشش ناشی از لنگر خمشی در این نقطه و کنترل ظرفیت باربری جوش، نیروی مجهول مسئله تعیین خواهد شد.

 

 

 

 

 

با کنترل ارزش جوش گوشه به‌ راحتی می­توان، نیروی کششی قابل‌تحمل اتصال را تعیین نمود:

 

 

 

 

 

 

 

مثال 7: درصورتی‌که جوش گوشه با الکترود E60 به‌صورت کارگاهی و بازرسی چشمی انجام شود و ورق اتصال و نیمرخ فولادی از نوع ST37 باشند، بعد جوش گوشه را تعیین نمایید.

 

 

نکته: با انتقال نیرو به مرکز سطح جوش، متوجه می­ شویم که جوش تحت اثر تنش ­های برشی و پیچشی قرار دارد. در نقطه­ ی A تنش ­ها حداکثر است.

 

گام اول: تعیین مختصات مرکز سطح جوش و خروج از مرکزیت نیرو:

 

 

 

گام دوم: تعیین مشخصات هندسی جوش

 

 

 

 

 

 

گام سوم: تعیین تنش حداکثر

 

 

 

 

 

 

 

گام چهارم: تعیین بعد جوش گوشه

 

 

 

 

 

 

 

 

 

مثال 8: لوله ی فولادی به قطر خارجی 400mm و ضخامت 15mm به صفحه ای با ضخامت 12mm جوش داده‌شده است. اگر بعد جوش گوشه 6mm، با الکترود E60 در کارگاه با بازرسی چشمی انجام‌شده باشد، آیا این اتصال جوابگوی لنگر پیچشی 40KN.m خواهد بود؟

 

 

ممان اینرسی قطبی مقاطع جدار نازک: J=2πR³t و ارزش جوش گوشه در شرایط بازرسی چشمی و استفاده از الکترود E60: R_w=100.2a_w

f_v=(T.C)/J=(T.R)/(2πR³ t)=(40×10⁶×200)/(2π(200)³×15)=10.61 N/mm² ×15 mm=159.15 N/mm<100.2a_w=100.2×6=601.2 N/mm → .ok.

نکته: همانطور که ملاحظه نمودید، ارزش جوش گوشه برای طول واحد در نظر گرفته‌شده است. لذا برای مقایسه باید واحدهای دو طرف معادله یکسان باشند؛ بنابراین تنش برشی در ضخامت واحد لوله محاسبه‌شده است.

 

9. راهکاری برای افزایش ظرفیت باربری اتصال

نکته بسیار مهم: در اتصالات جوشی که امتداد نیروی خارجی از مرکز سطح جوش میگذرند، به دلیل عدم ایجاد لنگر پیچشی در اتصال، کمترین تنش های ممکن در جوش ایجادشده و موجب افزایش ظرفیت باربری اتصال میگردد. این مسئله میتواند منجر به طراحی بهینه و اقتصادی اتصال گردد.

 

در مقالات آینده با ادامه ی مسائل جوش و اتصالات جوشی با ما همراه باشید…

 

نتیجه‌گیری

با توجه به کاربرد وسیع جوش گوشه در صنعت ساختمان، تسلط بر ضوابط طراحی و کنترل آن امری اجتناب ناپذیر است. به‌طور خلاصه مراحل بررسی یک اتصال جوشی با استفاده از جوش گوشه شامل مراحل زیر است:

1- بررسی اطلاعات اولیه ی مسئله (هندسه ی اتصال، شرایط جوشکاری و نوع بازرسی جوش) و مشخصات مصالح (الکترود، قطعات اتصال)
2- تعیین نوع تنش های موجود در نقاط بحرانی مجموعه ی جوش با کمک علم مقاومت مصالح
3- تعیین برآیند تنش های بحرانی
4- کنترل کیفیت جوش با مقایسه ی تنش بحرانی و ارزش جوش
5- کنترل محدودیت های آیین نامه (حداقل و حداکثر بعد و طول جوش گوشه)
6- بهینه سازی طراحی جوش ازنظر اقتصادی و سهولت اجرایی

 

منابع

1. دوره ی غیرحضوری اتصالات جوشی، دکتر مهدی شریفی، سبز سازه
2. آموزش های مبحث دهم سبزسازه ویژه ی آزمون محاسبات
3. مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، ویرایش سال 1392
4. مبحث ششم مقررات ملی ساختمان، ویرایش سال 1398
5. آیین نامه AISC امریکا
6. راهنمای جوش و اتصالات جوشی در ساختمان های فولادی، شاپور طاحونی
7. آیین نامه جوشکاری ساختمانی ایران (نشریه 228)

 

 

• مطلبی میخواهید که نیست ؟ از ما بپرسید تا برایتان محتوا رایگان تولید کنیم!

• ارسال سوال برای تولید محتوا