سازه‌های فلزی موجود در ساختمان‌ها دائما در معرض بار وارد شده از سوی ساختمان هستند. ممکن است با گذر زمان سازه‌ها دچار آسیب‌هایی مانند ترک و شکستگی شوند که به آن خستگی سازه می‌گویند. پر واضح است که طبق تعریف ارائه شده، وقوع این اتفاق، امنیت ساختمان را به خطر خواهد انداخت.
به همین جهت در مقاله حاضر قصد داریم به توضیحات بیشتری در رابطه با خستگی سازه و مراحل ایجاد شکستگی در فلزات بپردازیم با ما همراه باشید.
خستگی سازه فلزی چیست
سازه های فولادی و فلزات به خاطر تحمل وزن ساختمان‌ها، دائما زیر فشار هستند. سازه‌ها تحت تاثیر تنش‌ها بوده و به مرور زمان دچار شکستگی می شوند، به این رخداد خستگی سازه فلزی می گویند.
با توجه به اهمیت موضوع خستگی سازه، مهندسین باید سازه های فلزی را بیش از پیش مورد توجه قرار داده و خطرات احتمالی را بررسی کنند و در صورت لزوم اقدامات پیشگیرانه انجام دهند.
ناگفته پیداست که بعضی از سازه ها اهمیت زیادی داشته و چون بیش تر در معرض خستگی سازه قرار دارند توجه بیش تری طلب می کنند مانند پل ها، اسکلت ساختمان، بدنه هواپیما و … .
حد تحمل خستگی چیست؟
حد خستگی یا استحکام خستگی بالاترین استرسی است که یک ماده می‌تواند برای یک تعداد سیکل، بدون شکستن تحمل کند. به عبارت دیگر، حداکثر تنشی که می‌توان برای تعداد معینی از سیکل کاری، بدون شکستگی اعمال کرد را استحکام خستگی می‌نامند که متفاوت از خستگی سازه می‌باشد.
عوامل موثر بر حد خستگی کدام است؟
عوامل زیر بر حد خستگی سازه فلزی اثرگذار خواهند بود:
- خواص ماده
- شرایط سطحی قطعه مثل زبری و صافی
- تنش‌های سطحی
- روش بارگذاری
- تنش‌های حرارتی دما
- خوردگی عیوب ماده
دسته بندی خستگی سازه فلزی
در یک تقسیم بندی انواع خستگی سازه به سه گروه تقسیم می شود. در هر مرحله میزان فشار وارد شده به سازه بیش تر از مرحله قبل می باشد.
- خستگی چرخه ضعیف
- خستگی چرخه قوی
- خستگی چرخه بسیار قوی
مراحل مختلف خستگی سازه
خستگی سازه فلزی دارای مراحل زیادی است به عنوان مثال: در ابتدا به خاطر فشارهایی که به سازه یا قطعات فلزی وارد می شود سازه تحت تاثیر فشارها سفت می شود. در مرحله بعدی با ادامه‌دار شدن فشارها، در سازه ترک ایجاد می شود و این ترک ها زیادتر شده و سرانجام باعث شکستن سازه می شود .
درادامه مقاله به توضیح بیش تری درباره مراحل خستگی سازه فلزی خواهیم پرداخت
ایجاد ترک روی سازه
اگر فشار وارده به سازه ادامه دار باشد، با گذر زمان ترک های کوچکی بر روی سازه ایجاد می شود. این ترک ها اغلب در جایی پدیدار می شوند که استحکام آن کمتر و فشار وارده بیش تر باشد.
گسترش ترک های سازه
با گذر زمان و تحمیل فشار بیش تر بر سازه فولادی، ترک های کوچک، بزرگ و بزرگ تر می شوند و میزان آسیب پذیری سازه بیش تر می شود.
از هم پاشیدگی سازه
وقتی که ترک ها زیاد شوند، سازه نیز ضعیف تر شده و مستعد فرو پاشی می شود. فشار وارده بر نقاط آسیب پذیر سازه بیش تر شده، و در نهایت سازه مقاومت خود را از دست داده و دچار شکستگی می شود. این شکست به همان خستگی سازه فلزی اطلاق می شود.
گفته می شود که فلزاتی که دارای ماده آلومینیوم هستند، مقاومت پایین تری داشته و به راحتی در برابر فشارها تسلیم می شوند.
راه های مقابله با خستگی سازه فلزی
مهندسین می توانند با انجام اقدامات لازم و در زمان مناسب، به موقع از خستگی و شکست سازه جلوگیری کنند و یا دست کم خسارات ناشی از خستگی سازه را به حداقل برسانند.
در بیان راه های مقابله با خستگی سازه می توان به این مورد اشاره کرد که با استفاده از نرم افزارهای مرتبط و تجزیه و تحلیل خستگی سازه می توانند، میزان فشار وارد شده بر سازه را بررسی کرده و اندازه گیری کنند.
و یا با مشخص کردن نقاط ضعیف تر که همه فشارها به آن نقطه وارد می شود، جهت کاهش فشار آن نقطه و یا افزایش مقاومت آن اقدامات لازم را انجام دهند.
راه حل دیگر اینکه با یکسری اقدامات می توانند فشار حداکثری را به نقطه ای که دارای مقاومت بالاتری است انتقال دهند.
علاوه براین به منظور پیشگیری از خستگی فلزات، می توانند از مواد اولیه مرغوب و با مقاومت بالا استفاده کنند.تا خستگی سازه دیرتر اتفاق بیفتد.
مثلا می توانند با بررسی میزان مقاومت هر ماده محصول مقاوم تر را انتخاب کنند. مواد مختلف استحکام متفاوتی دارند. به عنوان مثال، فولاد در مقایسه با آلومینیوم می‌تواند درصد بیشتری از چرخه‌های تنش را تحمل کند.
عوامل موثر بر خستگی سازه فلزی
عوامل مختلفی بر خستگی سازه موثر هستند که در ادامه به ذکر چند مورد از آن می پردازیم
مدل اتصال سازه
شکل و ظاهر اتصالات سازه یکی از مهم ترین عوامل در ایجاد خستگی سازه است. به همین دلیل در طراحی سازه باید دقت بیش تری به خرج داد.
مشکلات جوش در سازه ها
اسکلت ساختمان به وسیله عملیات جوش و متصل شدن قطعات فولادی به یکدیگر ایجاد می شود. مشکلات جوش نیز نقش مهمی در میزان مقاومت سازه ایفا می کند. به عنوان مثال اگر عملیات جوش دهی قطعات به درستی انجام نشود و یا اگر نقاط جوش شده در محل مناسب و دقیق خود نباشند باعث کاهش عمر سازه می شوند.
ماده مورد استفاده در سازه
میزان مقاومت سازه تا حد زیادی به مواد و آلیاژهای به کار رفته در سازه بستگی دارد. به عنوان مثال سازه ای که میزان فولاد به کاررفته در آن بیش تر از آلومینیوم باشد، چند برابر دارای استحکام بیش تری است.
عوامل محیطی
عوامل محیطی هم بر‌میزان مقاومت سازه اثر می گذارند. مثلا سازه هایی که در آب و هوای مرطوب و در معرض آب شور دریا هستند درجه مقاومت کم تری دارند و زودتر دچار خستگی سازه فلزی می شوند.
جمع بندی
خستگی سازه های فلزی از جمله مسائل مهمی است که باید مورد رسیدگی قرار گرفته و در جهت مقاوم سازی سازه ها فعالیت های لازم صورت گیرد، در صورت بی توجهی به این مسئله با آسیب های جبران ناپذیری مواجه می شویم.
در تعریف خستگی سازه می توان گفت سازه های فولادی و فلزات به خاطر تحمل وزن ساختمان‌ها، دائما زیر فشار هستند. سازه‌ها تحت تاثیر تنش‌ها بوده و به مرور زمان دچار شکستگی می شوند، به این رخداد خستگی سازه فلزی می گویند. در این مطلب به بیان معرفی خستگی سازه، دسته بندی و مراحل مختلف خستگی سازه و راه های مقابله با این پدیده مطالب مفیدی بیان شده است.
منبع(Resource): Fatigue Failure in Structures
سوالات متداول
خستگی سازه فلزی چیست
سازه های فولادی و فلزات به خاطر تحمل وزن ساختمان‌ها، دائما زیر فشار هستند. سازه‌ها تحت تاثیر تنش‌ها بوده و به مرور زمان دچار شکستگی می شوند. به این رخداد خستگی سازه فلزی می گویند.
مراحل خستگی سازه
ایجاد ترک روی سازه، گسترش ترک های سازه، ازهم پاشیدگی سازه. توضیحات تکمیلی درباره هر مرحله در متن مقاله
چه عواملی بر خستگی سازه تاثیر دارند
مدل اتصال سازه، مشکلات جوش در سازه ها، ماده مورد استفاده در سازه و … . توضیحات تکمیلی در مقاله
