امروز قرار است به شما بگویم که مفصل پلاستیک چیست؟ و چه روابطی در این مفهوم مهندسی قرار دارد؟

مفصل پلاستیک چیست؟

در مهندسی زلزله زمانی به یک مقطع لفظ مفصل اختصاص داده می‌شود که آن مقطع در برابر تلاش مورد نظر دارای سختی نزدیک به صفر بوده و یا اینکه بخش قابل توجهی از سختی خودش را از دست بدهد. در هر دو حالت سختی نزدیک به صفر بوده و بنابراین در اثر تلاش تقریبا ثابت، تغییرشکل‌های مقطع به صورت تسلسلی زیاد می‌شود. مفاصل مذکور به دو صورت مفصل مکانیکی و مفصل پلاستیک تعریف می‌گردند.

۱- زمانی که مقطع مورد نظر تحت تلاش صفر یا نزدیک به صفر دچار تغییرشکل‌های قابل ملاحظه شود مفصل مذکور را مفصل مکانیکی می‌نامند.

۲-زمانی که مقطع مورد نظر تحت تلاش قابل ملاحظه‌ای (این تلاش همان مقاومت پلاستیک مقطع می‌باشد) دچار تغییرشکل‌های تسلسلی گردد مفصل مذکور را مفصل پلاستیک می‌نامند. مفصل پلاستیک مقطعی است که تحت نیروی تسلیم، مقطع متحمل تغییرشکل‌های فرا ارتجاعی می‌گردد.

در یک عضو سازه ای وقتی لنگر خمشی (تیر یا کلا تیرستون)  آنقدر زیاد بشه که دورترین تار مقطع در این نقطه به حد تنش جاری شدن ( σy ) برسه، به لنگر این نقطه لنگر آستانه جاری شدن می گویند:

σy=My/S ==> My = S*σy

حالا سوالی که پیش میاد اینه که: اگر مقدار لنگر خمشی بیشتر از  بشه چه اتفاقی می افته؟

کم کم تارهای خارجی مقطع از بالا به پایین و از پایین به سمت بالا شروع به جاری شدن می کنن (یعنی فقط یه قسمت وسط مقطع در حالت الاستیک باقی مونده ،که بهش هسته الاستیک می گن و خارج از اون جاری شده یا پلاستیک شده).

 حالا اگر مقدار لنگر آنقدر افزایش پیدا کنه که کل تارهای مقطع جاری شن ، این نقطه دیگه لنگر بیشتری رو نمیتونه تحمل کنه و مثل یک مفصل در مقابل اضافه لنگر خمشی عمل می کنه. که تو این حالت به این نقطه مفصل پلاستیک و به لنگری که باعث تشکیل این مفصل میشه لنگر پلاستیک  میگن که در اینصورت داریم: 

 Mp=Z*σy

در این فرمول  Z  اساس مقطع پلاستیک است

 Z=ΣAi*yi

توضیح:

به طور خلاصه مفصل پلاستیک در اثر رسیدن یک نقطه از عضو به  تشکیل می شه و کاربردها و پیامدهای متنوعی می تونه داشته باشه. البته مفصل پلاستیک فقط تحت اثر خمش یک محوره به وجود نمیاد بلکه میتونه به واسطه وجود خمش دو محوره، نیروی محوری ، برش و یا ترکیبی از اینها هم تشکیل شه.

یکی از پیامدهای تشکیل مفصل پلاستیک در سازه تغییر در مقدار لنگر خمشی در طول عضو هست که در سازه های بتنی بهش باز توزیع لنگر خمشی می گن. یعنی با تشکیل هر مفصل پلاستیک در سازه لنگرها به یه جای دیگه منتقل می شن و توزیع لنگرهای داخلی تغییر خواهد کرد. از دیگر بحثهای مربوط به مفاصل پلاستیک، میشه به طراحی بر اساس ظرفیت (Capacity design)، طراحی بر اساس سطح عملکرد (Performance based design) اشاره کرد .

منبع:

پورتال جامع مهندسی