دليل ISO 20332:2016 لفحص قوة الهياكل الفولاذية
ISO 20332:2016 «الرافعات — طريقة الحالات الحدية — التحقق من قوة الهيكل الصلب» هو معيار التحقق من تصميم الهيكل الفولاذي للرافعة باستخدام طريقة الحالات الحدية. يحدد المعيار مجموعات الأحمال ومعاملات الأمان الجزئية وطرق التحقق من القوة في الحالة الحدية القصوى والحالة الحدية للاستخدام.
تصنيف الحالات الحدية للهيكل الصلب
يصنف ISO 20332:2016 الحالات الحدية للهيكل الفولاذي للرافعة إلى ثلاث فئات رئيسية: الحالة الحدية القصوى (ULS) — وهي الحالة التي يصل فيها الهيكل إلى أقصى قدرة تحمل، وتشمل فقدان الاستقرار الكلي، والانبعاج الموضعي، وخضوع المادة أو كسرها، وكسر الإجهاد. أما الحالة الحدية للاستخدام (SLS) — فتشمل التشوه المرن المفرط والاهتزاز والضوضاء التي تتجاوز القيم المسموح بها. وأخيرًا حالة حد التعب (FLS) — وهي الحالة التي يحدث فيها كسر الإجهاد نتيجة الأحمال المتناوبة. يتناول هذا المقال طرق التحقق من ULS وSLS، بينما يتم التحقق من التعب وفقًا لمعيار ISO 24035.
مجموعات الأحمال للتحقق من ULS — تشمل الأحمال التي يجب أخذها في الاعتبار عند التحقق من الحالة الحدية القصوى: الحمل الدائم G (الوزن الذاتي للهيكل، وزن المعدات الثابتة)، الحمل المتغير Q (الحمولة المعلقة، حمل الرياح، حمل الثلج، حمل درجة الحرارة)، والحمل العرضي A (الزلزال، الاصطدام، الصدمات). تُجمع هذه الأحمال بعد ضرب كل منها في معامل الأمان الجزئي الخاص به: المجموعة الأساسية γG×G + γQ×Q، والمجموعة العرضية G + A + ψ×Q. قيمة معامل الأمان الجزئي للحمل الدائم γG هي 1.2 (في الحالة غير المواتية) أو 1.0 (في الحالة المواتية)، بينما تبلغ قيمة معامل الأمان الجزئي للحمل المتغير γQ حوالي 1.5.
طرق التحقق من قوة الهيكل واستقراره
المعادلة الأساسية للتحقق من القوة — تحت مجموعة أحمال التصميم، يجب أن يحقق الإجهاد σd في جميع أجزاء الهيكل الشرط: σd ≤ f_d / γM، حيث f_d هي مقاومة التصميم للمادة (محسوبة بقسمة مقاومة الخضوع المعيارية على معامل الأمان الجزئي للمادة γM)، وγM هو معامل الأمان الجزئي للمادة (للفولاذ: 1.0~1.1، ولخط اللحام: 1.15~1.25). بالإضافة إلى ذلك، يجب إجراء التحقق من الاستقرار للأعضاء المضغوطة — الاستقرار الكلي (الانبعاج لأويلر) والاستقرار الموضعي (الحد الأقصى لنسبة العرض إلى السمك للوحة).
التحقق من الاستقرار — يُحدد معامل الاستقرار φ للأعضاء المضغوطة بناءً على النحافة λ وتصنيف المقاطع (الفئات a، b، c)، وتُستخدم المعادلة N/(φ×A) ≤ f_d/γM للتحقق. بالنسبة للاستقرار الكلي للأعضاء المنحنية — إذا كانت المسافة بين نقاط التثبيت الجانبية كافية، لا يلزم التحقق من الاستقرار الكلي؛ وإلا فيتم التحقق باستخدام الصيغة φb×W×f_d/γM. أما الاستقرار الموضعي للوحات — فيجب ألا تتجاوز نسبة العرض إلى السمك للجناح b/t ≤ 15 (للفولاذ Q235)، وألا تتجاوز نسبة الارتفاع إلى السمك للوح الويب h0/tw ≤ 80 (أو ≤ 180 عند وجود أضلاع تقوية عرضية). تعتمد كيلود للصناعات الثقيلة طريقة الحالات الحدية بشكل شامل في تصميم قوة الهياكل الصلبة.
| حالة حدية | مجموعة الأحمال | معايير القبول | معامل الأمان الجزئي |
|---|---|---|---|
| ULSالتحميل | γG×G+γQ×Q | σd≤fd/γM | γG=1.2,γQ=1.5 |
| SLSعادي | G+Q+ψ×Q | تشوه≤L/400 | ψ=0.7~1.0 |
| FLSإجهاد | طيف الإجهادات | D≤1.0 | γF=1.25 |
| طارئ | G+A+ψ×Q | σd≤1.5fd | بدون عوامل إضافية |
الحالة الحدية للاستخدام
تتضمن متطلبات التشوه في التحقق من الحالة الحدية للاستخدام ما يلي: انحراف منتصف امتداد العارضة الرئيسية (تحت الحمولة المقدرة) ≤ L/400~L/500 (تُؤخذ القيمة الأكثر صرامة في وضع التشغيل الثقيل)، وانحراف الطرف الكابولي ≤ L/300. كما يجب ألا يتجاوز الانحراف النسبي عند سكة الجسر وسكة العربة 5 مم. أما بالنسبة للإزاحة الأفقية القصوى للهيكل، فيجب ألا تتجاوز H/800 في اتجاه حركة الجسر (حيث H هو الارتفاع فوق مستوى السكة) وH/500 في اتجاه حركة العربة. يُستخدم في تحقق التشوه مجموعة الأحمال القياسية (بدون معاملات جزئية) — G+Q (تُؤخذ الحمولة المعلقة بالقيمة الاسمية، ويُؤخذ حمل الرياح بقيمة ضغط الرياح في حالة العمل).
أما متطلبات الصلابة الديناميكية، فيجب ألا يقل التردد الرئيسي لاهتزاز الهيكل أثناء بدء التشغيل والكبح بالحمولة المقدرة عن 2 هرتز (لتجنب إزعاج المشغل والرنين مع جسم الإنسان)، ويجب ألا يتجاوز زمن التوهين للهيكل بعد الإطلاق المفاجئ للحمولة الكاملة 5 ثوانٍ. بالنسبة للرافعات التي تتطلب تحديد المواقع بدقة (مثل رافعات الصب)، تكون متطلبات الصلابة الرأسية أكثر صرامة (يُؤخذ حد الانحراف L/800~L/1000). يفي التصميم الهيكلي للرافعات في كيلود للصناعات الثقيلة بمتطلبات تشوه الحالة الحدية للاستخدام والصلابة الديناميكية بشكل صارم.
تقرير التحقق
يجب أن يتضمن تقرير التحقق من قوة الهيكل الصلب ما يلي: أساس الحساب (المعايير المستخدمة وإصداراتها)، المعلمات التقنية للرافعة (سعة الرفع، البحر، فئة التشغيل، إلخ)، الأحمال ومجموعات الأحمال (تحديد قيم الأحمال ومعاملات التركيبة لكل ظروف التشغيل)، نتائج تحليل العناصر المحدودة أو الحسابات التحليلية (مخططات الإجهاد، مخططات التشوه، وتحليل الاستقرار)، استنتاجات التحقق لكل حالة حدية (مدى مطابقة الحالة الحدية القصوى والحالة الحدية للاستخدام للمتطلبات)، والتوصيات. يُوقّع تقرير التحقق من قبل مهندس إنشائي معتمد.
| بنود التحقق | المتطلبات | طريقة الحساب | محتوى التقرير |
|---|---|---|---|
| ULSقوة | σd≤fd/γM | العناصر المحدودة/تحليلي | إجهادمخطط التوزيع+الاستنتاج |
| ULSالاستقرار | N/(φA)≤fd/γM | معادلة أويلر | تقرير التحقق من الاستقرار |
| SLSتشوه | δmax≤L/400 | انحرافالحساب | تشوهمخطط التوزيع |
| SLSاهتزاز | التردد الأساسي≥2Hz | التحليل النمطي | ترددالقيمة |
الأسئلة الشائعة
س: ما هي أنواع الحالات الحدية وفقًا للمعيار ISO 20332:2016؟
ج: تشمل الحالة الحدية القصوى (ULS) للقوة والاستقرار، والحالة الحدية للاستخدام (SLS) للتشوه والاهتزاز، وحالة حد التعب (FLS) لعمر الكلال. تعتمد كل من ULS وSLS على تركيبات أحمال ومعاملات أمان جزئي مختلفة.
س: كيف يتم تحديد معاملات الأمان الجزئي للأحمال؟
ج: عندما يكون تأثير الحمل الدائم غير مواتٍ، يكون معامل الأمان الجزئي γG=1.2، وعندما يكون مواتيًا يكون γG=1.0. أما الحمل المتغير فيكون معامله γQ=1.5. معامل الأمان الجزئي للمواد: للفولاذ γM=1.0~1.1، ولخط اللحام γM=1.15~1.25. في تركيبة الأحمال العرضية تُستخدم الصيغة G+A+ψ×Q.
س: ما هي متطلبات التشوه في الحالة الحدية للاستخدام؟
ج: انحراف العارضة الرئيسية (تحت الحمولة المقدرة) يجب ألا يتجاوز L/400 للخدمة المتوسطة وL/500 للخدمة الثقيلة، وانحراف الطرف الكابولي ≤L/300. الانحراف النسبي عند السكة ≤5mm. التردد الأساسي للهيكل ≥2Hz. حدود الانحراف أكثر صرامة في الرافعات ذات تحديد المواقع الدقيق.
س: ما هي معادلة التحقق من قوة الحالة الحدية القصوى؟
ج: σd≤fd/γM — حيث σd هو إجهاد التصميم (تحت تركيبة الأحمال)، وfd هي قوة التصميم للمادة (مقاومة الخضوع المعيارية)، وγM هو معامل الأمان الجزئي للمادة. عند الضغط، يُتحقق أيضًا من الاستقرار الكلي باستخدام العلاقة N/(φA)≤fd/γM. يعتمد التصميم الهيكلي في كيلود للصناعات الثقيلة على طريقة الحالات الحدية بشكل شامل.
