موضوع این مقاله توسعه یک روش طراحی برای تعیین ظرفیت المان‌های فشاری در شاهتیر تیرچه‌ها است که تحت نیروهای خارج از مرکز از سوی بالشتک‌ها در نقاط پانل قرار دارند.
آزمایشات مختلفی بر روی آنها انجام شد و بر اساس این آزمایشات و تجزیه و تحلیل یک فرمول محافظه کارانه برای تعیین مقاومت نهایی این پایه‌ها معرفی شد. یک فرمول نیز برای بررسی فرمول طراحی پیشنهاد شده است.
شاهتیرهای تیرچه‌ها در واقع نوعی خرپا هستند که مطابق با موسسه استاندارد تیرچه‌های فولادی (SJI، 1994) طراحی شده‌اند تا به عنوان المان اصلی باربر در یک قاب سازه‌ای عمل کنند. اعضای ثانویه، معمولا تیرچه‌های استاندارد فولادی با جان باز، در نقاط پانل بر روی پایه‌های شیب‌دار قرار می‌گیرند.
این گزارش نتایج آزمایش‌ها و تجزیه و تحلیل‌هایی را نشان می‌دهد که برای تعیین ظرفیت این پایه‌ها به عنوان تکیه گاهی برای تیرچه صنعتی در نظر گرفته شده‌اند.
تجزیه و تحلیل ساده الاستیک، مدل سازی پایه زاویه را به عنوان یک تیر طره‌ای نشان می‌دهد که بخش‌های زاویه‌دار را به تنهایی و بدون تقویت کننده‌های محلی نشان می‌دهد که نمی‌توانند واکنش‌های تیرچه‌ها را تحمل کنند. با این حال، هیچ گونه خرابی یا شکست در عمل مشاهده نشده، در صورتی که از هیچ تقویت کننده‌ای استفاده نشده است. بنابراین، به یک روش واقع گرایانه برای تحلیل نیاز خواهید داشت.
آزمایش‌ها و تحلیل‌های گزارش شده در اینجا همراه با نتایج تحقیقات بر روی مقاومت بال‌های تیر تحت بارهای متمرکز نشان داد که در نهایت یک مکانیزم شکل می‌گیرد و پس از تغییر شکل‌های بیشتر یک میدان تنش ایجاد می‌شود. با توجه به حفظ این مقاومت، المان‌های زاویه‌دار شاهتیرها معمولا قادر به تحمل واکنش تیرچه‌هایی که بر روی آنها قرار دارد هستند، بدون اینکه به هیچ گونه تقویت کننده‌ای نیاز داشته باشند. تحقیقاتی که در اینجا ارائه شده است، به عنوان یک روش می‌تواند به تولیدکنندگان کمک کند تا به راحتی المان‌های زاویه‌دار را بررسی کنند.
شرح آزمایشات بر روی شاهتیرها و بالشتک تیرچه‌ها
دو نوع آزمایش بر روی شاهتیرها و بالشتک تیرچه‌ها انجام شد. استفاده از مونتاژ خرپایی و تیر. در یک مونتاژ خرپایی المان افقی پایینی به طور مستقیم بر روی پایه دستگاه آزمایش قرار می‌گیرد و المان افقی بالا توسط دو بالشتک نگهداری می‌شوند و هیچ تنش محوری در امتداد محور طولی المان بالا در این آزمایش وجود ندارد. آزمایش‌های بیشتری بر روی مونتاژ دو نوع تیر انجام شد که از چهار زاویه به شکل مقطع I تشکیل شده‌اند.
در این نوع آزمایش، هر دو خمش عرضی و تنش محوری طولی در پایه بلند آن وجود دارد. این آزمایش‌های اخیر به منظور شبیه سازی شرایط واقعی، بسیار بهتر از آزمایش‌های اولیه عمل می‌کنند.
تمام آزمایش‌ها توسط اعمال بار با یک دستگاه تست هیدرولیکی مجهز به غلتک‌ها انجام می‌شود که به پایه بالشتک‌ها و در نهایت المان افقی پایینی تیرچه متصل شده‌اند. خمش عرضی وارده به این پایه از کوپل Pe* ایجاد می‌شود، به طوری که P نصف بار ثبت شده در شاخص بارگذاری است و e* فاصله بین خط اعمال P و فضای داخلی زاویه وتر است.
تعريف خط اعمال نیرو، توزيع يكنواخت نيرو بر روی کل سطح تماس آن است. این تقریبا یک شبیه سازی ساده‌ای از واقعیت است، زیرا هیچ ارتباط کاملی بین دو سطح وجود ندارد. علاوه بر داده‌های بارگذاری، خیز کلی رو به پایین المان افقی بالا و خیز پاپه المان‌های زاویه‌دار و خیز نوک بالشتک‌ها ثبت شده است.
بارگذاری تا زمانی ادامه می‌یابد که پایه المان‌های افقی به طور گسترده‌ای تسلیم شده و به شدت تغییر شکل دهند، به عنوان مثال، فراتر از تنش ایجاد مکانیزم تسلیم و محدوده‌ای که در آن عملکرد میدان کششی مشاهده شده است.
نحوه عملکرد مکانیزم تسلیم پایه المان افقی شاهتیر همانند یک صفحه محکم در حال چرخش در زیر سطح پوشش بالشتک، خطوط عملکرد را به صورت طولی در عرض g در امتداد پایه در داخل المان زاویه‌دار عرضی در امتداد دو طرف لبه بالشتک نشان می‌دهد. بعد g عرض بالشتک تیرچه را نشان می‌دهد که در تمام آزمایشات g = 5 است.
دو خط تسلیم قطری بالشتک مکانیزم را تکمیل می‌کند.
پس از تشکیل کامل مکانیزم، خطوط تسلیم میدان‌های تنش طولی می‌توانند در ناحیه‌های مثلثی مشاهده شوند زیرا بار همچنان افزایش می‌یابد. این داده‌ها شامل خواص موادی هستند که از آزمایش کششی فولاد در المان افقی، اندازه زاویه وتر؛ ضخامت لبه‌های زاویه دار؛ خروج از مرکزیت و پوش بار بدست می‌آیند، به ویژه هنگامی که بارگذاری ناشی از خروج از مرکزیت منجر به ایجاد خیز بیش از حد شود.