تیر مرکب چیست؟

تیرهای مرکب فولادی بتنی شامل یک تیر فولادی هستند که بر روی آن بلوک بتنی با استفاده از اتصالات برشی نصب می‌شود. در ساخت و ساز سنتی تیر مرکب، بلوک‌های بتنی بدون اتصالات خاص روی تیر فولادی قرار می‌گیرد و توسط آن حمایت می‌شود. از آنجا که در این حالت هیچ اتصالی بین بلوک بتنی و تیر فولادی قرار ندارد، تحت اثر بارهای مختلف، هرکدام به شکل مستقل واکنش عمل می‌کنند. برای شناخت کاربردها و مزایای تیر مرکب با ما همراه باشید.

آشنایی با تیر مرکب

به تیرهایی که از فولاد و بتن ساخته می شوند، تیرهای مرکب گفته می شود. تیرهای آهنی مزایا و محدودیت‌هایی دارند. برخی از محدودیت های آهن را می توان با بتن برطرف کرد؛ و در تیر مرکب چنین کاری انجام شده است.

تیر مرکب برای تأمین استحکام، جرم مناسب، مقاومت به خوردگی و آتش سوزی از بتن استفاده می کند و برای تأمین قابلیت شکل پذیری و مقاومت کششی از فولاد بهره می برد؛ قبلا در ساختمان سازی از تیرآهن ها و دال های بتنی در کنار هم و بدون ایجاد اتصال اساسی جهت انتقال برش در ساختمان استفاده می شد؛ اما اخیراً با ظهور تیرهای مرکب این انتقال برش به شیوه بهتری انجام می شود.

انواع تیر‌های مرکب

تیر چسبی لمینتی (Glued Laminated Beam) یا تیر گلولام (Glulam Beam)

این تیر از صفحه‌های به هم چسبیده ساخته می‌شود. این صفحات تیر بزرگ‌تری را تشکیل می‌دهند. تیرهای گلولام کاربرد گسترده‌ای در ساخت و ساز ساختمان‌های کوچک دارند.

تیر ورق (Plate Girder)

این تیر، یک نوع تیر فولادی رایج در ساخت تیرها و ساختمان‌های بزرگ به حساب می‌آید. این تیرآهن‌ها از سه صفحه فولادی جوش داده شده به هم تشکیل می‌شوند. ویژگی این نوع تیر این است که می‌توان آن‌ها را در ابعاد بسیار بزرگ‌تری نسبت به تیرهای بال پهن و I شکل ساخت.

تیر جعبه‌ای (Box Beam)

این نوع تیر از دو الوار به عنوان بال یا «فلنج» (Flange) و دو تخته چندلا به عنوان «جان» (Web) ساخته می‌شود. این بخش‌ها توسط اتصالاتی نظیر میخ، پیچ یا چسب در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند تا در هنگام اعمال بار، رفتار آن‌ها مانند یک تیر واحد باشد. تیرهای جعبه‌ای از مواد دیگری نظیر فولاد، پلاستیک‌ها و کامپوزیت‌ها نیز ساخته می‌شوند.

انواع تیرهای مرکب از نظر ساختار

• تیر مخروطی
• تیر محیطی
• تیر همبسته

کمانش تیر‌های مرکب

هنگامی که ورقی در صفحه میانی خود فشرده می شود ورق ناپایدار می گردد و شروع به کمانه کردن در یک مقدار بحرانی از بار صفحه ای می کند. هنگامی که به عضو فشاری وارد می شود، تا حدی رفتار فشاری عادی خواهد داشت ولی در یک لحظه از خود رفتار کمانشی نشان می دهد. به عبارت دیگر رفتار سیستم یا عضوی از سازه در برابر جهت اعمال بار به یکباره عوض خواهد شد. پس باری که تا آن حد بار سازه از خود رفتار عادی نشان دهند و در آن بار به صورت ناگهانی از خود رفتار کمانشی بروز می دهد مهم می باشد.

در بررسی پایداری تیرچه فلزی در تیرهای مرکب با دو نوع کمانش روبرو خواهیم بود. در هنگام ساخت بتن تر می باشد و کمانش پیچشی جانبی در ناحیه خمش مثبت، قبل از این که تیر به صورت مرکب عمل کند، رخ خواهد داد. نوع دیگر کمانش به هنگام بهره برداری در ناحیه خمش منفی و در تکیه گاه های میانی رخ می دهد. تنش های فشاری در بال پایین و ناحیه زیرین جان تیرچه باعث به وجود آمدن کمانش تغییر شکلی جانبی می گردد.

با استفاده از ضوابط مربوط به پایداری در آئین نامه های مختلف می توان از کمانش نوع اول جلوگیری نمود. در زمینه نوع دوم کمانش دال بتنی از چرخش و تغییر مکان بالای بال تیرچه جلوگیری می کند.

موارد استفاده از تیر‌های مرکب

استفاده از این تیرها در کشورهای اروپایی و آمریکا تا قبل از 1940 میلادی به تعداد محدودی پروژه ساخت پل محدود می شد. از سال 1944 با وارد شدن ضوابط مربوط به تیرهای مرکب در آئین نامه AASHTO ، استفاده از تیرهای مرکب در طراحی و ساخت پل ها به صورت چشمگیری رواج یافت و کاربرد تیرهای مرکب در سازه های ساختمانی پس از آن مورد توجه قرار گرفت.

این تیرها مهمترین حسن هریک از مصالح تشکیل دهنده را دارا هستند. مقاومت فشاری، جرم، استحکام و مقاومت در برابر آتش سوزی را بتن، مقاومت کششی و شکل پذیری مناسب را فولاد برای تیر تامین می کند. این ترکیب مفید فولاد و بتن باعث می شود که تیر مرکب نسبت به تیرآهن مشابه برتری داشته باشد. که از جمله موارد آن می توان به : افزایش باربری، افزایش بار بحرانی در انواع کمانش ها و افزایش مقاومت در برابر خوردگی اشاره کرد. علاوه بر آن ، کاربرد تیر مرکب در پوشش سقف ها موجب صرفه جویی در مصرف فولاد، کاهش عمق تیر و افزایش استحکام در مقابل بارهای وارده می شود.

عملکرد تیر مرکب فولادی بتنی

عملکرد مرکب دال بتنی و تیر فولادی در ساختمان‌های مرکب بتنی فولادی عموما به وسیله برشگیرهای جوش شده ‌روی بال بالایی تیر فولادی تامین می‌شود. یکی از مشکلات اصلی این نوع از اتصالات عدم امکان استفاده مجدد از اعضای سازه‌ای (دال بتنی‌، تیر و ستون فولادی) در دیگر ساختمان‌ها و یا بازیافت کامل آنها در پایان دوره بهره‌برداری آنها و همچنین تولید مقدار زیادی مواد زاید ساختمانی ناشی از تخریب و صرف مقدار قابل توجهی از انرژی است.

علاوه بر این، عملیات بتن ریزی برای اجرای دال‌های بتنی‌، آرماتوربندی و قالب بندی در محل پروژه انجام می‌شود که زمان بر بوده و باعث افزایش هزینه‌های ساخت خواهد شد.

‌اتصال دال بتنی به تیر فولادی در سازه‌های مرکب باعث افزایش قابل توجه ظرفیت باربری تیر خواهد شد و لذا یکی از روش‌های مناسب و مقرون به صرفه برای پوشش دهانه‌های با طول متوسط و بزرگ در ساخت و اجرای پل‌ها و ساختمان‌های معمولی استفاده از تیرهای مرکب است.

کاربرد تیر‌های مرکب فولادی

در گذشته از تیرآهن و دال بتنی در کنار هم استفاده می شد که به وسیله برش گیرهای جوش شده ‌روی بال بالایی تیر فولادی به هم متصل می شدند. از معایب این اتصالات یک بار مصرف بودن دال بتنی‌، تیر و ستون فولادی بود که قابل بازیافت هم نبودند. به عبارتی; بلوک های بتنی بدون اتصال خاصی روی تیرهای فولادی قرار داده می شدند.

از این رو در اثر وارد شدن بارهای مختلف، هر کدام به صورت مجزا واکنش نشان می دادند. اما در حال حاضر از تیر مرکب استفاده می شود که یکپارچه عمل می کند و احتمال لغزش بین تیر فولادی و دال بتنی را کاهش می دهد. تا قبل از سال 1940 تیر مرکب فقط در ساخت پل ها استفاده می شد. اما از سال 1944 به بعد با وضع ضوابط مخصوص به تیرهای مرکب کاربرد آن ها گسترش یافت.

مزایای تیر‌های مرکب فولادی

• ‌از خواص بتن و فولاد به شکل مؤثری بهره می‌برد.
• ‌در مقایسه با تیرهای غیرمرکب با طول دهانه‌ و میزان بار یکسان، استفاده از تیرهای مرکب باعث صرفه‌جویی بیشتری در هزینه‌ی فولاد می‌شود.
• ‌عمق و وزن تیر فولادی مورد نیاز در تیر مرکب کاهش می‌یابد. بنابراین با کاهش عمق تیر، ارتفاع سقف ساختمان بیشتر می‌شود و فضای بیشتری ایجاد می‌شود.
• استحکام بالا نسبت به بتن و تیرآهن
• افزایش باربری
• افزایش میزان بار بحرانی در کمانش ها
• صرفه جویی در مصرف فولاد
• کاهش عمق تیر و در نتیجه افزایش ارتفاع سقف
• کاهش وزن تیر
• امکان ایجاد دهانه های بزرگ با افزایش مقاومت
• پوشش مساحت های وسیع بدون نیاز به هر گونه ستون واسط
• افزایش مقاومت به خوردگی و آتش سوزی به دلیل پوشش بتنی

جمع بندی پایانی

به طور کلی امروزه استفاده از تیرهای مرکب بسیار مرسوم گردیده است. این تیرها تشکیل شده از دال بتنی و مقطعی فولادی می باشند و به همین دلیل این مقاطع مرکب نامیده شده اند. این نوع سیستم سازه ای از مقاومت فشاری بتن و مقاومت کششی فولاد به طور همزمان و در جهتی مقرون به صرفه استفاده می نماید. برای تهیه تیرآهن مناسب و استعلام قیمت روز تیرآهن با کارشناسان ما در ارتباط باشید.