بخشی از مقاله
چکیده
اگر چه تیر های مرکب در سازه های سازه ها به صورت گستر ده ای بیش از 50 سال است مه مورد استفاده قرار می گیرد و این روند در سرتاسر دنیا رو به افزایش است، اما همچنان از لحاظ طراحی به این تیرها تیرها مانند تیرهای دیگر نگریسته می شود و از سهم همکاری توام بتن و فولاد چشم پوشی می شود. تعدادی محدودی از آیین نامه های طراحی با درجه اطمینان بالایی مقرراتی را برای طراحی و اجرای تیرهای مرکب بیان نموده اند که در در این بین می توان به آیین نامه های BS-5400- ,EC-4-2004 ,AISC-2010 اشاره نمود. در مقاطع مرکب از مقطع فولادی، دال بتنی، اتصال دهنده برشی و میلگرد تقویتی استفاده میشود.
مقطع فولادی در پایین تیر مرکب قرار می گیرد و در دهانه های ساده به عنوان عضو کششی عمل میکند این مقطع روی شاه تیر عمل میکند. در تیر مرکب دال بتنی که شامل بتن و میلگردهای تقویتی می باشد بر روی مقطع فولاد قرار میگیرد و توسط اتصال دهنده های برشی به مقطع فولادی متصل میشود، این اتصال دهندهخ ها نیروی برش افقی را بین بتن و فولاد انتقال می دهند.
ساخت ستون های مرکب بدین ترتیب است مه در مقاطع فولادی باز بتن دور مقطع فولادی ریخته می شود. برای افزایش مقاومت ستون های مرکب از میلگرد طولی خاموت نیز همانند ستون های بتن مسلح استفاده می شود. با توجه به کنترلهای متعدد آئین نامه اروپا در طراحی مقاطع مرکب این نتیجه حاصل می شود که آئین نامه اروپا محافظه مارانه تر با طراحی اینگونه سازه ها برخورد می کند که ازیک دید ممکن است سبب افزایش طول عمر مفید سازه باشد.
-1 مقدمه
یکی از حساس ترین تصمیماتی که طراح سازه بایستی مدنظر قرار دهد، انتخاب نوع مصالح مصرفی در سازه می باشد. این تصمیم در بسیاری اوقات تابع نوع سازه، مسایل مالی و همچنین تجربه و مهارت طراح است. هدف دنبال شده در طراحی بدست آوردن سازه ای اقتصادی و در عین حال عملکرد مطلوب می باشد. از نظر مهندسین سازه اصطلاح - سازه مرکب - نوعا برای سیستمهایی به کار می رود که در آن اشکال مختلف سازه فولادی - نورد شده به صورت گرم - با بتن پیش ساخته - به صورت مکانیکی - یا بتن درجا - قالب بندی شده در محل - قفل و بست شده باشد.
سازه مرکب شامل تیر های مرکب، خرپاب مرکب، ستون مرکب و دیوار مرکب می باشد. در تیر های مرکب، یک دال از جنس بتن بطور مکانیکی به یک عضو فولادی متصل می شود. برای تیرها تحت خمش مثبت، دال بتنی به عنوان بال فشاری یک تیر فولادی و عضو فولادی به عنوان بال کششی عمل میکند. بدین ترتیب استفاده از تیر مرکب در صورتی که مقاومت و سختی بیشتری از تیر فولادی داشته باشد، قابل توجه می باشد و در نتیجه مقطع فولادی بکار رفته در سازه مرکب از مقطع فولادی بکار رفته در سازه فولادی، با بارگذاری یکسان سبکتر می باشد. غالبا بتن دال روی یک عرشه فلزی دارای تیر کمرکش، که روی بال بالائی مقطع فولادی قرار دارد ریخته می شود، عرشه فلزی همانند یک قالب ثابت برای بتن ریزی می باشد و همچنین وظیفه یک تقویت خمشی مثبت را دارا می باشد. از عرشه فلزی در ساختار شمع بندی نشده استفاده می شود و بهمراه آن از تقویت حداقل مورد نیاز در دال نیز استفاده می شود.
-1-1 عناصر بکار رفته در سازه مرکب
الف- مقطع فولادی ب- دال بتنی ج- اتصال دهنده برشی
د-ورق فولادی موج دار و- میلگرد تقویتی حداقل
-2 تیرهای مرکب
تیرهای این سیستم از مقطع ناودانی گرم نورد شده میباشد که با اتصال برشگیرهای جوشی با تکنولوژی پیشرفته شرکت soyar آلمان به همراه سیستم سقف عرشه فلزی پس از بتنریزی به صورت مرکب عمل مینماید. تیرها در کارخانه توسط دستگاه پانچ CNCبا دقت بالا و قابل کنترل برش و سوراخ کاری شده و تمامی اتصالات تیر به ستون و تیر به تیر به صورت پیچ و مهرهای می باشد. پیچ و مهرهها از نوع پر مقاومت بوده و قبل از استفاده از لحاظ مقاومت و مشخصات مکانیکی مورد تست قرار میگیرند.تیرهای مرکب محصور شده، به مقاطع مرکب تحت خمشی گفته میشود که از یک تیر فولادی مدفون شده در بتن سازهای تشکیل شده باشند. به گونه ای مشابه، تیرهای مرکب پرشده نیز به مقاطعی گفته میشود که از یک تیر فولادی با مقطع قوطی شکل، که توسط بتن سازهای پر شده باشد، ساخته شود. با استفاده از اتصالات برشی مناسب می توان پوشش بتنی را با بال فوقانی و تیرهای فلزی یکپارچه کرد.
این عمل موجب می شود که پوشش بتنی با تیر فولادی تشکیل تیر مرکبی را بدهد که دارای سختی و مقاومت خمشی بیشتری نسبت به تیرفولادی تنها می باشد. این روش معایب و مزایایی دارد که به آنها خواهیم پرداخت.
-1-2 مزایا و معایب تیرهای مرکب
• مزایا:
-1 کاهش مصرف فولاد در حدود 20 تا 30 درصد
-2 دال بتنی با ایجاد گیرداری مناسب در فوقانب تیر فولادی به عنوان یک تکیه گاه جانبی پیوسته عمل کرده و از ناپایداری جانبی پیچشی بال جلوگیری می کند. هنگامی که از جان نازک در تیر ورقهای مرکب استفاده می شود.
-3 رفتار تیرهای مرکب در تحمل بارهای اضافی و اتفاقی از تیرهای غیر مرکب بیشتر است
-4 افزایش طول دهانه قابل استفاده برای یک پروفایل با ارتفاع مشخص
-5 در تیرهای مرکب با توجه به مکانیزم باربری از مقاومت فشاری بتن و مقاومت کششی فولاد بصورت بهینه استفاده شده و این امر موجب بالا رفتن ظرفیت باربری تیرهای مرکب می شود
· معایب:
-1 عملکرد غیر مرکب در نواحی لنگر منفی
-2 تغییر شکل های دراز مدت به علت پدیده خزش در بتن فشاری
-2-2 برشگیرها در تیر مرکب:
اگر تیر فولادی با دال بتنی به گونهای متصل شوند که امکان لغزش بین آنها وجود نداشته باشد، مقطع به صورت مرکب با ظرفیت باربری بالاتری تبدیل میشود. به منظور جلوگیری از لغزش میان بتن و فولاد، از برشگیر استفاده میشود. به برشگیرها علاوه بر برش افقی، نیروی کششی و لنگر خمشی نیز وارد میگردد. وجود نیروهای متفاوت در برشگیر باعث شده است که تنش در اطراف برشگیر دارای توزیع پیچیدهای باشد؛ لذا در عمل از روابط تجربی و آزمایشگاهی برای طراحی برشگیرها استفاده میشود.
شکل برشگیرها باید به گونهای باشد که بتواند نیروهای وارده را به خوبی حمل نماید. مبحث دهم فقط گلمیخ و ناودانی را برای استفاده به عنوان برشگیر مجاز میداند ولی در ایران غالبا از ناودانی استفاده میشود. در صورتی که تعداد برشگیرها به اندازه کافی برای ایجاد عملکرد مرکب تامین نشود، رفتار تیر بین غیرمرکب و مرکب کامل خواهد بود که به این حالت عملکرد مرکب ناقص گفته میشود.اگر روی تیر برشگیر نصب نشود، به سبب وجود چسبندگی و اصطکاک میان فولاد و بتن مقطع تحت اثر بارهای بهره برداری به صورت نیمهمرکب عمل میکند ولی در حد نهایی، لغزش بین بتن و فولاد رخ داده و عملکرد مرکب از بین میرود و تیر به صورت غیرمرکب درمیآید.
-3-2 اجزای مختلف سقف مرکب
در صورت وجود لنگر خمشی مثبت، بالای تیر - ناحیه بتنی - به فشار و پایین تیر - بال فولادی - به کشش میافتد. از آنجا که بتن مقاومت فشاری قابل ملاحظهای داشته و مقاومت کششی کمیدارد، میتواند با فولاد ترکیب شده و یک مقطع مرکب بتن و فولاد - Composite - را ایجاد نماید. برای اینکه دال بتنی و تیر فولادی به صورت مرکب عمل نمایند، باید اتصال بین دو قطعه توسط برشگیرها انجام شود که بر اساس آییننامه ایران این برشگیرها میتوانند از نوع گلمیخ یا ناودانی باشند. معمولا استفاده از گلمیخ متداول نبوده و بیشتر از ناودانی استفاده میشود.
جهت طراحی تیرهای مرکب با روش تنش مجاز، بتن به فولاد معادل تبدیل شده و محل تار خنثی مقطع معادل تعیین میشود. سپس ممان اینرسی و اساس مقطع محاسبه شده و بر اساس آن تنش موجود در نقاط مختلف مقطع تعیین و با تنش مجاز مقایسه میشود. در صورت ضعیف بودن مقطع تیر، از ورق تقویت در زیر بال پروفیل فولادی استفاده میشود. ورق تقویت فوقانی در تیرهای مرکب در محل تار خنثی قرار گرفته و باعث افزایش ممان اینرسی و اساس مقطع نمیشود؛ لذا از ورقهای تقویت فوقانی در تیرهای مرکب استفاده نمیشود. جهت تحمل بارهای وارده قبل از گیرش بتن از شمعبندی در زیر تیرها استفاده میشود.
در صورت عدم اجرای شمعبندی، باید پروفیل فولادی قابلیت تحمل بارهای قبل از گیرش بتن را داشته باشد که در این روش ممکن است مقطع فولادی بزرگتر شود. اجرای سقف مرکب بدون شمعبندی نسبت به اجرای با شمعبندی از حساسیت بیشتری برخوردار است و در صورت اجرای نامناسب، امکان خیز سقف و یا ایجاد ترکهای پلاستیک زیاد در سقف وجود دارد؛ بنابراین پیشنهاد میشود که در دهانههای بزرگ تا حد امکان شمعبندی اجرا شود.
