تیر کامپوزیت چیست | بررسی عملکرد انواع مصالح مرکب در سازه

زمان مطالعه : ۶ دقیقه

تیر کامپوزیت چیست | بررسی عملکرد انواع مصالح مرکب در سازه

تیر کامپوزیت یک المان سازه‌ای می‌باشد که متشکل از دو یا چند ماده مختلف است. تیرهای کامپوزیتی ممکن است مشابه دال بتنی باشند و به تیر و پروفیل فولادی متصل شوند، ممکن است از دو فلز متفاوت تشکیل شوند و یا به صورت لوله فلزی که با بتن پر شده است، اجرا شوند. مقاومت تیر کامپوزیت از تک تک اجزای آن بیشتر و مستحکم‌تر است زیرا ترکیبی مطلوب از مقاومت هر دو مصالح را به نمایش می‌گذارد.

این بدان معنی است که تیر تشکیل شده از میلگرد و بتن، دارای مقاومت فشاری بتن و مقاومت کششی فولاد است. انواع مختلفی از تیرهای کامپوزیت در صنعت ساخت و ساز وجود دارد که عیارهای مختلفی از بتن را با پلاستیک، چوب و فولاد ترکیب می‌کند. تیر کامپوزیت فولاد و بتن آرمه بیشترین استفاده را در صنعت ساخت و ساز دارد.

سازه کامپوزیت

تصویر سازه کامپوزیت

هر یک از مصالح ساختمانی خصوصیات مکانیکی منحصر به فرد خود را دارند و در صورتی که به تنهایی در سازه استفاده شوند قطعا ضعف‌هایی خواهند داشت که کل سیستم سازه را دچار مشکل می‌کند. برای جبران این ضعف، استفاده مصالح در ترکیب با هم راهکاری بسیار مناسب و پژوهش یافته می‌باشد. به عنوان نمونه استفاده میلگرد فولادی و بتن در ترکیب هم مثال بارزی برای المان کامپوزیت است. تیر کامپوزیت به عنوان یکی از اجزای ساختمان در این بخش از دانشنامه عصرآهن بررسی خواهد شد.

بخوانید: اجزای ساختمان | بررسی ساختارهای تشکیل دهنده یک سازه

المان‌های بتن مسلح در زمره اعضای کامپوزیت شناخته شده‌اند که تشکیل شده از دو ماده بتن و فولاد هستند. موضوع اصلی این مقاله، بحث در پیرامون المان کامپوزیت بتنی است که به شکل دال بتنی طراحی می‌شود.

کاربرد و مزایای کامپوزیت

سازه‌هایی که توسط المان کامپوزیت ساخته می‌شوند. در عین مقاومت بالای اجزا وزن کمتری دارند به طوری که وزن این نوع سازه در مقایسه با وزن یک سازه فولادی در مقیاس برابر، حدود 10 برابر تفاوت خواهد داشت. این المان‌ها در برابر خوردگی مقاوم بوده و امکان ساخت اشکال پیچیده و حجم‌های مختلف در این سیستم‌های سازه‌ای وجود دارد.

کامپوزیت در زمینه‌های کاربردی زیادی مثل صنعت ساخت و ساز، صنعت خودرو سازی، ساخت بدنه کشتی‌ها، بدنه هواپیما مورد استفاده قرار می‌گیرد.

تیر کامپوزیت

تصویر تیر سازه‌ای

تیر عضوی افقی می‌باشد که در برابر نیروی خمشی پایدار است. این المان سازه‌ای جایگاه ویژه‌ای در سازه دارد و از مصالح مختلفی مثل بتن، چوب و فولاد ممکن است ساخته شود. در زیر به تیر کامپوزیت، مزایا و نحوه عملکرد آن می‌پردازیم.

ترکیب دو ماده غیر مشابه برای تشکیل عضو کامپوزیت صرفا برای افزایش مقاومت آنها نیست. ایجاد پیوند بین دو ماده خصوصیات فیزیکی آنها را نیز افزایش می‌دهد و موجب بیشتر شدن مزایای آنها می‌گردد. در پروژه‌هایی عظیم با مقیاس زیاد، می‌توان گفت فولاد و بتن بهترین ترکیب و بیشترین استفاده را دارند.

تصویر تیر فولادی

بتن در کنار تامین مقاومت فشاری، انحراف و لرزش دال را کاهش می‌دهد، اعضای فولادی نیز مقاومت کششی تیر را تقویت می‌کنند. از مهم‌ترین قسمت‌های تیر کامپوزیت، اتصال برشی بین دو ماده است. اتصال صحیح در اعضای کامپوزیت باعث می‌شود مواد به کار رفته در المان به صورت یکپارچه عمل کنند و مقاومت را افزایش دهند. این اتصالات برشی به طور معمول گل میخ‌هایی هستند که به تیرهای فولادی جوش داده می‌شوند و درون دال بتنی قرار می‌گیرند. تعداد و اندازه این اتصالات برشی به دقت محاسبه می‌شود زیرا بخش مهمی از عملکرد مکانیکی کامپوزیت را بر عهده دارند.

بخوانید: هر آنچه باید درباره تفاوت‌های تیر و ستون بدانید

تیر کامپوزیت متشکل از بتن و فولاد ممکن است به صورت مقاطع پیش ساخته باشند و یا اینکه در محل ساخته و بتن ریزی شوند. دال‌های پیش ساخته شکاف‌هایی در روی بدنه خود دارند که مخصوص قرار گیری گل میخ‌ها می‌باشد و در آخر این شکاف‌ها با بتن پر می‌شوند.

جالب است بدانید که :

در ابتدا از تیر مرکب در کشورهای توسعه یافته جهت ساخت پل استفاده میشد. اما با گذشت زمان آیین نامه آشتو ضوابطی برای تیر کامپوزیت تعیین کرد و استفاده از آن در سازه‌های ساختمانی رایج شد. در چند سال اخیر استفاده از المان کامپوزیت محبوبیت زیادی پیدا کرد.

دال‌هایی که در محل، ساخته و بتن ریزی می‌شوند، پیچیده تر هستند و قبل از ریختن بتن نیاز است که ورق عرشه فولادی کار شود. این ورق اصولا از جنس ورق سبک فولادی است که بسته به نوع کاربرد دارای پروفیل‌های مختلفی می‌باشد. بعد از نصب ورق، بتن ریزی از قسمت فوقانی انجام می‌شود سپس میلگرد جهت آرماتوربندی اضافه می‌گردد. بعد از عمل آوری بتن، مقاومت به المان کامپوزیت بخشیده می‌شود. اجرای این سیستم سازه‌ای نیاز به نیروی کار ماهر و متخصص دارد.

می‌توان سقف عرشه فولادی و سقف تیرچه بلوک را به عنوان سقف‌ کامپوزیت معرفی کرد که در صنعت ساخت و ساز بسیار متداول بوده و بیشتر دیده می‌شوند.

بخوانید: همه چیز درباره ی سقف های عرشه فولادی

تعدادی تیر کامپوزیت دیگر نیز وجود دارد که در مقیاس‌های کوچکتر استفاده می‌شوند؛ مانند تیرهای چوبی که با نوارهای نازکی از بتن تقویت شده‌اند و بیشتر در خانه‌های چوبی مورد استفاده قرار می‌گیرند. اعضای کامپوزیت متشکل از بتن و رزین هم وجود دارد که بیشتر در ساخت پل مورد استفاده قرار می‌گیرد و به دلیل سبک وزن بودن بسیار قابل توجه هستند، البته برای نصب این مصالح به ماشین آلات سنگین نیاز است. از جمله مصالح رزینی می‌توان به میلگرد FRP اشاره کرد.

جالب است بدانید که :

مقاومت در مصالح کامپوزیتی در حد مقاومت اعضای بتنی مسلح شده با میلگرد فولادی است.

در سازه مرکب بتن و فولاد ممکن است فولاد به صورت میلگرد فولادی به کار برده نشود و فولاد مصرف شده به شکل لوله‌ای باشد که داخل آن با بتن پر شده است این نوع المان کامپوزیت در ساخت ستون مورد استفاده قرار می‌گیرد و ستون CFT نام دارد.

تیرهای برق از جمله کامپوزیت‌هایی هستند که با مواد رزینی الیاف شیشه به همراه بتن ساخته می‌شوند. مصالح به کار برده شده در این تیرها بایستی رسانای جریان برق نباشد همچنین مقاوم در برابر خوردگی، شکست و سنگینی بار باشد. فرآورده‌های کامپوزیتی در مقایسه با فولاد و میلگرد مقاومت و استحکام بالایی دارند.

چرا از تیرهای کامپوزیت استفاده می‌کنیم؟

تصویر تیر کامپوزیت
  • تیر کامپوزیت دارای مقاومت بیشتری است.
  • در المان کامپوزیت انحراف از مرکز کمتری نسبت به تیرهای فولادی مشاهده می‌شود.
  • بخش زیادی از سازه را تحت پوشش قرار می‌دهند.
  • به دلیل پیش ساخته بودن اعضا کامپوزیت، اجرا آنها سریع‌تر است.

با توجه به دلایل گفته شده، استفاده از تیر کامپوزیت موجه‌تر از المان‌های غیر مرکب است. در اعضایی که مرکب نیستند بارها توسط فولاد تحمل می‌شود در حالی که در اعضای مرکب هر دو ماده تحمل و انتقال بار را بر عهده می‌گیرند و عملکردی یکپارچه دارند، این رفتار باعث افزایش مقاومت و سختی سازه می‌شود.

برای استحکام خمشی تیر کامپوزیت، بازده تیر فولادی و دال بتنی در نظر گرفته می‌شود، و مقاومت برشی طولی در اتصال برشی در دهانه از تعادل نیروها به دست می‌آید.

بخوانید: نکاتی که باید در مورد انواع تیرهای سازه‌ای بدانید

جمع بندی

دلیل اینکه تیر کامپوزیت و در کل المان‌های کامپوزیتی بهتر و مناسب‌تر می‌باشند را با یک روش ساده‌تر می‌توان بیان کرد. به عنوان مثال در ترکیب بتن و فولاد، بتن در برابر نیروی فشاری و فولاد در برابر کشش مقاومت می‌کند؛ همچنین مناسب بودن ترکیب چوب و بتن یا دیگر المان‌های کامپوزیتی که در متن مقاله بحث شد نشانگر کاربردی بودن این مصالح است.

پیوستن دو ماده به یکدیگر از نظر ساختاری نقاط قوت بیشتری خواهد داشت و باعث می‌شود ضعف و نقص‌های مصالح به بهترین نحو جبران شود. همچنین استفاده از المان کامپوزیت به طراحی بسیار کارآمد و سبک وزن بودن سازه منجر خواهد شد. سرعت ساخت سیستم‌های کامپوزیتی بالا است که این ویژگی در صنعت ساخت و ساز امری مهم می‌باشد.

برای دسترسی سریع به آهن آلات موجود در بازار و قیمت روز آهن و فولاد می‌توانید با واحد مشاوره عصرآهن با شماره ۰۴۱۳۳۲۵۰۲۸۰ در تماس باشید، کارشناسان ما راهنمای شما خواهند بود. سایت عصر آهن تمام اطلاعاتی را که در مورد محصولات آهن و فولاد، قیمت، کاربرد و فروشندگان این محصولات نیاز دارید، برای شما فراهم کرده است.

۰۲

ارسال دیدگاه