تیرآهن (Girder) اساسی ترین پروفیل ساختمانی است که بعضاً در پروژه های صنعتی نیز کاربرد دارد.

تیرآهن به سه صورت یافت می شود:

1. IPE تیرآهن (استاندارد اروپا و ایران)
2. تیرآهن INP (استاندارد چین و روسیه)
3. IPB تیرآهن (بال پهن)

IPE تیرآهن و INP به ارتفاع 8 – 600 میلی متر و تیرآهن IPB به ارتفاع 100 – 1000 میلی متر تولید می شود. کاربرد تیر آهن در ساختمان به صورت ستون، خرپا، نعل درگاه، تیر در پوشش سقف ها و پل های لانه زنبوری استفاده می شود.

تیرآهن IPE

این تیرآهن معمولی و استاندارد I شکل در ایران وجود دارد. این تیرآهن طبق استاندارد اروپا تولید می شود و ضخامت بال آن ثابت است.

INP تیرآهن

تیرآهن I شکل که ضخامت بال آنها با ایجاد فاطه از جان تیرآهن می کاهد. که این استاندارد کارخانجات روسیه و چین می باشد.

IPB تیرآهن

H تیرآهن یا تیرآهن های عریض که در آنها طول بال ها نسبت به تیرآهن های IPE افزایش خواهد یافت.

نکته : علاومت V نشان دهنده سنگین بودن و علامت L نشان دهنده سبک بودن تیرآهن می باشد. به عنوان مثال IPBV نشان دهنده تیرآهن عریض سنگین و IPBL نشان دهنده تیرآهن عریض سبک می باشند.

تیر چیست؟

تیر یکی از اعضاء اصلی در مجموعۀ المان های مورد استفاده در سازه های ساختمانی است. در واقع وظیفه اصلی تیرها تحمل تنش های حاصل از نیروی برشی و لنگر خمشی. ناشی از بارهای وارد بر آن و وزن خود تیر است. در طراحی سازه ها، معمولاً تیرها بر اساس لنگر خمشی موجود طراحی و سپس ضابطه برش در آنها کنترل می گردد. خصوصیت های اصلی تیرها عبارتند از: نیمرخ (پروفیل)، طول و مادۀ سازنده.

تیر، معمولاً در معماری و مهندسی سازه، بعنوان عضوی بلند، مستقیم و منشوری تعریف می شود. که برای نگه داری بارهای مختلف وارده در طول عضو طراحی می گردد. با این حال در سازه های کوچکتر مانند کامیون ها و بدنه اتومبیل ها نیز تیرها کاربرد دارند. و با راهکارهای مشابه محاسبه می شوند. البته در کار اجرایی عنوان تیر غالباً فقط به اعضای افقی اطلاق گردیده و به اعضای عمودی ستون گویند.

همچنین، تیرها بر اساس عملکرد خود در سازه های ساختمانی دسته بندی می شوند که در ادامه به آن می پردازیم:

تیر اصلی: تیری افقی که به ستون ها متصل است. (با اتصال ساده یا اتصال برشی)، عملکرد سازه ای این نوع از تیرها به گونه ای است. که بار را از تیر فرعی (در صورت وجود) به ستون ها منتقل می کند.

تیر فرعی: تیری افقی که به تیرهای اصلی متصل است (با اتصال ساده یا اتصال برشی). عملکرد سازه ای این نوع از تیرها به گونه ای است. که بار را به تیر اصلی منتقل می کند و به صورت مستقیم به ستون ها متصل نمی باشند.

تیر کلاف: تیری افقی که متصل به دو تیر عرضی در سقف یا خرپای سقف است. عملکرد سازه ای این نوع از تیرها به گونه ای است که تیر، با تیر عرضی را به ستون سازه ای منتقل می کند. عموماً در خرپای سقف به کاربرد دارد.

معمول ترین تیرها از نظر مصالح ساختمانی عبارتند از. تیر فولادی، تیر بتنی و تیر چوبی و معمول ترین تیرها از نظر تکیه گاهی عبارتند از: تیر دوسر گیردار، طره و تیر ساده.

بررسی اجمالی

در گذشته تیرها تخته های چوب مربع شکل بودند. اما برخی از آنها مانند تیرهای سقف از جنس فلز، سنگ یا ترکیب چوب و فلز هستند. تیرها در درجه اول نیروهای گرانشی عمودی را تحمل می کنند. تیرها همچنین برای حمل بارهای افقی. (بعنوان مثال بارهای ناشی از زلزله یا باد یا در کشش برای مقابله با نیرو خرپا. به عنوان یک میله مهار یا در فشار به عنوان یک تیرگریبان) استفاده می شوند. بارهای حمل شده توسط تیر به ستونها، دیوارها یا تیرآهن منتقل می شوند. و سپس نیرو را به اعضای فشرده مجاور و در نهایت به زمین منتقل می کنند. در ساخت فریم های سبک ممکن است تیرچه ها بر روی تیرها قرار گیرند.

طبقه بندی بر اساس تکیه گاه ها

در مهندسی : تیرها چندن نوع هستند:

• تکیه گاه ساده – تیر در هر دو طرف تکیه گاه دارد و می تواند آزادانه بچرخد و هیچ مقاومت خمشی ندارد.
• ثابت – تیر که در هر دو طرف تکیه گاه دارد و نمی تواند آزادانه بچرخد.
• آویزان – یک تیر ساده که یک طرف آن جلوتر از تکیه گاه ادامه پیدا کرده است.
• آویزان از دو طرف – یک تیر ساده که هر دو انتها فراتر از تکیه گاه های آن در هر دو طرف است.
• پیوسته – تیری که بیش از دو تکیه گاه دارد.
• تیر یک سر گیردار – یک تیر که فقط یک طرف آن تکیه گاه دارد.
• خرپا-تیر مقاومتی با اضافه کردن کابل یا میله برای تشکیل خرپا.

گشتاور اینرسی سطح

در معادله تیر I برای نمایش گشتاور دوم سطح استفاده می شود. معمولاً به عنوان ممان اینرسی نیز شناخته می شود و این مقدار جمع  dA*r^2  نسبت به محور خنثی است. r فاصله از محور خنثی است و dA یک قسمت کوچک از مساحت است.

تنش (Stress)

تیرها از درون در معرض پارامترهایی که باعث پیچش یا بار محوری بشود، قرار نمی گیرند. نیروهای کششی و فشاری و برشی در اثر نیروهایی که به آنها وارد می شود پدید می آید. معمولاً در اثر گرانش طول تیر اندکی کاهش می یابد تا یک قوس یا شعاع کوچک تر در بالا قرار بگیرد. و در نتیجه نیروی فشاری به وجود می آید.

در حالی که همان تیر در قسمت زیرین کشیده می شود. و یک قوس با شعاع بزرگ تر را به وجود می آورد. و بنابراین تحت کشش است. حالت های تغییر شکل که قسمت بالایی تیر در فشار قرار دارد. مانند نیروی عمودی، بعنوان sagging mode شناخته می شوند و جایی که قسمت بالا در حالت کششی است. به عنوان مثال تیر یک سرگیردار، به عنوان حالت آویزان معروف است. طول اصلی تیر که معمولاً در وسط تیر است کمانی با شعاع برابر با خمش تیر درست می کند.

و بنابراین تحت کشش و فشار قرار ندارد. و محور خنثی تعریف می شود (در شکل با نقطه چین قابل نمایش است). در بالای تکیه گاه ها تیر در معرض تنش برشی قرار دارد. تیرهای بتونی تقویتی وجود دارد. به صورتی که بتن کاملاً تحت فشار است. و نیروهای کششی توسط میله های فولادی گرفته می شود. این معمولاً در پل های بزرگراه استفاده می شوند.

ابزار اصلی برای تحلیل تیرها معادله برنولی اویلر است. این معادله رفتار الاستیک تیرهای بلند و باریک را توصیف می کند. تیرهایی که در آنها ابعاد مقطع نسبت به طول نیر کوچک است. برای تیرهایی که باریک نباشند، یک تئوری متفاوت باید اتخاذ شود. تا تغییر کشل ناشی از نیروهای برشی و در موارد دینامیکی، اینرسی چرخشی را محاسبه کند.

فرمول تیر که در اینجا مقتضی است، مربوط به تیموشنکو Timoshenko است. از دیگر روش های ریاضی برای تعیین انحراف تیرها می توان به روش کار مجازی و روش انحراف شیب شاره کرد.

مهندسان علاقه مند به تعیین انحراف تیر هستند زیرا ممکن است تیر با ماده شکننده ای مانند شیشه در تماس مستقیم باشد. انحراف تیرها به دلیل زیبایی شناسی نیز باید به حداقل برسد. یک تیر آویزان که قابل مشاهده است، حتی اگر از لحاظ ساختاری ایمن باشد، ناخوشایند است و باید از آن دوری شود. یک تیر محکم تر (مدول الاستیته بالا و/یا ممان اینرسی بالاتر) باعث انحراف کمتری می شود.

روش های ریاضی برای تعیین نیروهای تیر (نیروهای داخلی تیر و نیروهایی که بر روی تکیه گاه تیر تحمیل می شوند.) شامل روش توزیع گشتاور، روش نیرو یا انعطاف پذیری و روش سختی مستقیم است.

شکل دهی کلی

بیشتر تیرها در ساختمان های بتنی دارای مقطع مستطیل شکل هستند. اما مقطع کارآمد تر برای تیر مقطع I و H شکل می باشد که به طور معمول در ساخت فولاد استفاده می شود. به دلیل قضیۀ محورهای موازی و این واقعیت که بیشتر مواد از محور خنثی (neutral axis) فاصله دارند. ممان اینرسی دوم سطح مقطع افزایش می یابد که نوبه خود سختی (stiffness) را افزایش می دهد.

تیر I شکل کارآمدترین نوع در یک جهت خمش است. از بالا و پایین نگاه کردن به تیر به عنوان I، اگر تیر در جهت های کناری خم شود. به عنوان H عمل می کند که در آن کارآیی کمتری دارد. کارآمدترین شکل برای هر دو جهت در یک جعبه دو بعدی (یک پوسته مربع) است. اما کارآمدترین شکل برای خمش از هر جهت، یک پوسته یا لوله استوانه ای است. اما، برای خم شدن یک طرفه، پرتوی I یا پهنای فلنج برتر است.

کارآیی بدین معناست که برای همان سطح مقطع مشابه (حجم تیر در طول) که در شرایط بارگیری یکسان قرار دارد، تیر کمتر خم می شود.

اشکال دیگر، مانند L (زاویه ها)، C (کانال ها) یا لوله ها تیر در صورت وجود شرایط خاص. در ساخت و ساز نیز مورد استفاده قرار می گیرند.

تیرهای جدار نازک

تیر جدار نازک یک نوع تیر (سازه) بسیار مفید است. سطح مقطع تیرهای جدار نازک از پانل های نازک متصل به یکدیگر ساخته شده است تا مقطع بسته یا باز یک تیر (سازه) ایجاد شود. بخش های بسته معمولی شامل لوله های گرد، مربع و مستطیل است. بخش های بار شامل تیرهای T-beams، I، تیرهای L و غیره است. سختی خمش در واحد سطح مقطع تیرهای جدار نازک بسیار بالاتر از سطح مقطع میلگرد (rod) است. در این روش می توان تیرهای سخت را با حداقل وزن بدست آورد. تیرهای جدار نازک وقتی تیر از لمینت کامپوزیت ساخته شده است بسیار مفید می باشند. کار پیشگام روی تیرهای جدار نازک از نوع لمینت کامپوزیت توسط لیبرسکو (librescu) انجام شد.

سختی پیچشی یک تیر تا حد زیادی تحت تأثیر سطح مقطع آن قرار گرفته است. برای بخش های باز، مانند بخش های I، انحراف پیچشی اتفاق می افتد. که در صورت مهار، سختی پیچشی را تا حد زیادی افزایش می دهد.

فولاد رسول دلاکان

با سالها تجربۀ ارزشمند و گرانبها در عرصه تأمین و توزیع انواع ورق آلیاژی و انواع فولاد آلیاژی. و با گواهینامه ها و آنالیزهای معتبری که ضمیمه محصولاتش به مشتریان خویش ارائه داده است. توانسته رضایتمندی مشتریان خویش را همواره فراهم آورد.

صنعتگر شریف و گرامی از اینکه ما را جهت خرید کالا (فولاد آلیاژی) مورد نیاز خویش. انتخاب می نمایید از شما سپاسگزاریم.

ارتباط با ما
02128423820 – 09122136675– 09922704358
واتس آپ: 09122136675
اینستاگرام: fooladdalakan
ایمیل : fooladrasuldalakan@gmail.com