وبلاگ

:
در این تحقیق ، کمانش جانبی – پیچشی تیرهای لانه زنبوری با باز شو سینوسی شکل با عملکرد تیر و ستون تحت شرایط بارگذاری متفاوت  مورد بررسی عددی قرار گرفته است و اهمیت آن اینست که به واسطه ی وجود حفره هایی در جان این تیر ها ، با وجود افزایش مقاومت خمشی آنها ، جان ها ضعیف گردیده و در نتیجه پیش بینی رفتار آنها در هنگام بارگذاری را مشکل ساخته است، بخصوص نسل جدید این تیرها (با بازشوی سینوسی ) که این نیاز وجود دارد تا رفتارشان بخصوص رفتار کمانشی آنها – که پدیده کمانش باعث می شود تیرها یا ستون ها تحت تنش های به مراتب کمتر از مقاومت های خمشی یا فشاری (در ستون) شان به حد جاری شدن و تسلیم برسند. – را مورد بررسی قرار داد. در این تحقیق از مدلسازی رایانه ای در جهت بررسی رفتار کمانشی، استفاده گردیده است.    
1 – 2 – تعریف تیرهای لانه زنبوری :
دلیل نامگذاری تیرهای لانه زنبوری ، شکل گیری این تیرها پس از عملیات  ( بریدن و دوباره جوش دادن ) و تکمیل پروفیل است. این گونه تیرها در طول خود دارای حفره های توخالی (درجان) هستند که به لانه ی زنبور شبیه است به همین سبب به اینگونه تیرها لانه زنبوری می گویند.
شکل 1 – 1
چگونه تعریف می شوند:
هنگامیکه یک تیر با بال بزرگ ، با الگوهای استاندارد سوراخ دار می شود.ارتفاع تیر تا 50% تقریبا افزایش می یابد. بطور مثال یک تیر با مقطع W12*14 با ارتفاع اسمی 12 اینچ تبدیل می شود به یک تیر لانه زنبوری با ارتفاع اسمی 18 اینچ که مقطع بدست آمده CB 18*14 نامیده میشود.
CB = تیر با جان باز شش ضلعی لانه زنبوری (LB برای تیرهای با جان باز دایره ای)
18 = عمق نسبی برحسب اینچ ( 5/1 برابر عمق اسمی مقطع بال پهن اولیه )
14 = وزن اسمی در واحد فوت ( Plf )
اگر تیر لانه زنبوری در نهایت نیاز باشد که گالوانیزه شود ( روی اندود ) برای حداقل کردن افزایش تنش در حین مرحله ی گالوانیزاسیون توصیه میشود که از بازشو دایره ای استفاده گردد.شکل بازشوها بسته به طول دهانه، اتصالات انتهایی ، میزان باربری و یا هم ردیف کردن  بازشوهای تیرهای مجاور ، متغیر می باشد.بعضی مواقع تیر لانه زنبوری از دو قسمت با ابعاد متفاوت درست می شود، از ترکیب یک تیر سبک در نیمه بالای و یک تیر سنگینتر در نیمه ی پایینی هر دوقسمت تهیه شده باید داری عمق نسبی یکسان و اختلاف ضخامت تا  اینچ باشند.
این نوع تیرها معمولا در سازه های مرکب بکار می روند در جایی که دال بتنی نقش بال پهن بالایی را برای تیر بازی می کند. CB 18 *14/26 مثالی از نامگذاری یک تیر نا متقارن میباشد که:
CB = تیر لانه زنبوری) LB بازشوی دایره ای)
18 = عمق نسبی برحسب اینچ ( 5/1 برابر عمق اسمی مقطع بال پهن اولیه )
14 = وزن اسمی نیمه ی بالای تیر در واحد فوت ( Plf )
26 = وزن اسمی نیمه ی پایینی تیر در واحد فوت ( Plf )
شکل 1 – 2
1 – 3 – هدف از ساخت تیرهای لانه زنبوری :
هدف اینست که تیر بتواند ممان خمشی بیشتری را با خیز ( تغییر شکل ) نسبتا کم ، همچنین وزن کمتر در مقایسه با تیر نورد شده مشابه تحمل کند ، برای مثال ، با مراجعه به جدول تیرآهن ارتفاع پروفیل IPE-18 را که 18 سانتی متر ارتفاع دارد ، می توان تا 27 سانتیمتر افزایش داد.
1 – 4 –  محاسن و معایب تیر لانه زنبوری :
در مدت ده سال ، کاربرد تیرهای لانه زنبوری افزایش داشته است هم در سازه های فلزی و هم در کشف روش های نوین سازه ایی.استفاده از تیرهای لانه زنبوری منجر به اصطلاحات جدید معماری میگردد.سازه ها سبکتر میشوند و طول دهانه ها افزایش می یابند.این انعطاف پذیری همراه با عملکرد اجازه ی نصب تاسیسات فنی ( لوله ها و داکت ها ) وعبور آن از میان بازشوها میباشد. ظاهر سبک تیرهای لانه زنبوری در ترکیب با مقاومت بالایشان ، هیچگاه دست از ترقیب معماران در طراحی سازه های جدید برنداشته

 است.پیشرفتهایی صورت گرفته است  برروی عواملی که باعث گسترش کاربرد تیرهای لانه زنبوری شده اند؛با توجه به مثال گفته شده در بالا با تبدیل تیرآهن معمولی به تیرآهن لانه زنبوری، اولا  مدول مقطع و ممان اینرسی مقطع تیر افزایش می یابد. ثانیا مقاومت خمشی تیر نیز افزوده می گردد. در نتیجه تیری حاصل می شود با ارتفاع بیشتر ، قوی تر و هم وزن تیر اصلی. ثالثا با کم شدن وزن مصالح و سبک بودن تیر، از نظر اقتصادی مقرون به صرفه تر خواهد بود. رابعا از فضاهای ایجاد شده ( حفره ها ) در جان تیر می توان لوله های تاسیساتی و برق را عبور داد. در ساختن تیر لانه زنبوری که منجر به افزایش ارتفاع تیر می شود، باید استاندارد کاملا رعایت گردد در غیر اینصورت ، خطر خراب شدن تیر زیر بار وارد شده حتمی است.

از جمله معایب تیرهای لانه زنبوری ، وجود حفره های آن است که نمی تواند تنشهای برشی را در محل تکیه گاه های پل به ستون یا اتصال تیرآهن تودلی ( تیرفرعی ) به پل لانه زنبوری تحمل کند، بنابراین ، برای رفع این عیب ، اقدام به پرکردن بعضی حفره های با ورق فلزی و جوش می کنند تا اتصال بعدی پل به ستون یا تیر فرعی به پل به درستی انجام شود. تیر لانه زنبوری در ساختمان اسکلت فلزی می تواند به صورت پل فقط در یک دهانه یا به صورت پل ممتد به کار رود. برای ساختن تیر لانه زنبوری دو شیوه موجود است. اگرچه بحث های بسیاری پیرامون تیرهای لانه زنبوری ، اخیرا مطرح شده است و به عقیده گروهی از طراحان به علت مسائل اجرائی آن ، خصوصا جان تیر و اتصال آن توسط جوش ( زیرا همانگونه که میدانیم ، اتصالات نقش کلیدی و تعیین کننده ای در انتقال بار از یک عضو به عضو یا اعضای دیگر دارند و در صورت اجرای نا مطلوب آن، به میزان زیادی از باربری یا مقاومت المان سازه ای کاسته خواهد شد در نتیجه مساله نظارت موثر بر اجرای عملیات جوشکاری ، اهمیت بسزایی در کیفیت کلی سازه خواهد داشت.) همچنین ضعفی که درناحیه جان تیر در اثر کاهش مساحت آن وجود دارد از نقاط ضعف این تیرهاست.
مساله لهیدگی جان ( web crippling   ) نیز در قسمت اتصال مقطع برش داده شده وجود دارد، که بسیار حائز اهمیت می باشد. در نواحی که خصوصا بار متمرکز وجود دارد و یا در نزدیکی تکیه گاه ها که برش عامل موثری است، کنترل لهیدگی جان باید مورد توجه بیشتری قرار گیرد ، زیرا در این نواحی مقاطع حالت بحرانی تری نسبت به سایر قسمت ها دارند. البته قسمت اعظم این کاستی ها را می توان با استفاده صحیح و بهینه ورق های تقویتی بر طرف نمود و بعضا در مواردی که باز هم علی رقم همه تدابیر اتخاذ شده ، اساس مقطع لازم بدست نیامده باشد ، از تیر لانه زنبوری دوبل استفاده می شود. در نگاهی ، محتاطانه ، استفاده از تیرهای لانه زنبوری از ضریب اطمینان یا ایمنی کمتری نسبت به سایر مقاطع برخوردارند. اما استفاده گسترده از این نوع تیر ها به سبب مزایایی که آنها را به اختصار بر شمردیم ، هنوز هم در مقیاس وسیعی از کارهای ساختمانی متداول است. بیشترین مزیت تیرهای لانه زنبوری که در حقیقت مقطعی غیر فشرده است، در مقایسه با سایر مقاطع استاندارد ( فشرده ) ایجاد ممان اینرسی نسبتا خوب آن حول محور قوی تیر (X) می باشد که به سبب ایجاد فاصله بال ها از محور خنثی و افزایش ارتفاع تیر می باشد، بنابراین مقاومت خمشی تیر که مهمترین نقش آن نیز می باشد افزایش یافته ، همچنین سختی آن نیز بیشتر می گردد. از آنجائیکه جان این گونه تیرها  در قسمت هایی توخالی است ، در نتیجه باعث خواهد شد که وزن سازه به میزان قابل توجهی کم گردد. در اثر کاهش وزن سازه ، مولفه های نیروی زلزله که ارتباط مستقیم با وزن سازه دارد نیز کم می گردد و در نتیجه سازه ایمن تر خواهد بود و عملکرد مناسبتری را توام با انعطاف پذیری بیشتر در بر خواهد داشت. حتی این کاهش وزن در تیرها ، باعث کاهش وزن مرده ساختمان خواهد گردید که در نتیجه ی آن ، بار کمتری به عناصر اصلی سازه ، خصوصا ستون ها وارد خواهد گردید.
از سوی دیگر بهینه ترین وضعیت در طراحی سازه ها ، اقتصادی بودن آن می باشد که در تیرهای لانه زنبوری به دلیل آنکه مقطع هر تیر به صورت زاویه دار ( زیگ زاگ ) توسط دستگاه برش بریده می شود و سپس با جابجایی دو قسمت آن به هم تیر به صورت لانه زنبوری در خواهد آمد، صرفه جویی نسبی در مصرف فولاد صورت خواهد گرفت. از لحاظ تاسیسات ساختمان نیز اینگونه تیرها مورد استقبال قرار می گیرند ، زیرا که می توان از فضاهای خالی در جان تیر عبور لوله های تاسیسات و یا کابل های برق استفاده نود و این موضوع شاید یکی از نقاط قوت منحصر بفرد این گونه تیرها است. ملاحظه می شود که تیرهای لانه زنبوری با توجه به مطالب ذکر شده به میزان چشمگیری از ارتفاع سقف می کاهند که خصوصا در مواقعی که طرح های معماری محدودیت زیادی را در ساختمان به صورت اعم و در ناحیه سقف به صورت اخص به طراحان سازه تحمیل می کنند و به هیچ عنوان افزایش ضخامت سقف ممکن و میسر نباشد تیرهای لانه زنبوری بهتر از سایر مقاطع نورد شده نقش انتقال بار را به سایر عناصر بازی خواهند کرد ، حتی در مواردی که تیر با ارتفاع متغیر مورد نیاز است، مانند بعضی از سازه های صنعتی و یا تیرهای مورد استفاده در تیر ریزی بام ، با تغییر برش تیر ، تیر مورد نظر را بسیار ساده و ارزان می توان آماده نمود، که این کار تنها با برش مورب زیگ زاگها در جان تیر ممکن خواهد شدو مزایای فوق الذکر باعث ترغیب طراحان در استفاده از تیرهای لانه زنبوری می شود و به عنوان گزینه مطلوبی مورد استفاده همه جانبه قرار میگیرد.  
1 – 4 – 1 –  آزادی در طراحی:
تیرهای لانه زنبوری ، آزادی بیشتری در طراحی سازه های بزرگتر میدهند و همچنین راندمان پروژه را افزایش داده در حالیکه هزینه های پروژه را کاهش می دهند. علاوه بر آن ، این تیرها نسبت به بتنی ازلحاظ فضا و هزینه از راندمان بالاتری برخوردار هستند. برای پارکینگ ها ، بیمارستان ها و اغلب پروژه هایی که فضا مدنظر قرار دارد، این تیرها مقطعی سبک و خمیده را با ظاهر سازه ای زیبا ارائه می دهند.
1 – 4 – 2 –  آزادی در انتخاب:
  تطبیق پذیری این نوع تیرها با کاربردشان در طیف وسیعی از انواع ساختمان ها،در اندازه ها و استفاده های خاص، نمایان میشود. علاوه بر زیبایی معماری، مقاومت این تیرها میتواند  دقیقا هماهنگ با راندمان هزینه ای باشد.معماران در حال حاضر وسیله ای را در اختیار دارند برای طراحی بهتر فضاها. مهندسان سازه هم ، وسیله ای را در اختیار دارند در کاهش ویا حذف هزینه های سنتی ،که در پروژه به نوعی پذیرفته شده اند. نصاب ها هم نصب این تیرها را نسبت به بتنی سریعتر و راحتر می دانند.کارفرمایان سود بیشتری نصیبشان میشود از ساختمانهایی که با فضای مفید بیشتری اجرا شده  و رها میباشند از بند هزینه ها و محدودیت های اجرایی که دیگر روش های ساخت در معرض آنها قرار دارند:
  1- 50% عمیق تر با ارتفاع تا 66 اینچ ( برابر 5/167 سانتیمتر ).
  2- تا 40% ظرفیت لنگر بیشتر.
  3- عبور لوله های تاسیسات از درون بازشوها.
  4- تیری بلند تر و مقاوم تر با فولاد کمتر.
  5- دهانه های تا 90 فوت ( برابر 27 متر ).
  6- قابل اجرا بصورت مستقیم و خمیده.
  7- در دسترس بودن آنالیز لرزه ای.
  8- قابلیت گاوانیزه شدن ( لایه اندود شدن ).
  9- به راحتی در برابر آتش سوزی مقاوم سازی میشوند.
 10- از 90% فولاد بازیافتی درست می شوند.
1 – 5 –  روش اجرا –  تولید:
    الگوی روش بکار رفته در تولید این نوع تیرها بر مبنای کاربردی خاص از نورد گرم مقاطع می باشد. دوبار برش توسط برش شعله در جان صورت می گرد.دو مقطع T شکل جابجاشده و به هم دوباره جوش داده میشوند که منجر به افزایش ارتفاع تیر می گردد.توضیح بیشتراینکه روش تهیه تیرهای لانه زنبوری از این قرار است که ابتدا در روی جان تیر آهن نورد شده با بهره گرفتن از الگو که بصورت شش ضلعی از ورق آهن سفید 0.5 میلیمتری (شابلن) با توجه به استاندارد ساخته شده خط دار می گردد، سپس تیرآهن را روی یک شاسی افقی با زدن تک خال جوش در نقاط مختلف برای جلوگیری از تاب برداشتن قرار می دهند. آن گاه با بهره گرفتن از دستگاه برش (برنول) در امتداد خط منکسر اقدام به برش می کنند تا پروفیل به دو قسمت بالا و پایین تقسیم شود. حال اگر قسمت بالا را به اندازه یک دندانه جابجا کنیم و دندانه های دو قسمت بالا و پایین را به دقت مقابل هم قرار دهیم و از دو طرف کارگر ماهر آنرا جوشکاری کند با بهره گرفتن از جوش قوسی نیمه اتوماتیک برای اتصال دو نیمه بریده شده، یک جوش خوب ، بی عیب ، سریع و مقرون به صرفه خواهد بود . همان طور که در مطالب قبلی نیز گفته شد ، تیر ساخته شده در محل تکیه گاه ها با توجه به حفره های داخلی آن در مقابل تنشهای برشی ضعیف می شود. برای جبران این نقیصه ، با توجه به منحنی نیروی برشی نیز به پرکردن حفره ها با ورق در تکیه گاه به وسیله جوش، کاملا پر می شود . در پایان یادآور می شوم که یک نوع دیگر از پروفیلهای لانه زنبوری را پس از بریدن قطعات بالا و پایین، ورق واسطه اضافه می کنند که این ورق واسطه بین دندانه ها جوش می شود. در نتیجه ، تیر حاصل به مراتب قویتر از تیری است که بدون ورق واسطه ساخته می شود.
محصول بدست آمده داری ممان اینرسی بیشتر با همان وزن خواهد بود. فرایند برشکاری، بصورت کامپیوتری به منظور انطباق کامل بازشوها بر روی هم ، کنترل می شود. و تولید موازی چند تیر هزینه تولید را کاهش می دهد.