تقویت تیرآهن و روش‌های انجام آن چیست؟

تقویت تیرآهن و روش‌های آن مطلبی است که در این مقاله قرار است به آن پرداخته شود. آیا تابحال به اجزای یک ساختمان دقت کرده‌اید؟ آیا می‌دانستید تیرآهن در بعضی مواقع نیاز به تقویت دارد؟ تیرآهن در استانداردها و ابعاد مختلفی تولید می‌شود و بیشترین کاربرد آن در ساختمان سازی می‌باشد. استانداردهای مختلف با انواع گوناگون سایز تیرآهن باعث شده تا استفاده از آن برای کاربردهای مختلف آسان‌تر باشد. اما گاهی ویژگی‌های موجود در تیرآهن پاسخگو نخواهد بود و نیاز است تا تقویت شود. برای اینکه با دلایل تقویت تیرآهن و روش‌های آن بیشتر آشنا شوید، توصیه می‌کنیم حتما در ادامه مطلب با ما همراه باشید.

*** سنجش مقاومت تیرآهن

هر تیرآهنی در بازار برای اینکه به یک مقاومت مطلوب برسد باید از استانداردهای بین المللی و یا حداقل استانداردهای داخلی آن کشور تبعیت کند. وجود تیرآهن‌های استاندارد باعث می‌شود تا خریداران هنگام خرید تیرآهن اصل و تقلبی را از یکدیگر تشخیص دهند. یکی از مواردی که در مورد تیرآهن استاندارد باید بدانید، میزان مقاومت آن است. قبل از اینکه دلیل و روش‌های تقویت تیرآهن را بدانید بهتر است با چگونگی سنجش مقاومت تیرآهن آشنا شوید.

مقاومت تیرآهن براساس دو عامل سنجیده می‌شود. این عوامل عبارتند از تنش‌های فشاری و کششی. در حقیقت با انجام تست مکانیکی کشش و فشار می‌توان دریافت که یک تیرآهن در برابر این تنش‌ها چه میزان مقاومتی دارد. معمولا تیرآهن‌ با استانداردهای IPE، IPB وINP معمولا مقاومت خوبی در برابر این تنش‌ها خواهند داشت، اما بازهم باید به تولیدکننده این محصول مراجعه کرد.

*** عوامل موثر بر مقاومت تیرآهن

تیرآهن به دلیل اینکه از فلز آهن تشکیل شده است علاوه بر استحکام بالای فولاد، ضعف‌هایی هم خواهد داشت؛ زیرا مقاطع فولادی در برابر برخی عوامل خارجی دوام کافی را ندارند. از این رو تقویت تیرآهن در دستور کار قرار می‌گیرد. در ادامه تمامی عواملی که بر مقاومت تیرآهن تاثیر مثبت و یا منفی می‌گذارند را بررسی خواهیم کرد:

*** وزن تیرآهن

از جمله پارامترهای مهم و تاثیرگذار در مقاومت تیرآهن، وزن آن است. هر چند افزایش یا کاهش آن باید براساس استانداردهای تعیین شده باشد. تولیدکنندگان تیرآهن این محصول را با استانداردهای معینی تولید می‌کنند. با وجود اینکه وزن در مقاومت مصالح فولادی تاثیرگذار است، اما صرفا با افزایش میزان وزن، دوام و استحکام آن افزایش داده نمی‌یابد. برای هر سایز تیرآهن، وزن بخصوصی تعیین شده است. جهت اطلاع از وزن هر سایز تیرآهن باید به جدول وزنی آن رجوع کرد.

برای محاسبه وزن تیرآهن و رسیدن به میزان مقاومت و تحمل آن از سه روش می‌توان کمک گرفت؛ با استفاده از جدول وزن استاندارد، جدول وزن تولیدکننده و فرمول‌های محاسبه‌ای. با توجه به این موارد به راحتی می‌توان دانست چرا مقاومت تیرآهن ۱۸ از مقاومت تیرآهن ۱۶ بیشتر است و تحمل بالاتری دارد و همچنین به راهکارهای تقویت تیرآهن رسید. هر چه مقاومت بیشتر باشد، قیمت تیرآهن نیز بیشتر خواهد بود.

*** سایز و ابعاد تیرآهن

یکی دیگر از عوامل موثر بر مقاومت تیرآهن، سایز و ابعاد آن می‌باشد. به طبع هر چه سایز تیرآهن بیشتر باشد، ابعاد آن بزرگتر و وزن آن بیشتر خواهد بود. بنابراین مقاومت تیرآهن در ابعاد و سایزهای مختلف متفاوت است. برای اینکه بدانید سایز بر روی تقویت تیرآهن چه تاثیری می‌گذارد، بهتر است پرکاربردترین سایز تیرآهن را بشناسید.

*** آلیاژ استفاده شده در تیرآهن

تیرآهن فولادی عموما از عناصر آهن و کربن ساخته می‌شود.. برای افزایش مقاومت تیرآهن از عناصر و آلیاژهای مختلفی در ساختار آن استفاده می‌شود تا کارایی آن بهبود یابد. اصولا افزودن آلیاژها جهت افزایش عملکردهای مثبت در محصول است.

کربن موجود در مصالح فولادی برای افزایش کشش اِلمان و افزایش مقاومت تیرآهن به کار برده می‌شود. اما باید توجه داشت که میزان مصرف کربن بایستی براساس اصول و استانداردها باشد، زیرا مقدار زیاد کربن، جوشکاری تیرآهن را با مشکل روبرو می‌کند.

*** دلایل تقویت تیرآهن چیست؟

در حال حاضر ساخت و ساز در مناطق مختلف رو به افزایش است. در این بین برخی از افراد تصمیم به بازسازی خانه‌های خود را دارند. یا اینکه تصمیم به اضافه کردن طبقات به ساختمان را خواهند داشت. همه این موارد تحت نظارت نظام مهندسی و شهرداری امکان پذیر خواهد بود.

یکی از دلایل استفاده از تیرآهن در ساختمان‌ها، افزایش مقاومت آنها در برابر زلزله و بلایای طبیعی بوده است. در صورتی که بخواهید ساختمان خود را مقاوم سازی کنید، یکی از قسمت‌های آن تقویت تیرآهن می‌باشد. به مرور زمان و با گذشت سالها از ساخت ساختمان‌ها، مشکلاتی مانند آسیب در ستون‌ها، کمانش سازه، ایجاد گسیختگی در قسمت درز‌ها و محل‌های جوش در صورت جوشکاری نامناسب، باعث می‌شود تا نیاز به مقاومت تیرآهن در صنعت ساختمان‌ سازی بیش از پیش مورد بررسی قرار گیرد.

با توجه به اینکه تیرآهن از مصالح و مقاطع اصلی در تقویت سازه در ساخت و ساز محسوب می‌شود؛ برای تقویت این محصول دلایل مختلفی وجود دارد که در ادامه بیان می‌کنیم.

*** خمیدگی یا تغییر شکل تیرآهن

ایجاد خمیدگی و تغییر شکل تیرآهن که منجر به کمانش سازه می‌شود، یکی از دلایل مهم در تقویت تیرآهن محسوب می‌شود. زمانی که مقدار بار و نیروهای اضافی بر ساختمان در اثر عواملی مانند زلزله از حد مجاز عبور می‌کند، بخشی از بال و جان تیرآهن دچار کمانش موضعی می‌شود. با وارد شدن این تنش و فشار به سرتاسر محصول، خمیدگی و کمانش در کل تیرآهن اتفاق خواهد افتاد. عواملی مانند زنگ زدگی، خوردگی و فرسودگی سازه زمینه ساز خمیدگی و تغییر شکل تیرآهن هستند.

*** بازسازی یا ایجاد طبقات بیشتر

جهت تغییر کاربری ساختمان و نوسازی آن و یا اضافه نمودن طبقه به آن، نیاز به تقویت تیرآهن احساس خواهد شد. ضخامت پایین، ستون‌های به‌ کار رفته در اسکلت سازه، جوشکاری نامناسب و اتصالات ضعیف از جمله عواملی هستند که لزوم تقویت تیرآهن در ساخت سازه را افزایش می‌دهند.

*** خستگی سازه

از دیگر دلایل تقویت تیرآهن، خستگی سازه می‌باشد. خستگی سازه زمانی رخ می‌دهد که ساختمان در معرض تعداد تنش و فشارهایی با سیکل تکرار شونده و متوالی قرار گیرد. در این صورت تقویت تیر آهن می‌تواند، راه‌حل مناسبی برای رفع خستگی سازه باشد.

*** روش‌های ایجاد تقویت تیرآهن

برای انجام این کار روش‌های مختلفی وجود دارد که معمولا هر کدام به اشکال مختلفی انجام می‌شوند که از مهمترین آن‌ها می‌توان به تقویت با روکش فولادی، تقویت با سخت کننده‌ها و تقویت با ژاکت بتنی اشاره کرد. در ادامه هر کدام از این روش‌ها را توضیح می‌دهیم.

*** تقویت تیرآهن با روکش فولادی

این روش بر مبنای ایجاد روکش فولادی بر روی بال تیرآهن می‌باشد که در نتیجه آن ظرفیت کمانش تیرآهن در آن بخش بیشتر شده و در نهایت تقویت تیرآهن را به دنبال خواهد داشت. همانطور که می‌دانید فولاد در اثر قرار گرفتن در معرض رطوبت و هوا دچار اکسید شدن و فرسودگی خواهد شد. بنابراین از ورق‌هایی به ضخامت ۳ سانتیمتر برای ایجاد لایه روکش استفاده می‌شود تا در برابر خمیدگی مقاومت کند.

*** استفاده از سخت کننده‌ها

سخت‌کننده‌ها که همان صفحه‌های فولادی هستند با اضافه شدن به تیرآهن‌ مقاومت برشی جان آن‌ را افزایش می‌دهند. هرگاه ورق‌های فولادی به‌ صورت تیغه‌های عمودی با فاصله‌های مشخص‌شده به قسمت جان و بال تیر جوش داده شوند، سخت‌کننده جان تیر ایجاد می‌شود. استفاده از سخت کننده در نهایت مقاومت برشی تیر را افزایش‌ می‌دهد که همین موضوع موثری در مقاوم سازی ساختمان خواهد بود.

*** تقویت تیرآهن به کمک ژاکت بتنی

ژاکت بتنی در واقع همان تقویت ستون‌های فلزی با بتن است که از طریق پُر کردن ستون‌ها با بتن صورت می‌گیرد. اغلب از این تکنیک زمانی استفاده می‌شود که تیرآهن دچار زنگ ‌زدگی یا خوردگی شده باشد. در این حالت سرتاسر این محصول را بتن پوشش می‌دهند تا هر دو مقاومت خمشی و برشی در آن افزایش یابد. این روش بیشتر در تیرآهن‌های H شکل به‌ کاربرده می‌شود.

در این حالت ستون فولادی با لایه‌ای از بتن پوشانده شده و سپس آرماتور‌بندی می‌شود و مجدد لایه‌ای دیگر از بتن‌ها بر روی آن ریخته می‌شود. این کار برای افزایش سطح تماس بتن انجام می‌شود تا ضمن تقویت تیرآهن در برابر فشار و تنش‌ها، در برابر حوادث دیگری مانند آتش‌سوزی نیز ایمنی لازم را به دست آورند.

*** استفاده از الیاف FRP

الیاف Fiber Reinforced Polymer ازجمله الیاف پلیمری مصنوعی هستند که با نام الیاف تقویتی یا رزین از جنس پلیمر نیز شناخته می‌شوند. با قرار گرفتن این الیاف به صورت عمود در راستای طول تیرآهن و یا در ناحیه کشش آن، تقویت تیرآهن انجام می‌گیرد.

برای بکار بردن این الیاف باید محاسبات دقیقی برای میزان نیروهای وارده انجام شود. استفاده از الیاف FRP باعث می‌شود تا ترک خوردگی اولیه به تاخیر افتاده و رشد آن متوقف شود. همچنین می‌توان در مواردی که تیرآهن سوراخ شده از این الیاف در اطراف حفره به ‌صورت موضعی استفاده کرد.

*** تقویت تیرآهن با نبشی و رکابی

برای این روش باید از دو نبشی در گوشه‌های تیز تیرآهن استفاده کرد تا آن را تقویت کرد. نبشی‌ها با قرار گرفتن در گوشه‌ها و رکابی‌ها در قسمت پایین این محصول، باعث افزایش مقاومت در آن می‌شوند.

*** نتیجه گیری

تیرآهن به عنوان یکی از مقاطع اصلی در ساختمان سازی برای مقاوم سازی آن در برابر زلزله استفاده می‌شود. تقویت تیرآهن در صورتی انجام می‌شود که ساختمان نیاز به بازسازی داشته باشد و تیرها با گذشت زمان در اثر اشتباهات محاسباتی دچار کمانش و تغییر شکل شده باشند. روش‌هایی مانند استفاده از روکش فولادی، سخت کننده، ژاکت بتنی، الیاف FRP و نبشی و رکابی جهت تقویت تیرآهن استفاده می‌شود. امیدواریم تا با مطالعه مقاله فوق پاسخ سوال‌هایتان را دریافت کرده باشید.