کاربرد تیرآهن در ساخت پل، چالش‌ها و نکات مهم

تیرآهن در ساخت پل و کاربرد آن مبحثی است که در این مقاله به آن خواهیم پرداخت. تیرآهن به عنوان یکی از مقاطع طویل در صنعت فولاد شناخته می‌شود. این محصول با توجه به استانداردها و انواع مختلفی که دارد، دارای کاربردهای گسترده‌ای نیز می‌باشد. شناخته شده ترین کاربرد تیرآهن در صنعت ساختمان سازی می‌باشد که به عنوان یکی از مصالح اصلی بکار می‌رود. اما آیا تاکنون فکر کرده‌اید که تیرآهن در چه زمینه‌های دیگری کاربرد دارد؟ آیا با کاربرد تیرآهن در ساخت پل آشنایی دارید؟ برای آشنایی بیشتر با این موضوع توصیه می‌کنیم حتما در ادامه با ما همراه باشید.

*** کاربرد تیرآهن در ساخت پل چیست؟

یکی از مهم‌ترین کاربردهای تیرآهن در ساخت پل‌ها می‌باشد. آیا می‌دانید کاربرد تیرآهن در ساخت پل به چه زمانی برمی‌گردد؟ جالب است بدانید که ساخت پل با تیرآهن به زمان باستان برمی‌گردد. در ابتدا بشر از یک تنه درخت که یک تیر چوبی محسوب می‌شد برای عبور از رودخانه استفاده می‌کرد.

با پیشرفت علم و تمدن بشری، دستاوردهای بهتری در پل سازی ابداع شد که از جمله آنها می‌توان به استفاده از سنگ، ملات و سایر مصالح ساختمانی برای ساخت پل‌های طولانی ‌تر و مقاوم تر اشاره کرد. باید به این نکته توجه کرد که ساده ترین راه ساخت پل استفاده از تیرآهن می‌باشد که هم استحکام مطلوبی دارد و هم مقرون به صرفه تر می‌باشد. در حقیقت سازه پل از یک تیرآهن افقی تشکیل شده که در دو انتهای خود توسط پایه‌هایی که وزن پل و ترافیک وسایل نقلیه را به راحتی به زمین انتقال دهد، پشتیبانی می‌شود.

*** پرکاربردترین انواع تیرآهن در ساخت پل

بطور کلی از تیرآهن برای پل سازی به این جهت استفاده می‌شود که مقاومت و استحکام پل را تضمین کند. معمولا تیرآهن هاش و لانه زنبوری پرکاربردترین تیرآهن در پل سازی می‌باشند. در ادامه توضیح مختصری درباره این دو تیرآهن خواهیم داد.

*** تیرآهن هاش

تیرآهن هاش معمولا به عنوان اسکلت اصلی در ساختمان سازی محسوب می‌شود. این مقطع فلزی از یک جان و دو بال پهن تشکیل شده است. جان تیرآهن به این دلیل طراحی شده است که محصول مورد نظر در برابر نیروهای برشی مقاوم باشد و همچنین بال تیرآهن نقش بسزایی در استقامت محصول دارد. هنگامی که جان تیرآهن به صورت افقی باشد، در این صورت شکل ظاهری آن شبیه به حرف انگلیسی H دیده می‌شود و به همین دلیل به آن تیرآهن هاش گفته می‌شود. برای اینکه بدانید چرا از این تیرآهن در ساخت پل استفاده می‌شود، پیشنهاد می‌کنیم به تفاوت تیرآهن و هاش مراجعه کنید.

*** تیرآهن لانه زنبوری

آیا دلیل نامگذاری تیرآهن لانه زنبوری را می‌دانید؟ در واقع به این دلیل نام گذاری شده است که دارای حفره‌های توخالی و شبیه به لانه زنبور است. از طرفی، این مقطع به عنوان تیرآهن شبکه شناخته می‌شود. تیرآهن لانه زنبوری به این دلیل ساخته می‌شود که بتواند کمان خمشی بیشتری را با کمترین تغییر شکل، تحمل کند. بنابراین این تیرآهن در ساخت پل کمان خمشی بیشتری را با کمترین تغییر شکل ایجاد می‌کند. هنگامی که بر روی تیرآهن، عمل بریدن و جوش دادن انجام شود، سبب افزایش ارتفاع تیر از ۱۸ سانتیمتر به ۲۷ سانتیمتر می‌شود و در آخر این که ممان اینرسی مقطع افزایش پیدا می‌کند.

*** اصول استفاده از تیرآهن در ساخت پل

برای استفاده از تیرآهن در پل سازی باید به یک سری اصول هنگام ساخت پل دقت کرد که در ادامه آنها را بیان می‌کنیم.

• اصول طراحی پل چه صاف باشد، چه محدب و یا مقعر به میزان تحمل بار این سازه بستگی دارد. در حقیقت این پایه‌های یک پل هستند که وظیفه تحمل این بار را بر عهده دارند.
• اگر در ساخت پل از تیرآهن استفاده شود، نیروهای فشاری و کششی وارد شده بر آن به تیرآهن وارد می‌شوند. به همین دلیل برای مقاومت در برابر خم شدن و پیچ خوردن به دلیل بارهای زیاد روی پل، استفاده از یک تیرآهن قوی ضروری است. معمولا از تیرآهن هاش و لانه زنبوری استفاده می‌شود.
• هنگام استفاده از تیرآهن در ساخت پل اگر یک خط خیالی در وسط تیرآهن تصور کنیم، قسمت بالایی این خط فشرده شده و قسمت پایینی کشیده خواهد شد و خود این خط را «محور خنثی» می‌نامند. هرچه تکیه‌گاه‌های پل از این خط دورتر باشند، آن پل از استحکام کمتری برخوردار است.
• هنگامی که ترافیک روی پل حرکت می‌کند، بار وارد شده بر تیرآهن به پایه‌ها منتقل می‌شود. در این میان قسمت بالای پل تحت فشار بوده و کوتاه می‌شود؛ درحالی‌که قسمت پایینی، تحت تنش کشیده و طولانی می‌شود.
• در ساخت پل با استفاده از تیرآهن از خرپا نیز استفاده می‌شود. در واقع خرپاهای ساخته ‌شده از فولاد برای پشتیبانی از تیرآهن استفاده شده و نیروهای فشاری و کششی وارد بر تیرآهن را پراکنده می‌کنند.

*** نکات مهم در کاربرد تیرآهن در پل سازی

برای استفاده از تیرآهن در پل سازی بهتر است که نکاتی را در نظر داشته باشید.

• برای اینکه ایمنی پل‌های ساخته شده از تیرآهن بالا رود، باید از قبل میزان خمش آن محاسبه شود.
• جهت اطمینان از استحکام پل باید توزیع تنش‌ روی عناصر مختلف سازه مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد.
• برای اینکه ظرفیت تحمل بار پل افزایش یابد، باید دو سر تیرآهن‌ در ساخت پل توسط پایه نگه داشته شود.
• قوطی‌ها برای تحمل بارهای پیچشی مناسب‌ تر هستند؛ اما قیمت تیرآهن مقرون‌ به‌ صرفه‌ تر بوده و فرآیند ساخت نیز ساده ‌تر می‌باشد. به همین دلیل پیشنهاد می‌شود برای ساخت پل از تیرآهن‌هایی که بال آنها با ورق تقویت‌ شده استفاده شود.
• دهانه پل به وزن تیر و مقاومت مواد مورد استفاده در ساخت آن بستگی خواهد داشت. هرچه پل ساختار ضخیم ‌تری داشته باشد، ظرفیت آن در نگه ‌داشتن بارها افزایش می‌یابد. البته اگر وزن تیرها زیاد باشد، احتمال دارد پل دچار خمش شود. خوشبختانه این مسئله نیز با پیشرفت تکنولوژی بهبود بخشیده شده است. در حال حاضر پل‌های ساخته‌شده از تیرآهن از موادی محکم، سبک و با دوام تشکیل می‌شوند.

*** چالش‌های استفاده از تیرآهن در ساخت پل

در کنار مزایای کاربردی استفاده از تیرآهن در پل سازی ، محدودیت‌ها و چالش‌هایی وجود دارد که در ادامه آنها را بیان می‌کنیم.

• یکی از مهم‌ترین محدودیت‌های کاربرد تیرآهن در ساخت پل، عدم امکان ساخت پل‌هایی با دهانه بزرگ است. اگر قرار باشد دهانه پل عریض ‌تر شود، باید از تیرآهن‌های بلندتری استفاده کرد که این موضوع به معنی تحمل فشار و بار اضافی است. البته با استفاده از تیرآهن هاش می‌توان دهانه‌های بزرگ‌تری نسبت به تیرآهن‌های معمولی داشت.
• معمولا پیشنهاد می‌شود در پل‌ سازی برای مسیرهای طولانی از تیرآهن استفاده نشود، مگر اینکه چندین پل به یکدیگر متصل شوند. البته با این کار زمان ساخت پروژه نیز افزایش می‌یابد.
• یکی از معایب پل‌های ساخته‌ شده از تیرآهن این است که به‌ خوبی نمی‌توانند نیروهای افقی را تحمل کنند. به همین دلیل معمولاً کاربرد تیرآهن در پل‌ سازی با طاق‌های قوسی و خرپاهای عدسی شکل صورت می‌گیرد تا پل ساخته ‌شده بتواند نیروهای افقی را نیز تحمل کند.
• متأسفانه مشاهده شده است که پل‌های ساخته ‌شده از تیرآهن با گذر زمان دچار نشست می‌شوند. این امر به دلیل عدم انتقال وزن بار ترافیک می‌باشد.
• از چالش‌های دیگر این است که طول عمر بیشتر پل‌های ساخته ‌شده از تیرآهن، ۵۰ سال یا کمتر است و به ‌سرعت فرسوده می‌شوند. تعمیر و نگهداری مداوم می‌تواند تا حدودی از فرسودگی آ‌نها بکاهد، اما از سوی دیگر این کار باعث افزایش هزینه‌ها نیز خواهد شد.
• نکته مهم دیگر انعطاف ‌پذیری کم تیرآهن است که می‌تواند در پل‌سازی مشکل‌ آفرین شود. در صورتی‌ که بادهای جانبی شدیدی وجود داشته باشد، می‌تواند سازه را به ‌طور مداوم تحت تأثیر قرار دهد. برای حل این موضوع عملیات تقویت تیرآهن پیشنهاد می‌شود.

*** نتیجه گیری

تیرآهن به عنوان یکی از مقاطع پرکاربرد در صنعت شناخته می‌شود. در بحث کاربرد تیرآهن در ساخت پل باید به نکات و اصول مشخصی دقت کرد تا استحکام و طول عمر پل ساخته شده با تیرآهن مطلوب باشد. معمولا از دو تیرآهن هاش و لانه زنبوری در پل سازی استفاده می‌شود. دانستن قیمت تیرآهن نیز به برآورد مجموع هزینه‌های ساخت پل نیز کمک می‌کند. امیدواریم تا با مطالعه مقاله فوق پاسخ سوال‌هایتان را دریافت کرده باشید.