تعریف تیر مرکب در ساختمان سازی

تیرهایی که از فولاد و بتن ساخته می شوند به تیرهای مرکب معروف هستند.

در تیرهای مرکب، جرم، استحکام در مقابل خوردگی و آتش سوزی را بتن، شکل پذیری و مقاومت کششی را فولاد برای تیر تامین می کنند برای سال های متمادی تیرآهن و دال بتنی بدون هیچ گونه اتصال اساسی بین آن ها برای انتقال برش در ساختمان سازی مورد استفاده قرار می گرفت.

در سال های اخیر استفاده از تیرهای مرکب که در آن ها تیرآهن و دال بتنی با وسایل و تمهیدات مناسب به یکدیگر متصل می شونذ، رواج زیادی یافته است.

استفاده از تیرآهن مدفون در بتن با حداقل پوشش، یکی از روش های ساخت تیرهای مرکب بود که تا مدت ها مورد توجه مهندسان و طراحان قرار داشت.

هر چند در طراحی این گونه تیرها اصولا عملکرد بتن و فولاد به صورت توام مورد توجه قرار نمی گرفت، ولی پوشش بتن برای محافظت و دوام تیرآهن در مقابل خوردگی و آتش سوزی بسیار موثر بود.

موارد استفاده از تیرهای مرکب:
استفاده از تیرهای مرکب در کشورهای اروپایی و آمریکا تا قبل از 1940 میلادی به تعداد محدودی پروژه ساخت پل محدود می شد.

از سال 1944 با وارد شدن ضوابط مربوط به تیرهای مرکب در آئین نامه AASHTO، استفاده از تیرهای مرکب در طراحی و ساخت پل ها به صورت چشمگیری رواج یافت و کاربرد تیرهای مرکب در سازه های ساختمانی پس از آن مورد توجه قرار گرفت.

این تیرها مهم ترین حسن هریک از مصالح تشکیل دهنده را دارا هستند. مقاومت فشاری، جرم، استحکام و مقاومت در برابر آتش سوزی را بتن، مقاومت کششی و شکل پذیری مناسب را فولاد برای تیر تامین می کند.

این ترکیب مفید فولاد و بتن باعث می شود که تیر مرکب نسبت به تیرآهن مشابه برتری داشته باشد.

که از جمله موارد آن می توان به:

افزایش باربری، افزایش بار بحرانی در انواع کمانش ها و افزایش مقاومت در برابر خوردگی اشاره کرد. علاوه بر آن، کاربرد تیر مرکب در پوشش سقف ها موجب صرفه جویی در مصرف فولاد، کاهش عمق تیر و افزایش استحکام در مقابل بارهای وارده می شود.

به طور کلی امروزه استفاده از تیرهای مرکب بسیار مرسوم گردیده است. این تیرها متشکل از دال بتنی و مقطعی فولادی می باشند و به همین علت این مقاطع مرکب نامیده شده اند.

این نوع سیستم سازه ای از مقاومت فشاری بتن و مقاومت کششی فولاد به طور همزمان و در جهتی مقرون به صرفه استفاده می نماید.

مزایای استفاده از مقاطع مرکب:
این طرح در صورت وجود همکاری مابین تیر فولادی و دال بتنی مقاومتی بیشتر از مقاومت تیر فولادی به تنهایی خواهد داشت.

حمل نیروی برشی بین دال بتنی و تیرآهن به علت کم بودن سطح اصطکاک بین این دو بر عهده وسایل اتصالی همچون قلاب و گل میخ می باشد.

در این مقاطع سعی می گردد تا تار خنثی نیمرخ تیر مرکب زیر دال بتنی قرار گیرد. بدین ترتیب دال بتنی در قسمت فشاری و تیرآهن در قسمت کششی قرار خواهد گرفت و از خواص فولاد و بتن به نحو احسن استفاده می گردد.

با استفاده از تیرهای مرکب در ساخت سقف ها و کف پل ها مقاومت بیشتری به دست خواهیم آورد و می توان از دهانه های بزرگ استفاده نمود.

با استفاده از این مقاطع صرفه جویی در زمینه مصرف مصالح صورت می گیرد. با ایجاد همکاری دال بتنی با تیرآهن، نیرو توسط دال نیز انتقال می یابد و در نتیجه از مصرف فولاد کاسته می شود.

در اثر همین همکاری ممان اینرسی نیمرخ مرکب بزرگ تر می شود و در نتیجه خیز و تغییر شکل در تیرهای مرکب کاهش می یابد.

البته با توجه به مختلط بودن مصالح باید به نکات خاصی دقت بیشتری نمود. رفتار کمانشی مقطع مرکب در حمل نیروهای وارد بر آن باید مورد بررسی قرار گیرد، که این مساله به طور کامل توضیح داده خواهد شد.

در ضمن خواص ارتجاعی فولاد و بتن متفاوت می باشد و در تحیل رفتار مقاطع مرکب باید به این موضوع توجه شود.

تیرهای مرکب از لحاظ ساختار به دسته تقسیم می شوند:

• تیر مرکب محاطی.
• تیر مرکب محیطی.
• تیر مرکب همبسته.

از مهم ترین مزایای تیر مرکب می توان به:

• جبران ضعف کمانشی تیرآهن.
• جبران هزینه زیاد تیرآهن.

اشاره کرد.

کمانش تیر مرکب:
در صورتی که تغییری در هندسه سازه یا اعضا آن که تحت فشار می باشند رخ دهد، تغییر آن به صورت کاهش توانایی در برابر بار آشکار می شود که این پدیده ناپایداری نامیده می شود.

به علت اینکه ناپایداری منجر به شکست و از دست رفتن سازه می شود، باید در هنگام محاسبات سازه در نظر گرفته شود.

هنگامی که ورقی در صفحه میانی خود فشرده می شود ورق ناپایدار می گردد و شروع به کمانه کردن در یک مقدار بحرانی از بار صفحه ای می کند.

هنگامی که به عضو فشاری وارد می شود، تا حدی رفتار فشاری عادی خواهد داشت ولی در یک لحظه از خود رفتار کمانشی نشان می دهد. به عبارت دیگر رفتار سیستم یا عضوی از سازه در برابر جهت اعمال بار به یکباره عوض خواهد شد.

پس باری که تا آن حد بار سازه از خود رفتار عادی نشان دهند و در آن بار به صورت ناگهانی از خود رفتار کمانشی بروز می دهد مهم می باشد.

در بررسی پایداری تیرچه فلزی در تیرهای مرکب با دو نوع کمانش روبرو خواهیم بود.

در هنگام ساخت بتن تر می باشد و کمانش پیچشی جانبی در ناحیه خمش مثبت، قبل از این که تیر به صورت مرکب عمل کند، رخ خواهد داد. نوع دیگر کمانش به هنگام بهره برداری در ناحیه خمش منفی و در تکیه گاه های میانی رخ می دهد.

تنش های فشاری در بال پایین و ناحیه زیرین جان تیرچه باعث به وجود آمدن کمانش تغییر شکلی جانبی می گردد.

با استفاده از ضوابط مربوط به پایداری در آئین نامه های مختلف می توان از کمانش نوع اول جلوگیری نمود. در زمینه نوع دوم کمانش دال بتنی از چرخش و تغییر مکان بالای بال تیرچه جلوگیری می کند.

همانند دیگر مقاطع فلزی ناپایداری تیرهای مرکب به صورت کلی یا موضی خواهد بود.