تأثیر بتن بر تغییر شکل های برشی تیرآهن لانه زنبوری

تغییر شکل های ایجاد شده در تیرآهن لانه زنبوری بدون پوشش بتنی از ترکیب تغییر شکل های برشی و خمشی در محل سوراخ محاسبه می گردد.

اما میزان تغییر شکل های برشی در هنگام مدفون شدن کاملا تغییر می کند.

متاسفانه به دلیل تحقیقات بسیار محدود در مورد اثرات بتن محصور کننده بر روی تیرهای لانه زنبوری، اکثر طراحان یا عملکرد توام بتن و تیر لانه زنبوری را نادیده گرفته و به طراحی این تیرها بدون پوشش بتنی می پردازند، و یا بدون داشتن هیچگونه توجیه علمی درصدی به مقاومت تیر بدون پوشش می افزایند.

نتایج تحقیقات انجام گرفته بر روی رفتار ارتجاعی و غیر ارتجاعی تیرهای لانه زنبوری مدفون در بتن که با ساخت نمونه های دو سر ساده این تیرها همراه بوده است نشان می دهد.

طراحی این تیرها به صورت بدون پوشش بتنی منجر به طراحی های دست بالا می گردد، به طوری که در بعضی از موارد ظرفیت باربری محاسبه شده به کمک این روش ها در حدود نصف مقدار محاسبه شده از طریق روش های عملکرد توام می باشد.

تیرهای لانه زنبوری بدون پوشش بتنی:
برای ساخت تیرهای لانه زنبوری ابتدا تیرآهن نورد شده از وسط جان به صورت زیگزاگ بریده می شود.

این کار در قدیم توسط دستگاه های برش هوا صورت می گرفت اما امروزه این کار با استفاده از دستگاه گیوتین و یا به وسیله حرکت تیرآهن از میان فک های مخصوص برش صورت می گیرد، که البته از میان روش های فوق، روش آخر به علت ایجاد ترک های مویین کمتر در محل برش، ایجاد سطح صاف در محل برش و در نتیجه انطباق بهتر دو سطح و نیز جوشکاری راحت تر بیش تر از سایر روش ها استفاده می گردد.

در نتیجه این کار تیری به وجود می آید که دارای ارتفاع بیشتر، قوی تر و سخت تر از تیر اصلی است.

به این مفهوم که افزایش ممان اینرسی در حدود 5/2-2 برابر و نیز افزایش 5/1 برابری اساس مقطع را بدون به هدر رفتن هیچ گونه مصالح به همراه دارد.

ایده اصلی ساخت تیرهای لانه زنبوری اولین بار در سال 1910 توسط هورتون در شرکت پل و آهن شیکاگو پیشنهاد گردید.

مقاومت تیر لانه زنبوری:
با این وجود به رغم استفاده فراوان از این تیرها پس از ابداع آن ها اولین تحقیقات بر روی این تیرها در سال 1943 انجام پذیرفت.

این تحقیقات شامل آزمایشاتی بر روی اجزاء اره ای شکل تیرهای لانه زنبوری بود. پس از آن آزمایشات منعددی جهت بررسی تنش و تغییر مکان در تیرهای لانه زنبوری صورت پذیرفت.

برخی محققان نمونه های واقعی و کامل این تیرها را به منظور وضعیت ساختاری تیرهای لانه زنبوری در محدوده الاستیک، پلاستیک و تعیین مقاومت آن ها به عمل آوردند.

در نتیجه این آزمایشات درک بهتری از رفتار تیرهای لانه زنبوری تحت اثر بارهای استاتیکی و دهانه های ساده حاصل گردید.

علاوه بر این ها روش های تحلیل تقریبی مناسب تری که توافق نسبتا خوبی با نتایج آزمایشات داشت دستاورد این بخش از تحقیقات بود.

هندسه و ابعاد تیرهای لانه زنبوری:
بدون شک تغییر در زاویه برش زیگزاگ جان در تیرهای لانه زنبوری یکی از عوامل مهم در تغییر مشخصات هندسی و مکانیکی و باربری تیرهای لانه زنبوری می باشد. از جمله دیگر عوامل مهم تأثیرگذار در باربری این تیرها محل ایجاد سوراخ در طول تیر می باشد.

این زاویه معمولا بین حداقل 45 درجه و حداکثر 70 درجه می باشد، که زوایای 45 و 60 درجه معمول ترین زوایای مورد استفاده هستند. این زاویه باید به گونه ای انتخاب گردد که تنش برشی افقی در تار خنثی از حد مجاز تجاوز ننماید.

در مقررات ملی ساختمان ایران که به طرح و اجرای ساختمان های فلزی مربوط است، هندسه نشان داده شده در شکل برای تیر لانه زنبوری مجاز شمرده شده است. ضمن اینکه توصیه شده است در استفاده از تیرهای با هندسه و مشخصات متفاوت می بایست جانب احتیاط رعایت گردد.

با وجود این، برش مورد استفاده در ایران برشی به نام پاینر می باشد که زاویه آلفا مورد استفاده در آن برابر 63 درجه است که به زاویه پیشنهادی آیین نامه فولاد ایران نزدیک می باشد.

همچنین لازم به تذکر است که کیفیت جوش تیرهای لانه زنبوری در مرحله ساخت نیز می تواند در باربری این تیرها موثر باشد.