تیرهای ساختمانی

[rkiahoseyni]

مقدمه:
تیر سازه ای یک تیر تکیه گاه است که در ساخت و ساز استفاده می شود. این تکیه گاه افقی اصلی یک سازه است که از تیرهای کوچکتر پشتیبانی می کند. تیرها اغلب دارای مقطع I-beam متشکل از دو فلنج باربر هستند که توسط یک شبکه تثبیت کننده از هم جدا شده اند، اما ممکن است شکل جعبه، شکل Z یا اشکال دیگر نیز داشته باشند. تیرها معمولاً برای ساخت پل استفاده می شوند. کمربند یک تیر عمودی است که برای مقاومت در برابر بارهای برشی قرار گرفته است. تیرهای فولادی کوچک به شکل نورد در می آیند. تیرهای بزرگتر (1 متر یا 3 فوت عمق یا بیشتر) به عنوان تیرهای صفحه ای ساخته می شوند که به وسیله قطعات جداگانه ورق فولادی به هم جوش داده شده یا پیچ می شوند.

تیر جعبه:
جعبه یا تیر لوله ای تیری است که بر خلاف یک پرتو I یا H، یک لوله محصور با دیواره های متعدد را تشکیل می دهد. در ابتدا از آهن فرفورژه پرچ شده ساخته می شدند، اما اکنون از فولاد نورد شده یا جوش داده شده، اکستروژن آلومینیوم یا بتن پیش تنیده ساخته می شوند.
در مقایسه با I-beam، مزیت تیر جعبه ای این است که در برابر پیچش بهتر مقاومت می کند. با داشتن شبکه های عمودی متعدد، همچنین می تواند بار بیشتری را نسبت به یک پرتو I با ارتفاع مساوی حمل کند، اگرچه در مقایسه با یک پرتو I بلندتر با ظرفیت معادل، از مواد بیشتری استفاده می کند.
تمایز نامگذاری بین تیر جعبه ای و تیر لوله ای نادقیق است. به طور کلی از اصطلاح تیر جعبه استفاده می شود، به خصوص اگر مقطع مستطیلی باشد. جایی که تیر "محتوای" خود را در داخل جعبه حمل می کند، مانند پل بریتانیا، به آن تیر لوله ای می گویند. تیر لوله ای نیز در صورتی استفاده می شود که تیر از نظر مقطع گرد یا بیضی شکل باشد مانند پل رویال آلبرت. در جایی که یک تیر جعبه بزرگ شامل بیش از دو دیوار است، یعنی با جعبه های متعدد، به آن تیر سلولی می گویند.
توسعه:
اساس نظری تیر جعبه عمدتاً کار مهندس سر ویلیام فیربرن، با کمک ریاضیدان ایتون هاجکینسون، در حدود سال 1830 بود. آنها به دنبال طراحی برای کارآمدترین تیر ممکن در مواد جدید صفحات آهن فرفورژه پرچ شده بودند.

ساخت سلولی:
اکثر تیرها به صورت ایستا بارگذاری می شوند به طوری که یک تار در حال فشرده سازی و دیگری در کشش است. جرثقیل های اصلی Fairbairn از ساختار سلولی برای صفحه فشاری برای بازوی خود استفاده می کردند تا در برابر کمانش مقاومت کنند. این بازو منحنی، مخروطی و از صفحات آهن فرفورژه پرچ شده تشکیل شده بود. در داخل وجه مقعر (پایین) این تیر، باز هم از صفحات پرچ شده سه سلول تشکیل شده است.
در جایی که یک تیر لوله ای به عنوان دهانه پل استفاده می شود (یعنی در مرکز بارگذاری می شود نه در یک انتها، مانند جرثقیل)، نیروی فشاری در تار بالای تیر قرار می گیرد و بنابراین سلول ها در بالا قرار می گیرند. نیروهای دینامیکی (بارهای متحرک، باد) نیز ممکن است نیاز داشته باشند که در هر دو وجه سلولی باشند. بخش حفظ شده پل بریتانیا نشان می دهد که هر دو فلنج بالا و پایین ساختار سلولی داشتند، اما طبق گفته Fairbairn ساختار سلولی فلنج پایینی اتخاذ شد، نه به دلیل ماهیت نیروهایی که باید تحمل کند، بلکه به دلیل بزرگی آنها و در نتیجه "مشکلات عملی که با آن مواجه می شد که تلاش می شد سطح مقطع لازم را در یک توده جامد به دست آورد.
از برخی جهات، این یک "تیر سلولی" نیست (در مقایسه با یک چارچوب فضایی یا ساختار ژئودزیکی) زیرا سلول ها بارهای کل تیر را به اشتراک نمی گذارند، بلکه صرفاً برای سفت کردن یک صفحه به صورت مجزا عمل می کنند. طراحی چنین ساختارهای مجتمع پیچیده ای نیاز به تکنیک های مدل سازی ریاضی قبل از روز Fairbairn دارد.

تیرهای وارون:
تیرهای نوع وارن شبکه جامد را با یک خرپا شبکه باز بین فلنج ها جایگزین می کند. این چیدمان استحکام را با صرفه جویی در مصالح ترکیب می کند و وزن را به حداقل می رساند و در نتیجه بارها و هزینه ها را کاهش می دهد. در سال 1848 توسط طراحان جیمز وارن و ویلوبی تئوبالد مونسانی به ثبت رسید، ساختار آن شامل اعضای طولی است که فقط با اعضای متقاطع زاویه‌دار به هم وصل شده‌اند و فضاهای مثلثی شکل متساوی الاضلاع متناوب را در طول آن تشکیل می‌دهند و تضمین می‌کنند که هیچ پایه، تیر یا گره‌ای جداگانه در معرض نیروهای کششی خمشی یا پیچشی وجود نداشته باشد و سازه و اجزاء آن فقط در معرض کشش یا فشار هستند. این یک پیشرفت قابل توجه نسبت به خرپا نویل است که از یک پیکربندی فاصله‌گذاری مثلث های متساوی الساقین استفاده می‌کند.

گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی