خمیدگی تیرآهن چگونه رخ می‌دهد؟

خمیدگی کمانش یک پدیده مکانیکی است که به تغییر‌شکل تیرآهن گفته می‌شود. کمانش تیرآهن هم در سازه‌های عمرانی و هم در ریل راه‌آهن اتفاق می‌افتد. کمانش در انگلیسی به معنای (Buckling) است و به رفتاری گفته می‌شود که عضو تحت فشار مانند ستون، دیوار برشی، مهاربند و ... از خود نشان می‌دهند. به بیان بهتر در پاسخ به سوال خمیدگی تیرآهن چگونه رخ می‌دهد؟ باید بگوییم عضوی که تحت فشار است قبل از آنکه به مقاومت فشاری حداکثر خود برسد، تحت اثر پدیده کمانش دچار شکست می‌شود.

خمیدگی تیرآهن به دلایل مختلفی مانند: خصوصیات یک تیر‌آهن، ابعاد آن، شرایط محیطی، محل اعمال نیرو و ... اتفاق می‌افتد. به صورت کلی دو نوع خمیدگی تیر‌آهن وجود دارد خمیدگی کلی و موضعی. در ادامه به علل کمانش تیرآهن و راه‌های جلوگیری از آن می‌پردازیم.

 

 

چرا کمانش اتفاق می‌افتد؟

زمانی که تنش‌های مختلفی به تیر وارد و باعث انحراف تیر از شکل اصلی خود می‌شود، کمانش یا خمیدگی رخ داده است. کمانش باعث ضعیف‌شدن و کاهش ایمنی سازه می‌شود. به‌همین علت محاسبات دقیقی باید در اندازه‌گیری سازه‌ها انجام شود. کمانش یا خمیدگی می‌تواند در هر محصول فولادی که تحت فشار باشد، اتفاق بیفتد. یکی از راه‌های جلوگیری از کمانش تیر‌آهن تقویت آن است. از انواع روش‌های تقویت تیرآهن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

·         تقویت تیر‌آهن با روکش فولادی

·         تقویت تیر‌آهن با بتن

·         تقویت تیر‌آهن با نبشی و رکابی

·         تقویت تیر‌آهن با الیاف پلیمری

·         تقویت تیرآهن با استفاده از سخت‌کننده‌ها

·         تقویت تیر‌آهن با پیش تنیدگی خارجی

·         تقویت تیر‌آهن با استفاده از بادبند

·         تقویت تیر‌آهن با استفاده از میراگر

علل کمانش یا خمیدگی تیر‌آهن

عوامل مختلفی در ایجاد کمانش تیر‌آهن دخیل هستند. اصلی‌ترین دلایل آن در ذیل آورده شده است:

·         نوع بارگذاری: در زمانی که نیروهای فشاری کششی یا حتی خمش بر تیر‌آهن وارد می‌شود، این نیروها ممکن است بیش از مقاومت آن تیر‌آهن باشند و موجب می‌شود شکل تیرآهن دچار تغییر شود و به حالت کمانی در بیاید.

·         محل اعمال نیرو: محل اعمال نیرو نیز بر روی ایجاد کمانش تاثیرگذار است و اگر نیرو در مرکز تیر اعمال شود ممکن است خمیدگی بیشتری را شاهد باشیم.

·         ویژگی‌های تیرآهن: مواد پایه و ویژگی‌های آن مقدار مقاومت و آستانه تحمل تیر را مشخص می‌کند. پدیده کمانش نیز هر چه مقاومت تیر بیشتر باشد، کمتر اتفاق می‌افتد.

·         ابعاد تیر‌آهن: تیرآهن‌هایی که بلندتر و پهن‌تر هستند، کمتر دچار کمانش می‌شوند و برخلاف آن تیرآهن‌هایی که مقطع کوچک دارند و طول آن‌ها بیشتر است در معرض خطر خمیدگی هستند.

·         شرایط محیطی: دما رطوبت و تغییر حجم می‌تواند بر ایجاد کمانش موثر واقع شود.

 

 

انواع کمانش تیر‌آهن

همان‌طور که گفتیم، کمانش تیرآهن به دو دسته یعنی کمانش کلی و کمانش موضعی تقسیم می‌شود. دسته‌بندی دیگری که می‌توان برای ایجاد خمیدگی بیان کرد از نظر نوع نیرو است، مانند: کمانش خمشی، پیچشی و غیره.

·         کمانش کلی تیر‌آهن: تغییر‌شکل یکنواخت و یکپارچه در طول کل مقطع تیر‌آهن را کمانش کلی آن می‌نامند. در این حالت همه تیر‌آهن‌ها با توجه به نسبت‌های مشخص، تحت تاثیر نیروهایی که به آن‌ها وارد شده به‌طور یکنواخت خم می‌شوند. برای سازه‌هایی که ثبات شکل کلی و همبندی آن‌ها مهم است، باید به این نوع کمانش توجه کرد.

·         کمانش موضعی تیر‌آهن: همان‌طور که از اسم آن مشخص است، یعنی کمانش در نقاط خاصی از طول تیرآهن اتفاق می‌افتد. به‌طور معمول، این نقاط در نزدیکی نقاط اعمال نیرو یا تنش هستند. این نوع کمانش بر روی شکل نهایی سازه و اتصالات آن تاثیرگذار است.

راه‌های جلوگیری از کمانش تیرآهن

روش‌های مختلفی برای جلوگیری از ایجاد کمانش و خمیدگی تیرآهن وجود دارد که در ذیل برخی از این روش‌ها بیان شده است:

·         انتخاب مواد اولیه مناسب: استفاده از تیر‌آهن با مقاومت بالا می‌تواند یکی از آسان‌ترین روش‌ها برای جلوگیری از خمیدگی و کمانش آن باشد. این تیرآهن‌ها می‌توانند بهتر تنش‌ها را تحمل کند. باید به این نکته توجه داشته باشید که انتخاب متریال بهتر سبب می‌شود قیمت تیر‌آهن شما گران‌تر شود اما برای اطمینان از ایمنی سازه باید از محصول با مقاومت بالا استفاده کرد.

·         اندازه‌گیری و کنترل بارگذاری: برای اندازه‌گیری و کنترل بارگذاری از سیستم‌های مانیتورینگ، نظارتی و حسگرها استفاده می‌شود تا سازه در بارگذاری ایمن خود باقی بماند.

·         استفاده از تقویت‌کننده‌ها: استفاده از اتصالات فلزی به تیر‌آهن می‌تواند مقاومت آن را افزایش دهد و به تیر‌آهن در برابر کمانش کمک کند. این تقویت‌کننده‌ها می‌توانند به نقاطی که خمش و کمانش بیشتری وجود دارند، متصل شوند. از جمله انواع تیرآهن که با تغییر ظاهر، مقاومت بالایی را از آن می‌توان گرفت تیرآهن لانه زنبوری است.

·         استفاده از تکنولوژی‌های پیشرفته: به‌طور مثال می‌توان از بتن مسلح برای افزایش ویژگی‌های مکانیکی تیرآهن یعنی افزایش مقاومت آن استفاده کرد.

·         طراحی دقیق: ساده‌ترین روش، محاسبات دقیق و طراحی مناسب بر اساس ابعاد و نوع متریال تیرآهن‌ها است. به بیان بهتر از استانداردها و مقررات مرتبط با مهندسی عمران در طراحی و اجرای تیرآهن‌ها به‌طور دقیق استفاده شود تا بتوان ایمنی و پایداری سازه‌ها را تضمین کرد.

 

 

نتیجه‌گیری

همان‌طور که بیان شد، تیرآهن یکی از مصالح اصلی در ساختمان‌سازی و صنایع دیگر است. یکی از خرابی‌هایی که ممکن است در تیر‌آهن اتفاق بیفتد، کمانش آن است. کمانش به علت اعمال بار اضافی بر روی تیرآهن به وجود می‌آید. بنابراین، بهتر است پیش از آنکه کمانش در تیرآهن به وجود آید، با محاسبات دقیق تیرآهن مناسب هر سازه را به دست آورد یا از راه‌حل‌هایی که برای جلوگیری از کمانش در اینجا بیان کردیم، استفاده کرد. شما می‌توانید مشاوره تخصصی فنی و مهندسی توسط مهندسین عمران شرکت آسن در رابطه با راه‌های تقویت سازه‌های فولادی خود دریافت کنید.

 

 

 

سوالات متداول

 

1-      علت اصلی رخ‌دادن کمانش چیست؟

اعمال نیرو فشاری و تنش بیشتر از مقاومت حداکثر تیرآهن.

 

2-      3 مورد از روش‌های تقویت تیرآهن را بیان کنید.

تقویت با تن، الیاف پلیمری و روکش فولادی.

 

3-      انواع کمانش را نام ببرید.

کمانش کلی و موضعی.

 

4-      تقویت‌کننده‌ها چگونه به کاهش کمانش کمک می‌کنند؟

باعث افزایش مقاومت تیرآهن می‌شوند. در نتیجه کمانش کم می‌شود.