تیر فولادی، نوعی مصالح مصرفی رایج در صنعت ساخت و ساز محسوب شده و به طور گسترده‌ایی در سازه اسکلت فلزی و حتی در برخی اجزای سازه اسکلت بتنی نیز به کار گرفته می‌شود. به طور کلی، اعضا یا المان‌های فولادی با اشکالی مختلف چون قوطی، I شکل، U شکل و L شکل، در بازار موجود هستند. تیرهای فولادی همچون دیگر اعضای فولادی، می‌توانند با استفاده از دو نوع اتصال جوشی ویا مکانیکی، به کار گرفته شوند. المان‌های فولادی ذکر شده، می‌توانند نقش ستون، تیر، تیرچه، بادبند یا مهاربند، وادار یا وال پست و… را بر عهده بگیرند. تیرهای فولادی رایج، از اعضا فولادی I شکل، هستند. تیرهای فولادی در طول عمر مفیدشان، ممکن است آسیب‌هایی ناشی از شرایط محیطی، بار بیش از حد ظرفیت، زلزله، عدم طراحی مناسب و… را متحمل شود و نیاز به مقاوم سازی تیر فولادی باشد. این نوع از المان‌ها نیز همانند المان‌های بتنی، برای ادامه حیات خود، نیاز به مقاومسازی دارند. روش‌ها و راهکارهای متعددی در مقاومسازی المان‌های سازه فولادی مورد استفاده قرار می‌گیرد. سازین، با علم وآگاهی تمام در رابطه با بازسازی ساختمان، نوسازی و مقاومسازی ساختمان، بر اساس ضوابط آیین نامه‌ها و استانداردهای به روز دنیا، تمامی راهکارهای موجود مقاومسازی انواع تیر فولادی را شناخته و می‌تواند خدماتی را در چنین زمینه‌ایی، ارائه دهد. در ادامه به بررسی انواع روش‌ها ترمیم و مقاومسازی تیرهای فولادی، پرداخته‌ایم.
چه زمانی تیرهای فولادی به مقاوم سازی نیاز دارند؟
همانطور که در فوق بیان شد، تیرهای فولادی همچون دیگر المان‌های موجود در انواع سازه‌های بتنی، فولادی، چوبی و… می‌تواند دچار آسیب‌دیدگی شود. از علت‌ها رایج آسیب دیدگی تیر فولادی می‌توان به عبارات زیر اشاره نمود:
سطح مقطع کم تیر : این مورد از علل‌های آسیب دیدگی، ممکن است ناشی از طراحی نامناسب، کوتاهی در اجرا و… باشد. بنابراین اگر مقاومسازی نشود، ممکن است که تیر در حین بهره‌برداری، دچار آسیبی جبران ناپذیر شود.
عدم رعایط میزان لاغری مجاز : لاغری تیر، یکی از ضوابط مهم موجود در مباحث مقررات ملی از جمله مبحث طراحی سازه‌های فولادی یعنی مبحث دهم می‌باشد. در واقع لاغری، یعنی ابعاد یا سطح مقطع تیر نسبت به ارتفاع آن کوچک باشد. در چنین شرایطی، ممکن است، مقطع تحت اثر نیروهای فشاری، دچار کمانش شود.
عدم رعایت ضابطه فشردگی تیر : از منظر ضوابط مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، مقاطع فولادی به سه دسته لاغر، فشرده و غیر فشرده تقسیم می‌شوند. نوع مقاطع فولادی را می‌توان با استفاده از جداول مندرج در آیین نامه، برآورد نمود. پهنا و ضخامت مقطع، به عنوان دو پارامتر مهم در سنجش این ضابطه نقش دارد. در صورتی که این ضابطه رعایت نشود، سازه دچار کمانش موضعی می‌شود.
ضعف در اتصالات جوشی : رایج‌ترین نوع آسیب وارده در تیرهای فولادی، عدم اتصالات جوشی مناسب است. عمدتا این آسیب، از کوتاهی کاری کارگران و یا جوشکاران و مهندسین ناظر، نشات می‌گیرد. در چنین وضعیتی، اصلی‌ترین علل پایداری سازه رعایت نشده و ممکن است سازه با کمترین نیرو جانبی، پایداری را از دست داده و واژگون شود. بدین منظور، در صورت کشف این دسته از آسیب، ، باید سریعا برطرف شود.
زنگ زدگی و خورده شدگی ناشی از شرایط محیطی : تیرهای فولادی، با قرار گرفتن در معرض رطوبت و اکسیژن، شروع به زنگ زدگی یا خوردگی می‌شوند. خوردگی می‌تواند به تدریج منجر به زوال تیر بتنی شود. خوردگی و زنگ زدگی تیر فولادی، سبب کاهش سطح مقطع تیر فولادی شده و در پی آن نیز، تیر فولادی به شدت مقاومت خود را از دست می‌دهد. بنابراین ممکن است زود تر از طول عمر مفید، دچار از کار افتادگی شود. در چنین شرایطی، تیر فولادی باید با استفاده از راهکارهای موجود ترمیم و تقویت گردد.
ایجاد ناحیه متاثر از حرارت ناشی از جوشکاری : ناحیه متاثر از حرارت ناشی از جوشکاری، در واقع ناحیه‌ایی از فلز پایه یا همان مقطع فولادی است، که در حین جوشکاری، دمایش بالا رفته، اما ذوب نشده است. این ناحیه، ممکن است گرمای لازم جهت تغییر در ساختار و خواص، را دریافت کرده باشد. بنابراین، ممکن است فلز پایه یا مقطع فولادی مربطه، دیگر خواص و مشخصات مکانیکی قبل را نداشته باشد.
پدیده خستگی : خستگی در تیرهای فولادی، به علت بارگذاری‌های تدریجی و طولانی مدت، رخ می‌دهد. روند تخریب تیر به علت خستگی، به ترتیب ترک خوردگی، رشد ترک و در نهایت شکست نهایی تیر، می‌باشد.
آتش سوزی : یکی از عوامل رایج و موثر در آسیب‌دیدگی‌های اعضای فولادی، حرارت است. المان‌ها یا مقاطع فولادی، هنگامی که تحت تاثیر حرارت و دمای بیش از حد تحمل، تغییر شکل داده و مقاومت خود را از دست می‌دهند. بدین منظور، سازه‌هایی که در معرض چنین آسیبی قرار گرفته‌اند، باید مورد ارزیابی و مقاومسازی، قرار بگیرد.
راهکارهای ترمیم و مقاومسازی تیرهای فولادی
همانطور که در فوق بیان شد، تیرهای فولادی همچون دیگر اعضای سازه‌ایی فولادی، ممکن است، در طی طول عمر خود، تحت هر نوع عللی، دچار آسیب‌دیدگی شوند. بنابراین، جهت افزایش طول عمر مفید و بهره وری از سازه، فرآیند مقاومسازی، امری بدیهی است. فرآیند مقاومسازی سازه، می‌تواند با انواع روش‌ها و راهکارهای موجود و مرتبط با نوع سازه و المان مد نظر، انجام گردد. انواع راهکارهای مقاومسازی تیرهای فولادی، به شرح زیر طبقه‌بندی می‌شود :
- تقویت تیر با استفاده از روکش فولادی
- اضافه نمودن ورق‌های موازی با جان تیر
- اضافه نمودن سخت‌کننده جان
- استفاده از روکش بتنی
- استفاده از پیش تنیدگی خارجی
- استفاده از سیستم‌های FRP
در ادامه به بررسی هرکدام از این راهکارها، پرداخته شده است.
مقاوم سازی تیر با استفاده از روکش فولادی :
در صورتی که تیرهای فولادی، دچار کمبود ظرفیت محوری و همچنین مقاومت خمشی باشند، می‌توان با استفاده از صفحه‌هایی فولادی (پلیت فولادی)، ضخمات بال را افزایش و تیر را تقویت نمود. با استفاده از چنین روشی، علاوه بر افزایش ظرفیت خمشی تیر، از کمانش موضعی آن نیز، جلوگیری می‌شود.
مقاوم سازی تیر با استفاده از اضافه نمودن ورق موازی با جان :
با اضافه نمودن ورق‌های موازی با جان، به تیرهای فولادی با استفاده از اتصالات جوشی یا مکانیکی، می‌توان ظرفیت برشی تیر فولادی را افزایش داد.
مقاوم سازی تیر با استفاده از سخت کننده‌های جان :
در صورتی که افزایش ظرفیت برشی تیر فولادی موجود، مد نظر باشد، می‌توان از سخت کننده‌های فولادی استفاده نمود. سخت کننده‌های فولادی، ورق‌هایی فولادی هستند که به صورت تیغه‌های قائم در فواصل از قبل تعیین شده می‌باشند که با استفاده از اتصال جوشی به بالا های فشاری تیر و همچنین جان تیر فولادی، نصب می‌شوند.
مقاوم سازی تیر فولادی با استفاده از روکش بتنی :
در صورتی که تیرهای فولادی دچار خوردگی شدید شده باشند، استفاده از روکش بتنی، راهکاری مناسب جهت کنترل این آسیب و همچنین بهبود مشخصات مکانیکی تیر مثل افزایش سختی خمشی و برشی، می‌شود. روکش بتنی، می‌تواند تیر فولادی را در برابر آتش‌سوزی نیز مقاوم نماید. روکش بتنی، می‌تواند با استفاده از میلگردهای فولادی، مسلح شود. تنها عیب این نوع از روش مقاومسازی تیرهای فولادی، افزایش وزن سازه به دلیل استفاده از حجم زیادی از بتن است.
با استفاده از پیش‌تنیدگی خارجی :
یکی از نوین‌ترین و جدید‌ترین روش‌های مقاوم سازی تیرهای فولادی، استفاده از روش پیش تنیدگی خارجی است. در این روش، با استفاده از کابل‌ها و مفتول‌های رایج پیش تنیده استفاده می‌شود. به طور کلی، روش پیش تنیدگی خارجی، باعث باز توزیع نیروهای داخلی شده که این موضوع، سبب کاهش تنش‌ها نسبت به قبل از مقاوم سازی با این روش می‌شود. پیش تنیدگی خارجی به دو صورت کلی و موضعی، به کار گرفته می‌شود. برای استفاده از این روش، دقت در امر آنلیز و طراحی، به شدت تعیین کننده نتایج مقاوم سازی با این روش می‌باشد. چرا که در این سیستم علاوه بر نیروهایی که به المان سازه‌ایی وارد است، نیرویی اضافه ناشی از اعمال سیستم پیش تنیده به المان وارد می‌شود.
مقاوم سازی تیر فولادی با استفاده از سیستم‌های کامپوزیتی FRP:
سیستم‌های Frp، سیستمی به روز هستند که امروزه به طور گسترده‌ایی در تقویت و یا مقاومسازی اکثر سازه بتنی و فولادی، مورد استفاده قرار می‌گیرند. تیرهای تقویت شده با پلاستیک‌های تقویت شده با الیاف کربن (CFRP)، از مقاومت خمشی بسیار مطلوبی برخوردارند. همچنین رفتار تیرهای تقوبت شده با CFRP، نتایج بسیار خوبی را حتی در فاز غیر خطی تا نقطه شکست، از خود نشان می‌دهند. عمدتا این دسته از کامپوزیت‌های تقویتی، به زیر بال تیر فولادی و به صورت عمود بر راستای تیر بر روی جان تیر با استفاده از رزین‌های مخصوص نصب می‌شوند. با استفاده از چنین روشی، می‌توان عملکرد و عمر خستگی تیر فولادی را بهبود بخشید. علاوه بر این، مقاوم سازی تیر فولادی با این روش، سبب می‌شود تا در برابر خوردگی و حرارت، مقاومت بالاتری را از خود نشان دهد.
با استفاده از راهکارهای ارائه شده در بالا، می‌توان تیرهای فولادی، آسیب دیده با انواع علل‌های آسیب دیدگی ذکر شده را در صورت داشتن شرایط تقویت، مقاوم سازی نمود. مجموعه سازین، علاوه بر شناخت انواع راهکارهای بازسازی، نوسازی و یا مقاومسازی موجود، می‌تواند شمارا در اجرای طرح‌های بازسازی، مقاومسازی، ترمیم و مرمت بتن و… یاری نماید. ما و تیم مجربمان در سازین، آماده خدمت رسانی به شما مشتریان،همکاران، مهندسین و پیمانکاران فعال در صنعت ساختمان، هستیم. برای ارتباط با کارشناسان ما، می‌توانید با شماره تماس‌های مندرج در سایت، تماس حاصل فرمایید.
