تیر های لانه زنبوری (CPE)

 

اصول ساخت تیرلانه زنبوری به گونه ایست که متشکل از دو نیمه از یک پروفیل نورد می باشد که پس از برش بر روی هم قرار داده شده و جوش می خورند هدف استفاده این تیر ها این بود که بدون هیچ اضافه وزنی در تیر ها ،باعث افزایش خمشی شود و از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه بود. تیرهای لانه زنبوری کاربردهای زیادی در سازه‌های فولادی دارد از جمله در ساختمان‌ها به عنوان شاهتیرهای سازه و در ساخت سوله‌ها به صورت قاب صلب و … می‌توان استفاده نمود.
برای اولین بار ایده ساخت تیر لانه های زنبوری به سال ۱۹۱۰ بر می گردد که توسط شخصی به نام هورتن از شرکت پل و تیرآهن شیکاگو ارائه شد.پس از ارائه این شیوه توسط هورتن استفاده این تیر ها در صنایع کشتی سازی، پل سازی و حمل و نقل و به ویژه در ساختمان ها گسترش پیدا کرد.البته با توجه به عدم اطلاعات کافی درموردرفتار دینامیکی این اعضا استفاده از آنها به عنوان اجزای لرزه ای درساختمانها در سطح جهانی رایج نیست.

تعریف:

دلیل نامگذاری تیرهای لانه زنبوری، شکل گیری این تیرها پس از عملیات ( بریدن و دوباره جوش دادن ) و تکمیل پروفیل است . اینگونه تیرها در طول خود دارای حفره های توخالی (در جان) هستند که به لانه زنبور شبیه است ؛ به همین سبب به اینگونه تیرها لانه زنبوری می گویند.

هدف از ساخت:

هدف این است که تیر بتواند ممان خمشی بیشتری را با خیز (تغییر شکل) نسبتا کم و همچنین وزن کمتر در مقایسه با تیر نورد شده مشابه تحمل کند. برای مثال با مراجه به جدول تیر آهن ارتفاع پروفیل ۱۴ را که ۱۴سانتیمتر ارتفاع دارد میتوان تا ۲۱ سانتیمتر افزایش داد.

مزایای تیرهای لانه زنبوری:

با توجه به مثال گفته شده در بالا با تبدیل تیر آهن معمولی به لانه زنبوری

۱- مدول مقطع و ممان اینرسی مقطع تیر افزایش می یابد.

۲- مقاومت خمشی تیر نیز افزوده میگردد. در نتیجه تیری حاصل میشود با ارتفاع بیشتر قوی تر و هم وزن تیر اصلی .

۳- با کم شدن وزن مصالح و سبک بودن تیر از نضر اقتصادی مقرون به صرفه تر خواهد بود .

۴- از فضا های ایجاد شده (حفره ها ) در جان تیر میتوان لوله های تاسیساتی و برق را عبور داد.

در ساختن تیر لانه زنبوری که منجر به افزایش ارتفاع تیر می شود باید استاندارد کاملا رعایت گردد در غیر این صورت خطر خراب شدن تیر زیر بار وارد شده حتمی است.

معایب تیر های لانه زنبوری:

۱-وجود حفرهای موجود در آن می تواند تنشهای برشی را در محل تکیه گاهها پل به ستون یا اتصال تیراهن تودلی (تیر فرعی) به پل لانه زنبوری تحمل کند ؛ بنابراین ، برای رفع این عیب ، اقدام به پر کردن بعضی حفره ها با ورق فلزی و جوش می کنند تا اتصال بعدی پل به ستون یا تیر فرعی به پل به درستی انجام شود. تیر لانه زنبوری در ساختمان اسکلت فلزی می تواند به صورت پل فقط در یک دهانه یا به صورت پل ممتد به کار رود.

۲- اگر چه بحث های بسیاری پیرامون تیرهای لانه زنبوری ، اخیرا مطرح شده است و به عقیده گروهی از طراحان به علت مسائل اجرائی آن ، خصوصا جان تیر و اتصال آن توسط جوش(زیرا همانگونه که می دانیم، اتصالات نقش کلیدی و تعیین کننده ای را در انتقال بار از یک عضو به عضو یا اعضای دیگر دارند و در صورت اجرای نا مطلوب آن، به میزان زیادی از باربری یا مقاومت المان سازه ای کاسته خواهد شد در نتیجه مساله نظارت موثر بر اجرای عملیات جوشکاری ، اهمیت بسزائی در کیفیت کلی سازه خواهد داشت.) همچنین ضعفی که در ناحیه جان تیر در اثر کاهش مساحت آن وجود دارد از نقاط ضعف این تیرهاست.

۳- مساله لهیدگی جان (web crippling) نیز در قسمت اتصال مقطع برش شده وجود دارد، که بسیار حائز اهمیت می باشد . در نواحی که خصوصا بار متمرکز وجود دارد و یا نزدیکی تکیه گاه ها که برش عامل موثری است ، کنترل لهیدگی جان نباید مورد توجه بیشتری قرار گیرد ، زیرا در این نواحی مقاطع حالت بحرانی تری نسبت به سایر قسمت ها دارند. البته قسمت اعظم این کاستی ها را می توان با استفاده صحیح و بهینه ورق های تقویتی برطرف نمود و بعضا در مواردی که باز هم علی رقم همه تدابیر اتخاذ شده، اساس مقطع لازم بدست نیامده باشد، از تیرهای لانه زنبوری دوبل می توان استفاده نمود . در نگاهی محتاطانه ، استفاده از تیر های لانه زنبوری از ضریب اطمینان یا ایمنی (safety factor) کمتری نسبت به سایر مقاطع برخورد دارند . اما استفاده گسترده از این نوع تیرها به سبب مزایائی که آنها را به اختصار بر شمردیم ، هنوز هم در مقیاس وسیعی از کارهای ساختمانی متداول است.

۴-گران تمامشدن تیر های لانه زنبوری با دلایل ذکر شده در قبل.

برای ساختن تیر لانه زنبوری دو شیوه موجود است:

الف ) شیوه برش پانیر:

۱

 

با این روش ارتفاع تیر آهن اولیه را به اندازهٔ‌ 1/5 برابر افزایش می دهند.

مثال:ارتفاع مقطع تیر آهن آی ان پی 20 که به اندازهٔ 20 سانتی متر می باشد، به اندازهٔ 10 سانتی متر مرتفع شدهو اندازهٔ ارتفاع آن به 30 سانتی متر تبدیل می شود.

h - 1.5 h = h = 1.5 * 20 = h = 30cm

ب)شیوه برش لیتسکا:

۲

 

افزایش ارتفاع مقطع تیر آهن اولیه، در این روش نیز به حدود 1.5 برابر صورت می گیرد تا تیر اولیه به تیر لانه زنبوری تبدیل شود.

توجه:افزایش ارتفاع تیر با رش لیتسکا، با استفاده از جدول مربوطه صورت می گیرد.

توجه 2:در دو روش فوق، چناچه مقاومت خمشی بیشتری از تیر لانه زنبوری مورد نظر باشد، با جوش دادن ورقهای مربع و یا مستطیل، در ناحیهٔ جان تیر، ارتفاع تیر را مرتفع می نمایند.


روش های برش تیر آهن:

این روش ها که شیوه برش پانیر نام دارد به دو روش سرد و گرم انجام می پذیرد:

۱- برش به روش کوپال: با استفاده از دستگاه قطع کن سنگین که به برش گیوتین مخصوص مجهز است تیر آهن به شکل سرد در امتداد خط منکسر قطع می شود.

۲برش به روش برنول: برش در این حالت به روش گرم انجام میشود. به این صورت که کارگر ماهر برش را با شعله بنفش رنگ قوی حاصل از گاز استیلن و اکسیژن به وسیله لوله برنول انجام میدهد.بریدن تیر های سبک به وسیله ماشین های برش اکسیژن شابلون دار نسبتا ساده است در ایران تیر های دانه زنبوری را نیشتر با دست تهیه میکنند.

توجه 1:در روش برنول از دو کپسول به ارتفاع تقریبی 180 سانتی متر که درون یکی گاز استیلن و در کپسول دیگری گاز اکسیژن می باشد، استفاده می گردد، و هر کپسول دارای خروجی می باشد که به شیر تنظیم روی لولهٔ برنول خطم می گردند.

توجه 2:معمولأ در ایران از روش گرم ( برنول ) جهت تهیه تیرهای لانه زنبوری استفاده می شود.



روش ساخت:

این تیرها جزو رایج ترین اعضای سازه ای در کشور می باشد که استفاده فرآوانی در اسکلت های فولادی دارد و بیشتر اسکلت ساختمان ها با این نوع تیر ها ساخته می شود.در ساختمان ها به عنوان شاه تیر های سازه ای  ،  در سوله ها به عنوان قالب ضلب و در ساخت پل های شبک و … مورد استفاده قرار می گیرد.

روش تهیه تیر های لانه زنبوری از این قرار است که ابتدا در روی جان تیر آهن نورد شده با استفاده از الگو که به صورت ۵ شش ضلعی از ورق آهن سفید یک میلیمتری (شابلن) با توجه به استاندارد ساخته شده خط می گردد سپس تیر آهن را روی یک شاسی افقی با زدن تک خال جوش در نقاط مختلف برای جلوگیری از تاب برداشتن قرار میدهند. آنگاه با استفاده از دستگاه برش (برنول) در امتداد خط منکسر اقدام به برش میکنند تا پروفیل به دو قسمت بالا و پائین تقسیم شود. حال اگر قسمت بالا را به اندازه یک دندانه جابجا کنیم و دندانه های قسمت بالا و پائین را به دقت مقابل هم قرار دهیم و از دو طرف کارگر ماهر آن را جوشکاری کنند با استفاده از جوش قوسی نیمه اتوماتیک برای اتصال دو نیمه بریده شده، یک جوش خوب بی عیب سریع و مقرون به صرفه بدست خواهد آمد.

۳

 

مراحل برش به روش گرم ( برنول )

گام اول: شابلون ( الگو ) را به صورت یک،دوّمه شش ضلعی ( با توجه به استاندارد ) در روی جان پروفیل قرار می دهیم.

گام دوم:با استفاده از الگوی با قاعده صحیح و با خط منکسر روی جان تیر آهن،‌ خط کشی میکنیم.

گام سوم:سپس در نقاط مختلف خطوط منکسر، تک خال جوش می زنیم.

گام چهارم:با استفاده از شعلهٔ دستگاه برش گرم ( برنول ) در امتداد خط منکسر برش صورت می گیرد، تا پروفیل تیر آهن به دو قسمت تقسیم می شود.

تقویت تیر های لانه زنبوری به کمک ورق تقویت:

تیرهای ساخته شده در محل تکیه گاه ها در ناحیه ی حفره های خالی در مقابل تنش های برشی ضعیف می شود(با توجه به منحنی نیروی برشی) برای جبران این عیب آن حفره ها را با ورق های تقویتی به صورت کامل توسط جوش پر می نمایند .

۴

 

نوعی از این تیرآهن های لانه زنبوری وجود دارد که برای بریدن قطعات بالا و پایین ورق واسطه اضافه می‌کنند که این ورق واسطه بین دندانه‌ها جوش می‌شود.این نوع تیراهن ها از تیر آهن های بدون ورق واسطه بسیار مستحکم تر و قوی تر است.

تقویت تیرهای لانه زنبوری به کمک رفتار مرکب بتن و فولاد:

در تیرهای لانه زنبوری علاوه بر تنشهای خمشی اصلی در محل حلقه ها تنشهای خمشی ثانویه حاصل از برش در مقطع ایجاد میگردد که گاهی این تنش از تنشهای خمشی اصلی در تیر بزرگترند. این تنشها از کارایی تیر می کاهند و برای مقابله با آنها باید حلقه های کناری را با ورق پر کرد خصوصا هنگامی که از این نوع تیرها بصورت یکسره استفاده می شود در محل تکیه گاهها که هم نیروی برشی و هم لنگر خمشی زیاد می باشد تنشهای خمشی بشدت افزایش میابد و نیاز به تقویت تیر در این محلها می باشد که از لحاظ اقتصادی قابل توجیه نمی باشد. در این پروژه برای مقابله با این ضعف در تیرهای لانه زنبوری رفتار مرکب بتن و فولاد تهیه شده هست . به این ترتیب که داخل تیر فلزی در نقاطی که تنشهای ثانویه قابل ملاحظه می باشند از بتن پر می شود و کشش حلقه های خالی را به عمل تغییر می دهد و این امر سختی و مقاومت تیر را افزایش می دهد و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه می باشد .

نکات حائز اهمیت در تیر های لانه زنبوری:

۱-برش مقاطع نورد شده برای تیر های لانه زنبوری توسط دستگاه برش اتوماتیک و یا توسط دستگاه هوابرش صورت پذیرد.

۲-تیر های لانه زنبوری به دو روش پانیر و لیتسکا ساخته می شوند.

۳-به هیچ عنوان در بادبندها از تیر لانه زنبوری استفاده نکنید.

۴-بهترین موارد استفاده از تیر های لانه زنبوری استفاده در تیر های مرکب است.

۵-برای رفع تنش های برشی در تیر های لانه زنبوری بهتر است در محل تکیه گاه ها و در برخی موارد در وسط دهانه تیر ورق تقویت جوش داده شود.

۶-تیر های لانه زنبوری را ترجیحا در تیر های خمشی استفاده نکنید.

۷-در تیر های لانه زنبوری می توان با نصب ورق های میانی بین دوقطعه بریده شده ممان اینرسی و مدول مقطع را افزایش داد.

۸-در تیر های دوبل زنبوری بهتر است حفره ها مقابل یکدیگر قرار نگیرند و حفره مقابل قسمت بسته تیر دیگر قرار گیرند.

۹-تیر لانه زنبوری را نمی توان به عنوان مقطع فشرده در نظر گرفت.

۵

 

نحوه برش IPE140  جهت CPE140

۶

نحوه جوش ورق تقویتی جان در محل تکیه گاه CPE140

 

/ 0 نظر / 415 بازدید