راهکار های جلوگیری از لهیدگی تیرآهن در اتصالات

وقتی صحبت از اتصال تیرآهن در سازه های فولادی می شود، یکی از اولین نگرانی هایی که همیشه مهندسان به آن اشاره می کنند، لهیدگی تیرآهن در محل اتصال است. این پدیده دقیقا همان جایی رخ می دهد که بار زیاد، سطح تماس کم و انتقال نامناسب نیرو کنار هم قرار می گیرند. لهیدگی اگر کنترل نشود، به مرور باعث کاهش ظرفیت باربری، تغییر شکل موضعی و حتی اختلال در رفتار لرزه ای سازه خواهد شد. در پروژه های واقعی بارها دیده شده که یک اتصال کوچک، اگر درست طراحی یا اجرا نشود، کل سیستم سازه ای را زیر سوال می برد. به همین دلیل پیشگیری از این مشکل، فقط یک توصیه فنی نیست؛ یک ضرورت جدی است.

«اگر قصد خرید تیرآهن دارید، اولین قدم آگاهی از قیمت روز تیرآهن است. ما در آهن اینجا قیمت‌ها را به‌صورت لحظه‌ای، معتبر و شفاف در اختیار شما قرار داده‌ایم، بنابراین پیشنهاد می‌کنیم سری به صفحه قیمت تیرآهن بزنید.»

در این مقاله، تمام راهکارهای جلوگیری از لهیدگی تیرآهن را به صورت کامل، عملی و قابل استفاده در پروژه های واقعی بررسی می کنیم، پس در ادامه با اهن اینجا همراه باشید.

چرا تیرآهن در اتصالات لهیده می شود؟

لهیدگی تیرآهن معمولا یک اتفاق ناگهانی و بدون مقدمه نیست؛ نتیجه یک سری انتخاب های اشتباه در طراحی، اجرا یا بهره برداری از سازه است. اگر از زاویه ساده تر نگاه کنیم، لهیدگی تیرآهن زمانی رخ می دهد که فشار زیادی روی سطح کوچکی از بال تیرآهن یا جان تیرآهن وارد شود و فولاد دیگر نتواند این تنش را تحمل کند. در ادامه مهم ترین دلایل این اتفاق را مرور می کنیم تا تصویر واضح تری از ماجرا داشته باشیم.

اولین دلیل، تمرکز تنش و بار متمرکز در محل اتصال است. وقتی بار به جای این که روی طول بیشتری از تیر پخش شود، روی یک نقطه یا سطح کوچک وارد شود، تنش فشاری به شدت بالا می رود. مثلا جایی که ستون یا صفحه نشیمن بدون پخش مناسب بار روی بال تیرآهن قرار می گیرد، همان ناحیه تبدیل به نقطه حساس لهیدگی می شود.

دلیل دوم، سطح تماس ناکافی بین تیر و اتصال است. اگر ابعاد پلیت نشیمن یا ورق زیرسری کوچک انتخاب شده باشند یا فقط بخشی از بال تیرآهن درگیر تحمل بار شود، عملا داریم همان بار را روی سطح کوچکتری منتقل می کنیم. طبیعی است که هر چه سطح تماس کمتر باشد، احتمال لهیدگی بیشتر می شود.

دلیل سوم به ضخامت کم بال یا جان تیرآهن بر می گردد. در برخی موارد، تیرآهن انتخاب شده برای آن اتصال، از نظر مقطع ضعیف است. یعنی ضخامت جان تیرآهن یا ضخامت بال تیرآهن با نوع و میزان باری که در آن گره سازه ای منتقل می شود همخوانی ندارد. در این حالت حتی اگر اتصال ظاهرا درست اجرا شده باشد، مقطع فولادی به صورت موضعی تسلیم می شود و لهیدگی به وجود می آید.

عامل مهم دیگر، طراحی اشتباه یا ناقص اتصال است. اگر اتصال بدون در نظر گرفتن ضوابط طراحی bearing، بدون استفاده از ورق تقویتی، سخت کننده جان یا پلیت مناسب طراحی شده باشد، بار از مسیر درستی عبور نمی کند. نتیجه این است که بخشی از تیرآهن عملا بیشتر از حد مجاز تحت فشار قرار می گیرد و به مرور خرد یا لهیده می شود.

یکی از دلایل رایج در پروژه های واقعی، کیفیت پایین اجرا است. حتی اگر نقشه ها به درستی طراحی شده باشند، اما جوشکاری ضعیف، زاویه نامناسب نصب تیرآهن، لقی اتصال یا بد قرار گرفتن پلیت ها اتفاق بیفتد، توزیع تنش دیگر مطابق طراحی نخواهد بود. در چنین شرایطی، یک گوشه از بال یا جان تیرآهن بیش از بقیه تحت فشار قرار می گیرد و همان جا محل شروع لهیدگی می شود.

نباید از خوردگی و زنگ زدگی موضعی هم غافل شد. وقتی در طول زمان بخشی از ضخامت مقطع در محل اتصال به دلیل رطوبت یا محیط خورنده کم شود، ظرفیت تحمل فشار آن نقطه کاهش پیدا می کند. حالا اگر همان ناحیه محل انتقال بار متمرکز باشد، احتمال لهیدگی چند برابر می شود.

در بعضی پروژه ها، بارگذاری نامتقارن یا غیرمنتظره علت اصلی لهیدگی بوده است. مثلا انباشت مصالح سنگین در یک گوشه سقف، قرار دادن مخزن، دستگاه یا هر بار اضافی دیگر روی ناحیه ای که برای چنین باری طراحی نشده است. این نوع بارگذاری خارج از طرح باعث می شود تیرآهن در محل اتصال رفتاری نشان دهد که در محاسبات اولیه لحاظ نشده بود.

در نهایت، نباید نقش کنترل نکردن تطابق اجرا با نقشه ها و استانداردها را دست کم بگیریم. اگر در حین اجرا کسی بررسی نکند که آیا نوع تیر، ضخامت ورق ها، گرید فولاد و جزئیات اتصال مطابق نقشه و آیین نامه هست یا نه، ریسک لهیدگی در اتصالات به شکل قابل توجهی بالا می رود. به زبان ساده، لهیدگی تیرآهن معمولا حاصل یک اشتباه کوچک نیست؛ ترکیبی از چند غفلت کوچک است که در یک نقطه حساس با هم جمع شده اند و خود را به شکل خردشدگی موضعی مقطع نشان می دهند.

تیرآهن چیست و چه نقش در سازه ها دارد؟

تیرآهن به عنوان مقطع فولادی اصلی در اسکلت فلزی شناخته می شود و وظیفه انتقال بارهای خمشی و برشی از تیرهای فرعی به تیرهای اصلی و نهایتا ستون و فونداسیون را بر عهده دارد، در این مقاله به تیرآهن، انواع آن، مشخصات فنی و ویژگی های مهم آن می پردازیم:

بیشتر بخوانید

راهکارهای اصلی جلوگیری از لهیدگی تیرآهن در اتصالات

در این بخش می رویم سراغ مهم ترین روش های جلوگیری از لهیدگی تیرآهن. همین راهکارها در پروژه های واقعی، بیشترین تاثیر را در کاهش تنش موضعی و افزایش دوام اتصال داشته اند. در ادامه به بررسی راهکارهای اصلی جلوگیری از لهیدگی تیرآهن در اتصالات می پردازیم:

1. استفاده از ورق تقویتی روی جان و بال تیرآهن
   وقتی فشار زیادی روی یک نقطه کوچک از بال تیرآهن یا جان تیرآهن وارد شود، احتمال لهیدگی بالا می رود. نصب ورق تقویتی باعث افزایش سطح انتقال نیرو و کاهش تمرکز تنش می شود. این ورق ها معمولا به صورت افقی روی بال یا عمودی روی جان جوش می شوند و باعث می شوند بار روی سطح بزرگتری پخش شود. در پروژه هایی که بار ستون یا مهاربند روی تیر انتقال می یابد، این روش تقریبا ضروری است.
2. استفاده از ورق زیرسری و روسری برای توزیع مناسب بار
   اگر بارگذاری تیر به صورت مستقیم روی یک سطح کوچک انجام شود، بال تیر در همان نقطه لهیده می شود. ورق زیرسری و ورق روسری با بزرگ کردن سطح تماس، بار را به صورت یکنواخت منتقل می کنند. این ورق ها مخصوصا در اتصال تیر به ستون، اتصال تیر به نشیمن و اتصال تیر به تیر اهمیت زیادی دارند. اضافه کردن پلیت های بزرگ تر و ضخیم تر باعث می شود تیرآهن در برابر تنش فشاری مقاوم تر شود.
3. نصب سخت کننده جان برای جلوگیری از کمانش و لهیدگی موضعی
   سخت کننده جان یا Stiffener یکی از پرکاربردترین و موثرترین ابزارهای جلوگیری از لهیدگی جان تیرآهن است. این سخت کننده ها به دو طرف جان تیر جوش می شوند و اجازه نمی دهند جان تحت تنش موضعی دچار تغییر شکل شود. در اتصالاتی که نیروی متمرکز عمودی یا افقی به جان منتقل می شود، استفاده از سخت کننده ضروری است. نبود سخت کننده در چنین گره هایی یکی از اصلی ترین دلایل لهیدگی است.
4. انتخاب ضخامت مناسب برای ورق نشیمن و پلیت ها
   ورق نشیمن یا پلیت اگر ضخامت کافی نداشته باشد، خودش دچار خم شدگی شده و تمام بار را روی یک بخش کوچک از تیر وارد می کند. این حالت نقطه شروع لهیدگی است. انتخاب ضخامت مناسب پلیت، مطابق با آیین نامه و بارگذاری واقعی، یکی از مهم ترین بخش های جلوگیری از لهیدگی تیرآهن محسوب می شود. در بسیاری از پروژه ها فقط با انتخاب پلیت ضخیم تر، مشکل لهیدگی به طور کامل برطرف شده است.
5. استفاده از اتصال صلب یا نیمه صلب با اجزای استاندارد
   وقتی اتصال صلب یا اتصال نیمه صلب طبق اصول طراحی شده باشد، انتقال نیروها به صورت یکنواخت انجام می شود. اما اگر اتصال از پیچ های ضعیف، جوش های ناکامل یا ورق های نازک ساخته شده باشد، بار در یک نقطه متمرکز می شود و تیرآهن در همان نقطه لهیده می شود. اجرای اتصالات استاندارد با پیچ های گرید بالا و جوش مطابق WPS، یکی از اساسی ترین روش های جلوگیری از لهیدگی است.
6. افزایش سطح تماس بین تیرآهن و ستون یا نشیمن
   هرچه سطح تماس بیشتر باشد، خطر لهیدگی بال تیرآهن کمتر می شود. با افزایش ابعاد پلیت، استفاده از ورق های پهن تر یا طراحی نشیمن گسترده، بار روی سطح بزرگتری منتقل می شود و تنش فشاری کاهش می یابد. در پروژه هایی که سطح تماس کوچک بوده، لهیدگی تقریبا حتمی بوده است. این روش ساده اما بسیار تاثیرگذار است و اغلب با کمترین هزینه اجرا می شود.
7. جلوگیری از بارگذاری نامتقارن در حین اجرا
   بسیاری از لهیدگی ها نه هنگام بهره برداری، بلکه در زمان اجرا رخ می دهند. وقتی مصالح یا تجهیزات سنگین فقط روی بخشی از تیر انباشته می شود، تنش یک طرف تیر چند برابر حالت طراحی شده می شود. کنترل بارگذاری موقت، توزیع مناسب بارها و جلوگیری از تجمع بار در یک نقطه، یکی از نکات مهم اجرایی برای جلوگیری از لهیدگی است.
8. کنترل کیفیت جوش و پیچ ها در محل اتصال
   جوش ضعیف یا پیچ غیر استاندارد باعث انتقال نادرست نیرو می شود. وقتی نیرو از مسیر صحیح حرکت نکند، یک ناحیه کوچک از تیر تحت فشار زیادی قرار می گیرد و همان جا دچار لهیدگی می شود. کنترل کیفیت جوشکاری، تست پیچ ها و رعایت گشتاور بستن آنها، از مهم ترین مراحل کنترل کیفیت اتصال است.
9. رفع خوردگی و جلوگیری از کاهش ضخامت موضعی تیرآهن
   اگر خوردگی یا زنگ زدگی در محل اتصال باعث کاهش ضخامت بال یا جان شود، مقاومت آن بخش کم می شود و احتمال لهیدگی بالا می رود. رنگ آمیزی مناسب، پوشش ضد خوردگی و بازدیدهای دوره ای، در پروژه های صنعتی و محیط های مرطوب ضروری است.
10. بررسی تطابق کامل اجرا با نقشه ها و استانداردها
    بسیاری از مشکلات لهیدگی ناشی از این است که اجرای اتصال دقیقا مطابق نقشه و آیین نامه انجام نشده است. عدم رعایت اندازه ها، جوش ناکامل، پلیت ضعیف یا حذف سخت کننده، همگی می توانند باعث لهیدگی تیرآهن شوند. نظارت دقیق در مرحله اجرا، موثرترین راه برای جلوگیری از این نوع خرابی است.

اجزای تشکیل دهنده تیرآهن

تیرآهن از مهم‌ترین و پرکاربردترین مقاطع فولادی در ساخت سازه‌های فلزی است که وظیفه انتقال بارهای خمشی و برشی را بر عهده دارد، شناخت دقیق اجزای تشکیل دهنده تیرآهن و آگاهی از نحوه نام‌گذاری استاندارد آن، برای مهندسان عمران، مجریان پروژه‌ها و خریداران فولاد اهمیت زیادی دارد، در این مقاله به اجزای تشکیل دهنده تیرآهن می پردازیم:

بیشتر بخوانید

راهکارهای اصلی جلوگیری از لهیدگی تیرآهن در اتصالات در یک نگاه

در جدول زیر تمام راهکارهای مهم بخش قبل، همراه با توضیح فنی و کاربرد هر مورد آورده شده تا هم برای مرور سریع و هم برای تصمیم گیری مهندسی قابل استفاده باشد:

نکات اجرایی مهم برای جلوگیری از لهیدگی تیرآهن

در پروژه های فولادی، حتی اگر طراحی کاملا درست و اصولی باشد، یک اشتباه کوچک در اجرا می تواند باعث لهیدگی تیرآهن در محل اتصال شود. به همین دلیل رعایت نکات اجرایی، همان قدر اهمیت دارد که رعایت ضوابط طراحی. در ادامه مهم ترین نکات اجرایی را با توضیحات کامل و کاربردی می بینی؛ مواردی که در بازدیدهای کارگاهی و پروژه های واقعی بارها مشاهده شده و تاثیر مستقیم روی جلوگیری از لهیدگی دارند:

• کنترل کیفیت جوشکاری در محل اتصال
  جوش ضعیف، جوش با نفوذ کم یا جوشکاری بدون رعایت WPS، باعث می شود نیرو به شکل نامتعادل از اتصال عبور کند. وقتی مسیر انتقال نیرو صحیح نباشد، تنش فشاری روی یک نقطه کوچک متمرکز می شود و همان نقطه دچار لهیدگی می شود. بازدید از کیفیت پاس ریشه، اندازه گلویی جوش و عدم وجود تخلخل یا بریدگی لبه، از ضروری ترین کنترل هاست.
• استفاده از پیچ های استاندارد و بستن آنها با گشتاور مناسب
  پیچ های گرید پایین یا پیچ هایی که با گشتاور ناکافی بسته شده باشند، باعث لقی اتصال می شوند. این لقی کوچک در ظاهر بی اهمیت است، اما زیر بار واقعی باعث تمرکز تنش و کوبش اتصال شده و در نهایت بال تیرآهن را له می کند. استفاده از پیچ گرید 8.8 یا 10.9 و کنترل گشتاور با آچار مخصوص ضروری است.
• کنترل ضخامت واقعی ورق ها و پلیت ها قبل از نصب
  در برخی پروژه ها ضخامت واقعی ورق نشیمن یا پلیت تقویتی کمتر از مقدار سفارش بوده است و همین موضوع عامل لهیدگی شده. اندازه گیری ضخامت با کولیس یا میکرومتر قبل از جوشکاری باعث می شود از کاهش مقاومت موضعی جلوگیری شود.
• قرارگیری صحیح پلیت ها، ورق ها و سخت کننده ها هنگام نصب
  اگر پلیت زیرسری یا سخت کننده ها دقیق در محل خود نصب نشوند و بین آنها و تیرآهن فاصله یا لقی وجود داشته باشد، انتقال بار به درستی انجام نمی شود. این لقی باعث تمرکز تنش روی بخش کوچکی از بال یا جان می شود و لهیدگی دقیقا از همان نقطه شروع می شود. فیت آپ صحیح و کنترل همزمان تراز بودن این اجزا بسیار مهم است.
• تراز بودن کامل تیرآهن و اتصال قبل از جوشکاری یا پیچ کردن
  اگر تیرآهن کمی کج، پیچ خورده یا بدون تراز مناسب نصب شود، توزیع نیرو در اتصال کاملا نامتعادل می شود. این عدم تراز شدن باعث می شود که فقط بخشی از بال تیر بار را تحمل کند و فشار موضعی بالا برود. کنترل تراز با شاقول، تراز لیزری و متر همیشه باید قبل از عملیات اتصال انجام شود.
• کنترل زنگ زدگی و خوردگی در محل اتصال
  اگر در محل اتصال خوردگی یا زنگ زدگی وجود داشته باشد، ضخامت موثر تیرآهن کاهش پیدا می کند. تیر در این نقاط ضعیف تر است و تحت تنش فشاری زودتر له می شود. تمیزکاری سطحی، زنگ بری و اجرای پوشش ضد خوردگی قبل از نصب، یکی از مهم ترین نکات اجرایی است.
• جلوگیری از بارگذاری نامتقارن هنگام اجرا
  بارگذاری اشتباه در مرحله اجرا، یکی از دلایل رایج لهیدگی است. مثلا انباشت مصالح، دستگاه ها یا تجهیزات سنگین فقط روی یک بخش از تیر باعث افزایش ناگهانی تنش در همان قسمت می شود. بارگذاری باید کاملا متعادل باشد و از قرار دادن بارهای سنگین روی محل اتصال خودداری شود.
• انتخاب صحیح الکترود یا سیم جوش مطابق با نوع فولاد
  اگر نوع الکترود با نوع فولاد تیرآهن یا پلیت سازگار نباشد، جوش شکننده یا ضعیف می شود. این جوش ضعیف باعث انتقال نادرست نیرو و در نتیجه افزایش تنش موضعی می شود. انتخاب الکترود مناسب و نگهداری اصولی آن قبل از مصرف اهمیت زیادی دارد.
• کنترل وجود فاصله اضافی بین نشیمن و تیرآهن
  اگر بین نشیمن و بال تیر حتی یک لقی کوچک وجود داشته باشد، بار ابتدا به صورت ضربه ای منتقل می شود و این ضربه به مرور باعث لهیدگی بال تیرآهن می شود. باید مطمئن بود که پلیت نشیمن کاملا روی تیر نشسته و هیچ فضای خالی وجود ندارد.
• بازرسی مستمر توسط ناظر و مقایسه اجرا با نقشه های سازه
  معمول ترین دلیل لهیدگی در پروژه های کوچک و متوسط، عدم رعایت جزئیات اجرایی نقشه هاست. مثلا حذف سخت کننده، کوچک تر کردن پلیت یا نادیده گرفتن ضخامت استاندارد. نظارت مستمر و تطبیق دقیق اجرا با نقشه سازه، موثرترین راه جلوگیری از اشتباهات است.

اصول برش و سوراخ کاری تیرآهن

در پروژه‌های عمرانی و صنعتی، تیرآهن یکی از اساسی‌ترین اجزای سازه‌های فولادی محسوب می‌شود که وظیفه‌ی اصلی آن تحمل بارهای سنگین و انتقال نیروها به ستون‌هاست، اما پیش از نصب و اجرا، این مقاطع باید بر اساس نقشه‌های مهندسی دقیق، عملیات برش و سوراخ کاری تیرآهن را پشت سر بگذارند، در این مقاله به اصول برش و سوراخ کاری تیرآهن می پردازیم:

بیشتر بخوانید

تاثیر نوع طراحی اتصال بر رفتار لرزه ای سازه

وقتی سازه تحت اثر زلزله قرار می گیرد، اتفاقی که در اتصالات رخ می دهد با بارگذاری معمولی کاملا متفاوت است. نیروها دیگر فقط فشاری یا خمشی ساده نیستند؛ بارهای رفت و برگشتی، تغییر جهت ناگهانی، شتاب های متوالی و چرخه های تکرار شونده باعث می شوند اتصال در مدت کوتاهی تحت تنش های شدید قرار بگیرد. به همین دلیل نوع طراحی اتصال نقش تعیین کننده ای در رفتار لرزه ای سازه دارد و می تواند تفاوت بین عملکرد ایمن و آسیب جدی را رقم بزند.

در اتصالاتی که به صورت صلب طراحی شده اند، سختی اتصال بیشتر است و انتقال لنگر به صورت کامل انجام می شود. این نوع اتصال اگر تقویت نشود، در زلزله تحت لنگرهای زیاد دچار لهیدگی بال تیرآهن یا کمانش جان تیر می شود. بنابراین در اتصالات صلب باید از ورق تقویتی، سخت کننده جان و پلیت های مناسب استفاده شود تا اتصال بتواند چرخه های رفت و برگشتی لنگر را تحمل کند.

در مقابل، اتصالات نیمه صلب مقداری انعطاف دارند و بخشی از لنگر را جذب می کنند. این انعطاف باعث می شود رفتار سازه در زلزله نرم تر شود و انرژی بیشتری مستهلک گردد. با این حال اگر سخت کننده ها یا ورق های توزیع کننده بار به خوبی طراحی نشوند، اتصال نیمه صلب هم ممکن است تحت اثر فشار موضعی دچار لهیدگی شود. بنابراین داشتن انعطاف به تنهایی کافی نیست؛ اتصال باید به گونه ای طراحی شود که تنش های چرخه ای به شکل کنترل شده در آن پخش شود.

اتصالات مفصلی نیز رفتار متفاوتی دارند. این اتصالات لنگر را منتقل نمی کنند و بیشتر نیروهای برشی از آن عبور می کند. در زلزله، اگر پلیت نشیمن یا جان تیر به اندازه کافی ضخیم نباشد، امکان لهیدگی موضعی در همان نقطه وجود دارد. به همین دلیل در اتصالات مفصلی نیز باید ضخامت نشیمن، ابعاد پلیت و وجود سخت کننده بررسی شود تا انتقال برش با تمرکز تنش همراه نباشد.

یکی از موارد مهم در رفتار لرزه ای اتصال، شکل پذیری آن است. اتصال باید بتواند بدون شکست ناگهانی، وارد تغییر شکل های کنترل شده شود. اگر اتصال شکل پذیر نباشد، بار زلزله به صورت ناگهانی روی یک نقطه کوچک متمرکز می شود و نتیجه آن خردشدگی موضعی تیرآهن یا گسیختگی اتصال است.

در نهایت، طراحی اتصال در سازه های لرزه ای باید به گونه ای انجام شود که ترکیبی از سختی کافی، شکل پذیری مناسب و توزیع یکنواخت تنش ایجاد کند. رعایت این اصول باعث می شود سازه بتواند تحت بارهای رفت و برگشتی زلزله دوام بیاورد و رفتار قابل پیش بینی و ایمنی از خود نشان دهد.

جمع بندی

در اتصالات فولادی، لهیدگی تیرآهن یکی از مهم ترین مواردی است که باید از مرحله طراحی تا اجرا به دقت کنترل شود. این پدیده اگر نادیده گرفته شود، می تواند باعث کاهش ظرفیت باربری، افزایش تغییر شکل و ایجاد رفتار مخرب در زلزله شود. استفاده از ورق تقویتی، سخت کننده جان، پلیت استاندارد و طراحی اصولی اتصال، مطمئن ترین و قابل اعتمادترین راهکارهای جلوگیری از لهیدگی هستند.

برای داشتن خریدی آگاهانه و انتخاب مقطع فولادی متناسب با نیاز پروژه، بهره‌مندی از مشاوره تخصصی امری ضروری است، کارشناسان مجرب و حرفه‌ای ما در آهن اینجا با تسلط کامل بر بازار آهن و شناخت دقیق نیازهای فنی، آماده‌اند تا مشاوره‌ای سودمند و کاربردی به شما ارائه دهند. این مشاوره به شما کمک می‌کند تا با اطمینان بیشتر، انتخابی دقیق‌تر و اقتصادی‌تر داشته باشید.