انواع تیرآهن I (آی)

4.8/5 - (6 امتیاز)
4.8/5 - (6 امتیاز)

در انواع تیرآهن، تیر آهن I به طور گسترده ای به عنوان مقطعی با باله های باریک  و جان پهن که به لحاظ خم شدن تحت نیروهای محوری  مقاوم هستند، مورد استفاده می باشند، نماد تیرآهن پهن قطعا حرف I است که با توجه به کد EN 10079: 2007 [1] به عنوان تیر آهن  باله باریک شناخته می شود  – یا نوع H  با باله های های پهن- لذا طبق این استاندارد تیرآهن های I تولید شده در نورد گرم  را با یک پیکربندی هندسی شبیه به حرف I  تعریف می کند، جایی که باله های تیرآهن دارای عرض (b) بیش از 0.66 h =) نیست و در هر صورت کمتر از 300 میلیمترنخواهد بود. از سوی دیگر، تیرآهن های H مقاطعی  با باله های بزرگتر از 0.66 (یا 300 میلیمتر) یا بیشتر هستند. مقاطعی با باله وسیع تر از 0.80=  h بعضی اوقات به عنوان ستون یا تیر آهن با باله های گسترده موثر نامیده می شود.

دریافت آخرین قیمت تیرآهن

چگونه مفهوم نوع تیرآهن I ایجاد شد و چه کسی این بخش را اختراع کرد؟ بدون شک می توان آن را یکی از محصولات نوآورانه انقلاب صنعتی دانست، اما پاسخ سریع به این سوال آسان نیست، زیرا ریشه های آن در منطق مختلف مهندسی مدرن در حال ظهور است. در هر صورت، به جای اینکه از یک مطالعه نظری در مورد بهینه سازی مواد حاصل از کاربرد روش ها و مدل های توسعه یافته توسط محققان برجسته آن زمان، نظیر کلود لوئیس ناویر استفاده شود، نظریه فنی تیرآهن تحت نیروی خمش منتشر شده در سال 1826، ایده مقطع تیرآهن  I و تکامل آن الهام بخش مهندسین در کسب تجربه و پیشرفت تکنولوژیکی بوده است.

در حال حاضر، اهمیت مقطع تیرآهن  I و بازده ساختاری چنین مقاطعی مشخص شده است، که استفاده گسترده از چنین مقاطعی در رایج ترین نوع خطی مقاومت در برابر لرزه است. بنابراین، برخی از پارامترهای عملکردی ضروری، قادرشده است تا هر دو عملکرد ساختاری مقطع با توجه به محصول نیمه تمام اولیه و ارزیابی اثرات تولید شده توسط فرآیند نورد را تعریف کند.

این پارامترها همچنین می توانند از نمایه های مختلف مربوط به لیست های مختلف بخش (مثلا در مقایسه با مقاطع اروپایی) یا نمایه های مختلف (مثلا در مقایسه با مقاطع اروپایی و آمریکایی) تیر آهن ها را با هم مقایسه کنند. در نهایت، پارامترهای مشابه به طور مستقیم در شناسایی مقطع مطلوب مربوط به هر دو ویژگی خاص عملکرد و یک رده خاص  استفاده می شود. چنین رویه ای نیز می تواند در مرحله طراحی برای بهینه سازی مقاطع نورد گرم یا نورد سرد با ابعاد دقیق ساخته شده باشد.در زیر ابعاد استاندارد برای یک تیرآهن I  به میلیمتر و اینچ ارائه شده است.

پیشینه تاریخی

2- پیشینه تاریخی

مقطع تیر آهن  I در حوزه راه آهن  از طریق توسعه قطارمتولد شده است، که در اصل خط آهن  از ترکیب عناصر چوب با یک تیر فلزی ساخته می شد که ریل فلزی آن در عملیات نورد تولید می شد.

به دلایل مختلفی، در سال 1789 این نوع مقطع توسط مهندس انگلیسی ویلیام جسوپ با عناصر چدنی مشخص شده توسط  مقطع I  شامل دو لبه و یک تیغه عمودی جایگزین شد. دلایل تکنیکی مرتبط با بهره وری پایین پروسه تولید، همراه با استحکام کششی مواد، باعث شد که استفاده از آنها به شدت کاهش یابد، به طوری که با ظهور اولین محصولات فولادی گرم نورد، این روش به طور کامل جایگزین شود. با شروع استفاده از مقطع I ، اولین ریل های فولادی یا تیرآهن مقاطع I   با روکش فولادی، یک فرآیند تکاملی سریع را تجربه کردند، که در اوایل به دست آوردن پیکربندی فعلی مقطع گسترده باله  I، شناخته شده به عنوان ریل راه آهن  Vignoles و در سال 1831 توسط سرهنگ آمریکایی رابرت استیونس تولید شد.

تقریبا همزمان به برنامه های راه آهن ، مشخصات مقطع  I در زمینه های کشتی سازی و عمرانی معرفی شد. دو مهندس پیشگام در هر دو زمینه    Scottman   و سر ویلیام Fairbairn هستند که با بهره گیری از فعالیت مشاوران علمی توسط مهندس انگلیسی Eaton Hodgkinson  تحقیقات کاملی انجام دادند و در 30  مورد تحقیقات نظری و تجربی با هدف انتخاب مشخصات مطلوب برای هر دو نوع تیر چدنی و تیر های راه آهن  و فولاد گرم نورد برای کشتی سازی نتایج حاصل ازتحقیقات  Fairbairn و Hodgkinson همچنین در بخش ساخت و ساز ساختمانی، به ویژه برای نصب پل های طویل، این نتایج مورد استفاده قرار گرفتند.

از اواسط قرن نوزدهم، با توسعه فریند تولید نورد گرم، مقاطع تیرآهن I در ساخت ساختمان های مسکونی و صنعتی با جایگزینی هر دو مقاطع مستطیل یا دایره ای چوبی که قبلا مورد استفاده قرار گرفته بودند و مقاطع چدنی تی شکل، در روش جدیدی که در اوایل سال 1800 توسط جیم وات معرفی شد، مورد توجه قرار گرفت.

3. تعیین متریال و استاندارد سازی

افزایش مصرف محصولات گرم نورد به خصوص تیرآهن با مقطع I در حوزه های مختلف مهندسی چنین بود که تولید آنها از ابتدا از طریق تعریف انواع و اندازه های از پیش تعریف شده، استاندارد شود.

گرچه قبلا در اوایل دهه 19 میلادی طیف وسیعی از پروفایلهای تولید شده در مقیاس صنعتی تولید شده بود، اما فرآیند یکسان سازی تیرآهن مقطع  I که در سطح ملی انجام شد (به عنوان مثال در کشورهای آلمان، فرانسه و ایتالیا) ، و در پایان قرن 20، با تولید “مقاطع عادی-NORMAL PROFILE”،که با حروف “PN” ی “NP” به نمایش درامد، کد گذاری صورت گرفت

با تایید مستقیم در دستورالعمل آن زمان توسط (کلمبو، 1877 ، بوبه، 1880  و Breymann، 1925) زمانی که اولین لیست مقاطع I با باله های لبه مورب،که تیرآهن IPN نامیده شدند و مورد استفاده قرار گرفتند.  سپس مطالعات دقیق در مورد مواد و محصولات مورد استفاده در سازه های فولادی از اپتدا (اوایل ‘1800) تا سال 1950 توسط موسسه آمریکایی سازه های فولادی  و انجمن ساختمانی فولاد بریتانیا  انجام شد.

سپس، بعداز ایجاد اتحادیه اروپا یی زغال سنگ و فولاد (ECSC) (1951)، روند یکسان سازی مقاطع نورد گرم در اروپا صورت گرفت، به همراه  مجموعه های معمولی  “مقاطع اروپایی” که باله های مورب ندارند توسط حروف اول “PE” یا به سادگی “E”.نمایش داده می شوند

از دهه 60، از طریق استانداردهای اروپایی ES 19-57 و 53-62 به ترتیب، مقاطع اروپایی با باله های باریک تیرآهن(IPE) و باله های گسترده (HE) تولید شدند، که با تعداد مشخصی از حروف ارتفاع آنها مشخص می شدند که (h) بیان شده به میلیمتراست. از دهه 70 میلادی، با استفاده از این علائم در کارخانجات مشابه، اما حرکات کوتاه در موقعیت غلطک سنگین (با علامت بM ) ی (O و سبک (مشخص شده ب A) سری تیرآهن های I در لیست تیرهای دارای استاندارد اروپایی همراه با مقطع استاندارد مشخص شدند.

4- پیش نیازهای ساختاری و نسبت های عملکرد

با استفاده از راندمان ساختاری که توسط آزمایشگاه Fairbairn نشان داده شده است، می توان به راحتی تئوری تیرهای تخت در لحظات خمشی افزاینده را مورد ارزیابی قرار داد. راز مقطع تیرآهن I در حقیقت مربوط به فرایند فشرده سازی مواد تولید شده توسط فرآیند نورد مطابق(شکل 1) است که برای استفاده یکسان مواد اجازه می دهد مساحت بخش به طور قابل توجهی افزایش یابد و با توجه به یکی از جهت های اصلی، شناسایی شده با کمک محور اصلی  (Y-Y)تشخیص داده می شوند. از یک محصول نیمه نهایی با یک بخش مربع (شمش یا بیلت)،  استفاده می شود تا سطح مقطع در واقع از ناحیه مرکزی به سمت حاشیه   Iتغییر فرم داده شود (شکل 2)، رفتن به سمت تغییر فرم دو کانون افقی متداول که بال ها یا باله ها نامیده می شوند، و بخش عمودی مشخص شده مقطع تیر آهن ( که 50٪ تا 75٪ از کل مشخصات یک تیر است) و جان تیرآهن  نامیده می شود در حین نورد فرم می گیرد، در نورد شمش هدف نهایی تغییر فرم به سمت مقطع تیرآهن I است. (شکل 3)

فرایند نورد سنتی تیرآهن I

شکل 1: فرایند نورد سنتی تیرآهن I

نحوه شکل گیری تیرآهن I در فرایند نورد گرم

شکل 2: نحوه شکل گیری انواع تیرآهن I در فرایند نورد گرم

فرایند نورد گرم و باله دار کردن تیر آهن  I

شکل 3: فرایند نورد گرم و باله دار کردن تیر آهن  I

مقاطع لیست استاندارد اروپایی تیر ها مطابق(شکل4) طراحی شده اند، زیرا ارتفاع (و / یا سطح مقطع) افزایش می یابد، با افزایش کارایی تیر آهن  در تحمل نیروی خمشی، تیر آهن  از نظر مقاومت و شکل پذیری ارزیابی می شود. برای مقاطع فلزی باریک I(جدول 1، شکل ها 5 و 6) متعلق به سری تیرآهن IPE، کارایی از نظر شکل پذیری خمشی  (ρIy) از 16 تا 45 با افزایش ارتفاع از 80mm (IPE80)  تا 600 mm  (IPE600) متفاوت است. به ترتیب، این پارامتر با افزایش ارتفاع، از 8 تا 48 برای مقاطع سری  تیرآهن HEB باله گسترده ای متغییر است.

مقاطع استادارد اروپایی و پارامتر  عملکرد سازه ای.

شکل4: مقاطع استادارد اروپایی و پارامتر  عملکرد سازه ای.

جدول 1: عملکرد سازه ای برخی از تیرآهن های اروپایی

عملکرد سازه ای برخی از تیرآهن های اروپایی

افزایش عملکرد خمشی حتی برای مقاطع تیرآهن HEA با باله های گسترده ای که از HE100A به HE1000A تغییر می کنند، از 9 تا 55% افزایش می یابد. ضریب افزایش بهره وری از نظر مقاومت   ((ρWy  کمتر است، یعنی مدول بخش الاستیک که به طور متوسط ​​از 4 تا 10 برابر عملکرد مقطع مربع  است با افزایش ارتفاع ،افزایش می یابد. با تجزیه و تحلیل این رفتار با توجه به محور ضعیف (جدول 2، شکل 7 و 8)، بازده خمشی (ρIz = Iz / Iz، (SQ، مربوط به مشکلات انعطاف پذیری خمشی یک مشخصه کلی است، که به شدت افزایش نمی یابد ، اما این حالت حداکثر برای مقطع ها با ارتفاع حدود 300 میلیمتر است. این به ویژه برای باله های گسترده تیراهن I ومقطع سری تیراهن های  HE نیز صدق می کند. از دست دادن راندمان در محدوده ضعیف برای مقاطع ارتفاع متوسط ​​ ​​(h> 300 میلی متر)، اگر چه به میزان کم ولی برای مقطع تیرآهن های سری IPE نیز یافت می شود. در تمام مقاطع با ابعاد جان تیرآهن موجود در لیست ، با نازک شدن بخش در مجاورت جان تیرآهن، مقاومت برشی مقطع تیرآهن از 20٪ تا 40٪ کاهش می یابد که نسبت به بخش مربع معادل با کارایی (ρAvz = Avz / Av ، (SQ از 0.6 تا 0.8 با ارتفاع عضو افزایش داشته است (جدول 2، شکل 9).

مشاهده قیمت روز انواع تیرآهن

با نورد بیشتر مقطع پیش فرم تیرآهن، روند کشیده شدن  تیر آهن  به طور قابل توجهی عملکرد پیچشی مقطع بازرا کاهش می دهد که مشخصه آن توسط ثابت پیچشی (IT) برابر با 5 تا 10 درصد از تولید محصولات نیمه تمام است (جدول 2، شکل 10) .

جدول 2 ( عملکرد سازه ای برخی از تیر های آهن  اروپایی)

عملکرد سازه ای برخی از تیر های آهن  اروپایی

در نهایت، افزایش نسبت عرض به ارتفاع مقطع تیرآهن به طور مستقیم بر روی پارامتر خمش  ناهمگون تیرآهن تاثیر گذار است. همانطور که در شکل (11) دیده می شود، اگر خمش ناهمگون متوسط باشد، مقطع تیرآهنHE ممکن است “در واقع” به عنوان مقاطع باله گسترده ای در نظر گرفته شود،. در حقیقت، اعضا با ارتفاع بالاتر از 600 تا 650 میلیمتر با شعاع بزرگتر از 4 نسبت دارند، که از لحاظ نازکی جان تیر در دو محور اصلی تیرآهن بسیار متفاوت هستند. در عوض یک ناهمگونی کم توسط هر دو مقطع توخالی و HD جدید (باله گسترده و ستون) و HP  (باله گسترده برای شمع های بارکش) بدون در نظر گرفتن اندازه آنها،  نشان داده شده است  که استفاده آن به خصوص برای اجزای تحت فشار ، به عنوان مثال، واقع در ساختمان های بلند و شمع های فونداسیون توصیه می شود.

شکل. (7). عملکرد خمش در محور ULS  Z-Z تیرآهن

عملکرد خمش در محور ULS  Z-Z تیرآهن

شکل. (8). ULS عملکرد خمش تیرآهن.

شکل. (8). ULS عملکرد خمش تیرآهن.

(شکل 9). عملکرد تنش در محور Z تیرآهن

عملکرد تنش در محور Z تیرآهن

شکل 10.عملکرد پیچش تیرآهن در محور Z

عملکرد پیچش تیرآهن در محور Z

شکل 11- خمش ناهمگون مقطع های مختلف تیرآهن

خمش ناهمگون مقطع های مختلف تیرآهن

از سوی دیگر، مقاطع تیرآهن HE با ارتفاع بالاتر از 600 میلی متر، به طور مشابه با مقاطع تیرآهن IPE، مخصوصا برای تولید اجزایی که برای استفاده در لحظه اعمال نیروی خمشی و در ساختمان هایی با طبقاتی که دارای دهانه متوسط تا بزرگ هستند ،مناسب می باشند. در این موارد، همچنین مقاطع تیرآهنHL  جدید ( تیر هایی با باله های فوق العاده پهن) ممکن است تطبیق داده  شوند. در مقایسه با مقاطع تیرآهن HE، این مقاطع هرچند دارای یک خمش ناهمگون هستند  ولی ثبات جانبی را به دلیل عرض بیشتر باله ها که اندازه آن برای تمام سری های  تیرآهن برابر با 400 میلی متر است، بیشتر می کنند.

، با تجزیه و تحلیل تیرآهن باله باریک (IPE)  و تیرآهن گسترده (HE) در لیست مقاطع اروپایی، مشاهده شده است که کارایی لحظه خمشی مربوط به محور قوی، که در مقایسه با بخش نیمه نهایی مشخصات پایه ارزش گذاری شده اند، ثابت نیست، اما با افزایش ارتفاع، تا 10 برابر از نظر مقاومت و 50 بار از نظرتغییر شکل رشد می کنند. برعکس، اینگونه گزارش شده که  بازدهی در محدوده ضعیف افزایش می یابد و به حداکثر میزان خود برای مقاطع تیرآهن  I با ارتفاع 300 میلی متر می رسد.

روش پیشنهادی  برای مقاطع تیر آهن  I که دارای مقطع عرضی (همان وزن و متریال) هستند یکسان است و به مااجازه می دهد تا با سرعت ،مقطع تیرآهن مطلوب برای ویژگی های عملکرد تیرآهن  IPE، را شناسایی کنیم. با مراجعه مجدد به فهرست مقاطع تیرآهن اروپایی، مشخص شد که تحت یک روش کمی مقاطع تیرآهن IPE  تحت نیروهای خمش ناهمگون در لحظه خمش ، مقاطعی با عملکرد بالا در لحظه خمش هستند و برعکس مقاطع تیرآهن HE ، با توجه ویژه به سبک وزن بودن تیر آهن نوع IPE، هر دو نیروی خمشی و پیچشی در ارزیابی مد نظر قرار گرفته اند.  در شکل زیر دامنه  خمش تیر آهن  I تا حداکثر نقطه بحرانی نمایش داده شده است

در نهایت علاوه بر مباحث ارائه شده، روش تجزیه و تحلیل پیشنهادی که در اینجا برای مقاطع تیرآهن  I از نوع اروپایی ارائه داده شده، داده ه کاملا جامع است و به عنوان یک گام بیشتردر مطالعه تیرآهن های I می توان این داده ها را ب لیست های مشخصات فنی  سایر  تیر آهن های I تولیدی در سطح بین المللی برای مقایسه مورد استفاده قرار داد.

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.