تیر ورق چیست؛ کاربردها و نحوه اجرای آن
تیر ورق که در زبان انگلیسی به آن Plate Grider هم گفته می‌شود، یکی از مقاطع فولادی جدیدی است که در سال‌های اخیر، به وفور در پروژه‌های ساختمان‌سازی به ویژه ساخت پل، مورد استفاده قرار می‌گیرد. محبوبیت روزافزون این محصول سبب شده تا این مقاله از وب سایت آهن آنلاین را به معرفی تیرورق، کاربرد این مقطع فولادی و نحوه ساخت و اجرای آن اختصاص دهیم. لطفا تا پایان با ما همراه باشید.
تیرورق چیست؟
تیرورق یک مقطع فولادی است که از اتصال سه ورق به یکدیگر و شکل‌دهی آن به فرم حرف "I" انگلیسی به وجود می‌آید. این نوع تیرها به‌طور خاص برای تحمل بارهای سنگین و فشارهای بالا طراحی می‌شوند و بیشتر در ساخت پل‌ها و سازه‌های مشابه کاربرد دارند. ضخامت تیرورق بسته به ویژگی‌ها و نیازهای سازه تعیین می‌شود.
استفاده از تیرورق زمانی ضروری است که نیاز به تحمل بارهای سنگین و ایجاد مقاومت بیشتر در مقاطع عمیق‌تر باشد. افزایش عمق مقطع محدودیت‌هایی در فرآیند نورد گرم ایجاد میکند و در چنین شرایطی باید از مقاطع خاصی استفاده شود که قادر به تحمل لنگرهای خمشی و نیروهای برشی بالا باشند.
آن‌چه که کیفیت و کارایی یک تیر ورق یا همان ورق سیاه را مشخص میکند، کیفیت فولاد به کار برده شده و جوشکاری حرفه‌ای ورق‌ها است، به همین سبب این مسئله در قیمت ورق سیاه تاثیر زیادی دارد، اما فراموش نکنید که این مقطع باید بتواند از عهده بارهای سنگین بربیاید؛ پس باید با نهایت دقت و امنیت، تولید و روانه بازار شود. تیر ورق علاوه بر جان و بال جز دیگری به نام سخت کننده یا استیفنر (Stiffner) نیز دارد که به منظور افزایش مقاومت و استحکام تیر در برابر نیروهای برشی و لنگرهای خمشی به کار برده می‌شود.
در بعضی از پروژه‌های ساختمانی ممکن است فشارهای خمشی و لنگری وارد شده بر اسکلت ساختمان به حدی زیاد باشند که نیاز به تولید تیرآهن‌هایی با ضخامت‌های بالا باشد. از طرف دیگر، می‌دانیم که بر اساس استانداردهای جهانی، تیرآهن ها تا حد مشخصی می‌توانند ضخیم باشند و امکان تولید آن‌ها در ضخامت‌های زیاد، وجود ندارد. در این شرایط است که تولید کننده‌ها سعی می‌کنند با طراحی تیرورق، مشکل به وجود آمده را حل کنند.
استیفنر چیست؟
سخت‌کننده‌ها که به نام استیفنر نیز شناخته می‌شوند، ورق‌های فولادی هستند که به‌منظور جلوگیری از آسیب‌دیدگی تیر و تقویت ظرفیت ساختاری آن به جان تیرهای فولادی جوش داده می‌شوند. این ورق‌ها، معمولاً به‌صورت عمودی (سخت‌کننده عرضی) یا افقی (سخت‌کننده طولی) به تیر اضافه می‌شوند و در طراحی تیرورق با فاصله‌ها و تعداد مشخصی لحاظ می‌شوند. هدف از استفاده از این ورق‌ها افزایش ظرفیت برشی و خمشی تیر در برابر نیروهای گسترده و متمرکز است. این ورق‌ها می‌توانند به یک یا هر دو طرف جان تیر جوش داده شوند. به‌طور کلی، استفاده از سخت‌کننده‌ها در طراحی تیرورق‌ها متداول است.
اجزای تیر ورق کدامند؟
همان‌طور که اشاره شد، هر تیر ورق از سه ورق فولادی تشکیل می‌شود که به شکل ظاهری یک تیرآهن معمولی، به هم جوش می‌خورند. این ورق‌ها در حقیقت همان بال‌ها و جان تیرورق خواهند بود. البته یک سخت کننده هم در ساخت انواع تیرورق، به کار می‌رود. صفحه عمودی تیرچه در واقع همان جان تیر ورق است که وظیفه دارد بال‌ها را در فاصله معین از هم‌دیگر نگه دارد. ضخامت و ارتفاع بر اساس شرایط کلی سازه و مقدار بار وارد شده بر تیرورق، تعیین می‌گردد.
از طرف دیگر، بال‌ها وظیفه تحمل بارهای خمشی را بر عهده دارند. بال یا فلنج بالایی با ایجاد فشار، در برابر نیروهای خمشی مقاومت میکند و بال یا فلنج پایینی در برابر نیروهای کششی مقاومت می نماید. ضخامت و عرض بال ها باید طوری باشد که بتواند در برابر نیروها و بارهای خمشی، مقاومت خوبی از خود نشان دهند.
در هر تیر ورق، از سخت کننده‌ها برای جلوگیری از خرابی‌های ناشی از کمانش، استفاده می‌شود. همچنین زمانی که یک بار یا فشار به صورت ناگهانی به تیرورق اعمال می‌شود، سخت‌کننده وظیفه دارد تا زمان پخش شدن آن روی همه سطح تیر، این نیروی وارده را تحمل کند. انواع سخت کننده‌ها عبارتند از:
- سخت کننده عمودی
- سخت کننده افقی
- سخت کننده انتهایی
- سخت کننده میانی
بنا به دلایل زیر، استفاده از سخت کننده در ساخت تیر ورق الزامی است:
- باعث کاهش تنش برشی وارد شده می‌شود.
- ظرفیت باربری تیرچه را افزایش می‌دهد.
- باعث افزایش تحمل فشار خمشی می‌شود.
- ...
مشخصات تیرورق کدامند؟
در طراحی اقتصادی و رسیدن به خمش مشخص باید فاصله بال‌ها را افزایش داد. اغلب تیر ورق در اسکلت فلزی ساختمان ها و پل های با دهانه کوچک تا متوسط استفاده می شود. ولی اگر قرار باشد برای دهانه های بیشتر از 20 متر از تیرهای صفحه ای استفاده شود. باید تیر ورق با سخت کننده (استیفنر) تقویت شوند. اصولا تیر ورق ها برای دهانه های ساده تا ۴۰ متر مناسب است. به طور کلی، مشخصات این تیرها مانند ضخامت جان، بال، میزان سختی و ... با توجه به پیش نیازهای طراحی و همچنین ماهیت سازه، ضخامت فلز برای جان، بال و ... مشخص می‌شود.
کاربردهای مهم تیرورق چیست؟
به طور کلی از تیرورق یا همان Plate Grider برای کاربردهای مختلفی استفاده می‌شود که مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از:
- ساخت پل‌های راه آهن و جاده‌ای
- صنعت کشتی‌سازی
- ساخت سکوهای نفتی و گازی
- تست بار
- ساخت بالابر
- سالن‌های صنعتی با دهانه‌های بزرگ (به عنوان تیرهای اصلی)
- ساخت سوله
- جرثقیل
مراحل تولید تیر ورق
تیرورق از ورق تقویتی که می‌توان همان ورق سیاه باشد، تولید می‌شود. این مقطع فولادی در یک اسکلت فلزی که باید بار و فشار سنگینی را تحمل کند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای تولید تیرورق باید مراحل زیر طی شود:
- ابتدا ورق سیاه توسط دستگاهی به نام CNC برش داده می‌شود.
- با جوشکاری زیر پودری، درزهای بین ورق‌ها روی شاسی، جوش داده می‌شود.
- سایر درزها باید با توجه به نوع طرح، به هم جوش بخورند.
- در این مرحله باید جوش درزها، بازرسی و کنترل شود.
- مونتاژ بال و جان و خال‌جوش کردن آن‌ها، در این مرحله انجام می‌شود.
- اکنون باید بال و جاش به صورت کامل، جوشکاری شوند.
- فلنج تیر یا صفحه ستون، در این مرحله مونتاژ می‌شود.
- جان و بال در این مرحله باید تاب‌گیری شوند.
- در نهایت، یک جوشکاری ثانویه برای تکمیل جوش مقاطع مختلف انجام می‌شود.
با سپری شدن این 9 مرحله، تیرورق آماده استفاده شده و می‌توان آن را در ستون فلزی و سایر سازه‌های سنگین و نیمه سنگین، مورد استفاده قرار داد.
تفاوت تیرورق و تیرآهن از نظر کارایی
تیرآهن و تیرورق از نظر عملکرد و وظیفه‌ای که در یک سازه بر عهده دارند، با هم متفاوت هستند. به طور کلی، وظیفه تیر ورق این است که فشار را به ستون‌هایی که در کنار آن‌ها قرار گرفته است، منتقل کند. این در حالیست که تیرآهن می‌تواند به صورت مستقل در افزایش استحکام و تحمل فشار وارد شده بر سازه، ایفای نقش کند.
عملکرد کلی تیرورق
تیرورق به صورت کلی، در سازه‌های عظیم ساختمانی و برای تحمل فشار و بار زیاد، مورد استفاده قرار می‌گیرد. به طور کلی، تیر ورق تکیه گاهی برای بارهای سنگین عمودی بوده که در فواصل طولانی به کار می‌رود. تیر ورق زمانی استفاده می‌شود که ما به یک مقطع عمیق‌تر با سختی بالا برای تحمل بارهای سنگین نیاز داشته باشیم.
