|
میانبر عمران تحقیق پروژه مقاله پایان نامه درباره وبلاگ به وبلاگ من خوش آمدید آخرین مطالب
آرشيو وبلاگ نويسندگان
اطلاعات اولیه
آهن،عنصر شیمیایی است که درجدول تناوبی با نشان Fe وعدد اتمی 26 وجود دارد. آهن فلزی است که در گروه 8 و دوره 4 جدول تناوبی قرار دارد.
تاریخچـــــه
اولین نشانه‌های استفاده از آهن به زمانسومریانومصریانبر می‌گردد که تقریبا" 4000 سال قبل از میلاد با آهن کشف شده از شهابسنگها اقلام کوچکی مثل سر نیزه و زیور آلات می‌ساختند. از 2000 تا 3000 سال قبل ازمیلاد ، تعداد فزاینده ای از اشیاء ساخته شده با آهن مذاب ( فقدان نیکل ، اینمحصولات را از آهن شهاب سنگی متمایز می‌کند ) در بین‌النهرین ، آسیای صغیر و مصر بهچشم می‌خورد؛ اما ظاهرا" تنها در تشریفات از آهن استفاده می‌شد و آهن فلزی گرانبهاحتی باارزش‌تر ازطلا به‌حساب می‌آمد.
بر اساس تعدادی از منابع آهن ، بعنوان یک محصول جانبی ازتصفیه مس تولید می‌شد - مثل آهن اسفنجی – و بوسیلهمتالوژیآن زمان قابل تولید مجدد نبوده است. از 1600 تا 1200 قبل از میلاد در خاورمیانه بطور روز افزون از آین فلز استفادهمی‌شد، اما جایگزین کابرد برنز در آن زمان نشد. تبر آهنی متعلق به عصرآهن سوئددرگاتلندسوئدیافت شده است. از قرن 10 تا 12 در خاورمیانه یک جابجایی سریع در تبدیلابزار و سلاحهای برنزی به آهنی صورت گرفت. عامل مهم در این جابجائی ، آغاز ناگهانیتکنولوژیهای پیشرفته کار با آهن نبود، بلکه عامل اصلی ، مختل شدن تامینقلع بود. این دوره جابجایی که در زمانهای مختلف و در نقاط مختلفی از جهان رخ داد، دورهای از تمدن به نامعصر آهنرا بوجود آورد.
همزمانبا جایگزینی آهن به جای برنز ،فرآیند کربوریزاسیونکشف شد که بوسیله آن بهآهن موجود در آن زمان ، کربن اضافه می‌کردند. آهن را بصورت اسفنجی که مخلوطی از آهنو سرباره به همراه مقداری کربن یا کاربید است، بازیافت کردند. سپس سرباره آنرا باچکش‌کاری جدا نموده وم حتوی کربن را اکسیده می‌کردند تا بدین طریق آهن نرم تولیدکنند. مردم خاور میانه دریافتند که با حرارت دادن طولانی مدت آهن نرم درلایه ای از ذغال و آب دادن آن در آب یا روغن می‌توان محصولی بسیار محکم‌تر بدستآورد. محصول حاصله که دارای سطح فولادی است، از برنزی که قبلا" کاربرد داشت محکمترو مقاوم‌تر بود. در چین نیز اولین بار از آهن شهاب سنگی استفاده شد و اولین شواهدباستان شناسی برای اقلام ساخته شده با آهن نرم در شمال شرقی نزدیک Xinjiang مربوط به قرن 8 قبل از میلاد بدست آمده است. این وسایل از آهن نرم و با همان روشخاورمیانه و اروپا ساخته شده بودند و گمان می‌رفت که برای مردم غیر چینی هم ارسالمی‌کردند. در سالهای آخر پادشاهی سلسله ژو ( حدود 550 قبل از میلاد) به سببپیشرفت زیاد تکنولوژی کوره ، قابلیت تولید آهن جدیدی بوجود آمد. ساخت کوره‌هایبلندی که توانایی حرارتهای بالای k 1300 را داشت، موجب تولید آهن خام یا چدن توسطچینِی‌ها شد. اگر سنگ معدن آهن را با کربن k 1470-1420 حرارت دهیم، مایع مذابی بدستمی‌آید که آلیاژی با 5/96% آهن و 5/53% کربن است. این محصول محکم را می‌توان بهشکلهای ریز و ظریفی در آورد. اما برای استفاده ، بسیار شکننده می‌باشند، مگر آنکهبیشتر کربن آنرا از بین ببرند. از زمان سلسله ژو به بعد اکثر تولیدات آهن درچین به شکل چدن است. با این همه آهن بعنوان یک محصول عادی که برای صدها سال مورداستفاده کشاورزان قرار گرفته است، باقی ماند و تا زمان سلسله شین ( حدود 221 قبل ازمیلاد ) عظمت چین را واقعا" تحت تاثیر قرار نداد. توسعه چدن در اروپا عقبافتاد، چون کوره‌های ذوب در اروپا فقط توانایی k 1000 را داشت. در بخش زیادی ازقرون وسطی در اروپای غربی آهن را همچنان با روش تبدیل آهن اسفنجی به آهن نرم بدستمی‌آوردند. تعدادی از قالب‌گیریهای آهن در اروپا بین سالهای 1150 و 1350 بعد ازمیلاد در دو منطقه در سوئد به نامهای Lapphyttan و Vinarhyttan انجامشد. دانشمندان می‌پندارند شاید این روش بعد از این دو مکان تا مغولستان آنسوی روسیه ادامه یافته باشد، اما دلیل محکمی برای اثبات این فرضیه وجود ندارد. تااواخر قرن نوزدهم در هر رویدادی یک بازار برای کالاهای چدنی بوجود آمد، ماننددرخواست برای گلوله‌های توپ چدنی. در آغاز برای ذوب آهن از زغال چوب همبعنوان منبع حرارتی و هم عامل کاهنده استفاده می‌شد. در قرن 18 در انگلستان تامینکنندگان چوب کم شدند و اززغال سنگ که یک سوخت فسیلی است، بعنوان منبع جانشین استفاده شد. این نوآوریبوسیلـــه Abraham Darby انرژی لازم برای انقلاب صنعتی را تامین نمود. پیدایـــش:
آهن یکی از رایج‌ترین عناصر زمین است که تقریبا" 5% پوستهزمین را تشکیل می‌دهد.
آهن ازسنگ معدن هماتیتکه عمدتا" Fe2O3 می‌باشد، استخراج می‌گردد. این فلز را بوسیله روش کاهشبا کربن که عنصری واکنش‌‌پذیرتر است جدا می‌کنند. این عمل درکوره بلند در دمای تقریبا" 2000 درجه سانتی‌گراد انجام می‌پذیرد. در سال 2000، تقریبا" 1100 میلیون تن سنگ معدن آهن با رشد ارزش تجاری تقریبا" 25 میلیارددلارآمریکا استخراج شد. درحالیکه استخراج سنگ معدن آهن در 48 کشور صورت میگیرد،چین،برزیل، استرالیا،روسیهوهندبا تولید 70% سنگ آهن جهان پنج کشور بزرگ تولید کنندگان آن به‌حساب می‌آیند. برای تولیدتقریبا" 572 میلیون تن آهن خام 1100 میلیون تن سنگ آهن مورد نیاز است. خصوصیات قابل توجه
جرم یکاتم معمولی آهن 56 برابر جرم یک اتم معمولیهیدروژن می‌باشد. عقیده بر این است که آهن ، دهمین عنصر فراوان در جهان است. Fe مخفف واژهلاتین ferrum برای آهن می‌باشد. اینفلز ، از سنگ معدن آهن استخراج می‌شود و به‌ندرت به حالت آزاد (عنصری) یافتمی‌گردد.
برای تهیه آهن عنصری ، باید ناخالصیهای آن با روشکاهش شیمیایی از بین برود. آهن برای تولیدفولاد بکار می‌رود که عنصر نیست، بلکه یکآلیاژو مخلوطی است از فلزات متفاوت ( وتعدادی غیر فلز بخصوص کربن ). هسته اتمهای آهن دارای بیشترین نیروی همگیر در هرنوکلئون هستند بنابراین آهن با روش همجوشی ، سنگین‌ترین و با روش شکافت اتمی ،سبکترین عنصری است که بصورت گرمازایی تولید می‌شود. وقتی یک ستاره که دارایجرم کافی می‌باشد چنین کاری انجام دهد، دیگر قادر به تولید انرژی در هسته‌اش نبودهو یک ابر اختر پدید می‌آید. آهن رایج‌ترین فلز در جهان به حساب می‌آید. الگوهایجهان شناختی با یک جهان باز پیش‌بینی زمانی را می‌کند که در نتیجه واکنشهای همجوشیوشکافت هسته، همه چیز به آهن تبدیل خواهدشد! کاربردهـا:
کاربرد آهن از تمامی فلزات بیشتر است و 95 درصد فلزاتتولید شده در سراسر جهان را تشکیل می‌دهد. قیمت ارزان و مقاومت بالای ترکیب آناستفاده از آنرا بخصوص در اتومبیلها ، بدنه کشتی‌های بزرگ و ساختمانها اجتنابناپذیر می‌کند. فولاد معروف‌ترین آلیاژ آهن است و تعدادی از گونه‌های آهن به شرح زیرمی‌باشد:
آهن خام که دارای 5%-4% کربن و مقادیر متفاوتی ناخالصی از قبیلگوگرد ،سیلیکون وفسفر است و اهمیت آن فقط به این علت است که در مرحله میانی مسیر سنگ آهن تاچدن وفولاد قرار دارد. · چدن ، شامل 5/3%-2% کربن و مقدار کمیمنگنز می‌باشد. ناخالصیهای موجود در آهن خام مثل گوگرد و فسفر که خصوصیات آنرا تحت تاثیرمنفی قرار می‌دهد، در چدن تا حد قابل قبولی کاهش می‌یابند. نقطه ذوب چدن بین k 1470-1420 می‌باشد که از هر دو ترکیب اصلی آن کمتر است و آنرا به اولین محصول ذوبشده پس از گرم شدن همزمان کربن و آهن تبدیل می‌کند. چدن بسیار محکم ، سخت و شکنندهمی‌باشد. چدن مورد استفاده حتی چدن گرمای سفید موجب شکستن اجسام می‌شود.
· فولاد کربن شامل 5/1% - 5/0% کربن و مقادیر کم منگنز ، گوگرد ، فسفر و سیلیکوناست.
· آهن ورزیده ( آهن نرم) دارای کمتر از 5/0% کربن می‌باشد و محصولی محکم وچکش‌خوار است، اما به اندازه آهن خام گدازپذیر نیست. حاوی مقادیر بسیار کمی کربناست ( چند دهم درصد). اگر یک لبه آن تیز شود، به‌سرعت تیزی خود را از دستمی‌دهد.
· فولادهای آلیاژ حاوی مقادیر متفاوتی کربن بعلاوه فلزات دیگر مانندکروم ،وانادیم ،مولیبدن،نیکل ،تنگستن و ... می‌باشد.
· اکسیدهای آهن برای ساخت ذخیره مغناطیسی در کامپیوتر مورد استفاده قرارمی‌گیرند. آنها اغلب با ترکیبات دیگری مخلوط شده و خصوصیات مغناطیسی خود را بصورتمحلول هم حفظ می‌کنند.
ترکیبات
معمولترین حالات اکسیداسیون آهن عبارتند از:
· حالت فروس2+Fe
· حالت فریک3+Fe
· حالت فریل4+Fe که با تعدادی آنزیم ( مثلا" پیروکسیدازها ) پایدارشده است.
· آهن ( VI) هم معروف است (اگرچه کمیاب می‌باشد). درصورتیکه به شکل فرات پتاسیمباشد، ( K2FeO ) یکاکسید کننده انتخابی برای الکلهای نوع اول می‌باشد. این ماده جامد فقط در شرائط خلاءو ارغوانی تیره پایدار است، هم به صورت محلول سوزآور و هم بصورت یک ماده جامد.
· کاربید آهن Fe3C به نام سمنتیت معروف است.
بیولـوژی:
آهن ، اتم اصلی مولکولهِم ( بخشی از گلبول قرمز) و بنابراین جزءضروری تمامی هموپروتئین‌ها محسوب می‌شود. به همین علت ، وجود این عنصر در حیواناتحیاتی می‌باشد. همچنین آهن غیر آلی در زنجیره‌های آهن – گوگرد بسیاری ازآنزیمها یافت می‌شود. باکتریها اغلب از آهن استفاده می‌کنند. وقتی بدن در حال مبارزه با یکعفونت باکتریایی است، برای عدم دستیابیباکتری به آهن ، این عنصر را پنهان می‌کند.
ایزوتوپها:
آهن بطور طبیعی دارای چهار ایزوتوپ پایدار Fe-54 , Fe56 , Fe-57 , Fe-58 می‌باشد. فراوانی نسبی ایزوتوپهای آهن در طبیعت تقریبا" Fe-54 8/5% ، Fe-56 7/91%، Fe-57 2/2% و Fe-58 3/0% است.Fe-60 که نوکلید پرتوزای غیر فعال است، داراینیمه عمر 5,1 (Myr) می‌باشد. بیشتر تلاش گذشته برای اندازه گیری ترکیبات ایزوتوپیآهن به‌علت فرآیندهایی که توام با نوکلئوسنتز ( مانند مطالعات شهاب سنگها ) وشکل‌گیری کانی‌ها هستند، حول محور تعیین انواع مختلف Fe-60 صورت گرفتهاست.
در وهله‌های مختلف ، شهاب سنگهای Semarkona و Chervony Kut می‌توان بین تمرکز Ni-nickel|60 ( محصول اخترچه Fe-60 ) وفراوانی ایزوتوپهای پایدار آهن ارتباطی یافت که دلیلی برای وجود آهن 60 در زمانشکل‌گیری منظومه شمسی می‌باشد. احتمالا" انرژی آزاد شده توسط فروپاشی آهن 60 بههمراه انرژی رها شده بر اثر فروپاشی نوکلئید پرتوزای Al-26 ، در ذوب مجدد و تفکیکاخترچه‌های بعد از شکل‌گیری آنها 4,6 میلیارد سال پیش تاثیر داشته است. فراوانی Ni-60 موجود در مواد فرازمینی نیز ممکن است آگاهی بیشتری در مورد منشاءمنظومه شمسی و تاریخ ابتدایی آن ارائه نماید. در بین ایزوتوپهای پایدار فقط آهن 57 دارای اسپین اتمی است،(2/1-). به همین خاطر آهن 57 در شیمی و بیوشیمی بعنوان یکایزوتوپ اسپینی دارای کاربرد است. هشدارهــا:
مصرف بیش از حد آهن خوراکی ایجاد مسمومیت می‌کند، چونمقدار زیاد آهن فروس با پروکسیدهای بدن واکنش کرده ، تولید بنیانهای آزاد می‌کند. وقتی مقدار آهن در بدن طبیعی است، مکانیسمهای ضد اکسیداسیون خود بدن قادر به کنترلاین فرآیند می‌باشد. اگر مقدار آهن بیش از نرمال باشد، مقادیر غیرقابل کنترلبنیانهای آزاد بوجود می‌آید.
عصر آهن در خاور نزدیک باستان:
جهان در ۱۰۰۰ پیش از میلاد؛بخش درون خط سرخ‌رنگ نشان‌دهنده جایی است که فلزکاری انجام می‌گرفته‌است،برنزکاری درون خط صورتی نشان داده‌شده‌است.
عصر آهن در خاور نزدیک باستان در آناتولی یا قفقاز با ریخته‌گری و فلزکاری آهن آغاز گشت. تا هزاره ۱ (پیش از میلاد) این عصر سراسر خاور نزدیک باستان را در نوردید و ابزار و جنگ‌افزارهای برنزی جای خود را به همتایان آهنی خود دادند. هزاره ۲ (پیش از میلاد) در
شبه‌قاره هند:
اوتار پرادش کنونی نشان از کاربرد آهن میان ۱۸۰۰ تا ۱۲۰۰ (پیش از میلاد) دارد. می‌نماید که از آغاز سده ۱۳ (پیش از میلاد) گدازش آهن در هندوستان فراگیر شده باشد. یک مرکز آهنگری در خاور هند از هزاره یکم پیش از میلاد به جا مانده است. می‌نماید در آغاز این هزاره این صنعت در هندوستان گسترده شده باشد.
آسیای خاوری:
از سده ۶ (پیش از میلاد) همدوره با دودمان ژو در چین اثرهای ساخته شده با ریخته‌گری آهن به دست‌آمده‌است. در پشته تبت و از فرهنگ ژانگ‌ژونگ نوشته‌ای کهن به دست آمده که در آن شیوه کار با آهن بیان‌شده‌است.
در شبه‌جزیره کره ابزار آهنی در پیوند با دوره گذارجامعه‌ها از سروری به دولت در منطقه دریای زرد از سده ۴ (پیش از میلاد) به دست آمده‌است.
اروپای خاوری:
در اروپای خاوری عصر آهن از آغاز هزاره یکم پیش از زایش مسیح آغاز گشت. در قفقاز و استپ پونتیک عصر آهن با فرهنگ‌های کوبان و نووچرکسک میان ۹۰۰ تا ۸۰۰ پیش از میلاد آغاز گشت. با کوچ تراک‌و کیمری‌ها این عصر به فرهنگ هالشتات رسید.
سکاها از سده ۷ (پیش از میلاد) در اوکراین و روسیه کنونی این فرهنگ را گستردند. از سده ۵ تا سده ۳ (پیش از میلاد) ابزار آهنی فراوانی در نزدیکی نیکوپول یافت‌شده‌است که می‌نماید اینجا منطقه ویژه آهنگری سکائستان بوده‌است. سلت‌ها در سده ۶ (پیش از میلاد) عصر آهن را از فرهنگ هالشتات گرفتند و در اروپای باختری گستردند. لهستان در پایان همین سده و در فرهنگ لوزاتیایی به عصر آهن رسید
اروپای مرکزی:
عصر آهن آغازین در اروپای مرکزی با فرهنگ هالشتات میان سالهای ۸۰۰ تا ۴۵۰ (پیش از میلاد) و عصر آهن نو با فرهنگ لاتن در ۴۵۰ پیش از زایش آغاز گشت و تا چیرگی رومیان پایدار ماند.
ایتالیا:
در ایتالیا عصر آهن همزمان با فرهنگ ویلانووا آغاز و با گشودن واپسین شهر اتروسکن‌ها -ولتزنا- به دست جمهوری روم در ۲۶۵ به پایان رسید
بریتانیا:
در میان جزیره‌نشینان بریتانیا عصر آهن از سده ۵ (پیش از میلاد) آغاز گشت و با چیرگی رومیان بر بریتانیا در سده ۵ (میلادی) به پایان رسید. ساختارهای پدافندی این دوران گیراست،برای نمونه می‌توان به بروخ در شمال اسکاتلند نام‌برد.
اروپای شمالی:
عصر آهن پیشارومی و عصر آهن رومی. با دوره کوچ انسان‌ها سمال آلمان و دانمارک به چیرگی فرهنگ یاستورف درآمد. بخش جنوبی اسکاندیناوی هم زیر چیرگی بسیار همانند با آن- عصر آهن گرِگان- بود. درونشد شبه‌جزیره اسکاندیناوی،فنلاند و استونی به عصر آهن را میان سالهای ۳۰۰۰ پیش از میلاد تا ۱۰۰۰ میلادی می‌دانند. فلزکاری و سفالگری برای مردمان آن دوران اسکاندیناوی دلیل نگهداری گرما را نیز داشت.
بخش زیر صحرای آفریقا:
در آفریقای باختری نخستین بار در فرهنگ نوک در پیش از ۱۰۰ پیش از میلاد مردم نخستین بار از گدازش آهن بهره‌بردند. کار با آهن و مس از آنجا به جنوب آفریقا راه‌یافت. بهره‌گیری از آهن برای کشاورزی بانتو و نیز شکار و گردآوری خوراکی‌های آنان انقلابی بود. اینان با بهره‌گیری از ابزار فلزی کشاورزی خود را در گستره بیشتری از ساوانا به پیش بردند
مقدار کشنده آهن برای یک کودک 2 ساله تقریبا" 3گرم بوده و یک گرم آن مسمومیت جدی در پی خواهد داشت. گزارشهایی مبنی بر مسمومیتکودکان در اثر مصرف 10 تا 50 عدد قرص سولفات آهن در کوتاه مدت وجود دارد.مصرف بیشاز حد آهن بر اثر خوردن غیر عمدی داروها عامل جدی مرگ و میر در کودکان است. افزایشغیرقابل کنترل آهن در بدن ، موجب بروز بیماری به نام hemochromatosis می‌گردد. آهن اضافی در کبد جمع شده ، موجب بیماریآهن زدگی siderosis و آسیبهای عضوی می‌شود. به همین دلیل افرادیکه کمبود آهن ندارند، نباید مکملهای آهنمصرف کنند
تيرهاي لانه زنبوري : دليل نامگذاري تيرهاي لانه زنبوري ، شكل گيري اين تيرها پس از عمليات (بريدن ودوباره جوش دادن ) وتكميل پروفيل است . اين تيرها در طول خود داراي حفره هاي توخالي (درجان)هستندكه به لانه زنبوري شبيه است به همين سبب به اين گونه تيرها ((تير لانه زنبوري)) مي گويند .
هدف از ساختن تيرهاي لانه زنبوري :
هدف اين است كه تير بتواند ممان خمشي را با خيز نسبتا" كم ، همچنين وزن كمتر در مقايسه با تير نورد شده مشابه تحمل كند . براي مثال با رجوع به جدول تيرآهن ارتفاع پروفيل IPE 18 را كه 18 سانتي متر ارتفاع دارد ، مي توان تا 27 سانتي متر افزايش داد.
محاسن ومعايب تير لانه زنبوري :
با تبديل تيرآهن معمولي به تير لانه زنبوري :
1ـ مدول مقطع وممان اينرسي مقطع تير افزايش مي يابد.
2ـ مقاومت خمشي تير نيز افزوده مي گردد . در نتيجه ، تيري حاصل مي شود با ارتفاع بيشتر ، قويتر وهم وزن تير اصلي .
3ـ با كم شدن وزن مصالح وسبك بودن تير ، از نظر اقتصادي مقرون به صرفه تر خواهد بود .
4ـاز فضاهاي ايجاد شده (حفره ها)در جان تير مي توان لوله هاي تاسيساتي وبرق را عبور داد .
در ساختن تير لانه زنبوري كه منجر به افزايش ارتفاع تير مي شود ، بايد استاندارد كاملا" رعايت گردد . در غير اينصورت ، خطر خراب شدن تير زير بار وارد شده حتمي است .
از جمله معايب تير لانه زنبوري ، وجود حفره هاي آن است كه نمي تواند تنش هاي برشي را در محل تكيه گاه پل به ستون يا اتصال تيرآهن تودلي (تيرفرعي) به پل لانه زنبوري تحمل كند . بنابراين ، براي رفع اين عيب ، اقدام به پركردن بعضي حفره ها با ورق فلزي وجوش مي كنند تا اتصال بعدي پل به ستون يا تير فرعي به پل به درستي انجام شود .
تير لانه زنبوري در ساختمان اسكلت فلزي مي تواند بصورت پل فقط در يك دهانه يا بصورت پل ممتد به كار رود .براي ساختن تير لانه زنبوري دو شيوه موجود است :
الف )شيوه برش پانير
ب) شيوه برش لتيسكا
روشهاي مختلف برش تيرآهن :
1ـ برش به روش كوپال : با استفاده از دستگاه قطع كن سنگين كه به گيوتين مخصوص مجهز است ، تيرآهن به شكل سرد در امتدادخط منكسر قطع مي شود .
2ـ برش به روش برنول : برش دراين حالت به صورت گرم انجام مي گيرد .به اين صورت كه كارگرماهربرش را با شعله بنفش رنگ قوي حاصل از گاز استيلن واكسيژن ، بوسيله لوله برنول انجام مي دهد .
بريدن تيرهاي سبك بوسيله ماشينهاي برش اكسيژن شابلن دار نسبتا" ساده است . در ايران تيرهاي لانه زنبوري را بيشتر با دست تهيه مي كنند .
پلهاي مركب :
در بارهاي سنگين واحتمالا" دهانه زياد كه پروفيل استاندارد در بازار كافي يا اقتصادي نباشد ، همچنين مقطع تير لانه زنبوري كه با تسمه يا ورق تقويت شده است ، براي بار وارد شده ودهانه خمش كافي نباشد ، از تيرهاي مركب استفاده مي شود.تير مركب در چندين حالت اجرا مي گردد :
1ـ تير مركبي كه از بريدن پروفيلهاي معمولي ايراني IPE از وسط جان تير واتصال صفحه و ورق مناسب به دوقسمت بريده شده ساخته مي شود . اين روش براي پروفيلهاي نمره 20 به بالا اقتصادي خواهد بود .
2ـ تير مركبي كه از سه صفحه (قطعات تقويتي ) تشكيل مي گردد.
در اين حالت ، در پروفيلهاي معمولي از فولاد جان تير نسبت به فولاد بالها براي مقابله با خمش چندان استفاده نمي شود ، بلكه سعي مي گردد حتي الامكان جان تير را نازكتر وارتفاع آن را زياد كنند.
نویسنده : صالح دانشفر در ساعت 18:37 روز يكشنبه، 26 آذر، 1385
نظرات ديگران ( نظر بدين ) لینک دائم افزودن به دلیشس شاهتيرها (پلها) :
شاهتيرها عضوهاي فلزي افقي هستند كه با اتصالات لازم به ستونها متصل مي شوند وبه وسيله آنها بار طبقات به ستونها انتقال مي يابد . شاهتيرهاي فلزي ممكن است به صورتهاي زير بكار روند :
الف) تير آهن معمولي به صورت تك يا دوبله
ب) تيرآهن بال پهن
ج) تيرآهن معمولي با ورق تقويتي روي بالها ويا بال وجان
د) پلهاي لانه زنبوري از تيرآهن معمولي يا تيرهاي بال پهن
هـ ) تير ورق (گير دار) تركيب تيرآهن معمولي با ورق يا تيرآهن بال پهن با ورق ويا از تركيب ورق ها درست مي شود . تير ورق همانطور كه از اسم آن پيداست توسط ورق ساخته مي شود واز پروفيل هاي معمولي در ساخت آن استفاده مي شود.
و) خرپاها
ساخت پلها وشاهتيرها
هرگاه در شاهتيرهاي فلزي به جاي تير تكي از تيرهاي دوبله استفاده شود ، بايد دوتير در محل بالها به يكديگر به گونه اي مطلوب اتصال داشته باشند چنانچه پلها (شاهتيرها) براي لنگرخمشي موجود كفاف ندهد ، آنها را با اضافه بودن تسمه يا ورق تقويت مي نمايند .درمورد ورق تقويتي در تيرهاي معمولي بايد نكات زير را رعايت كرد :
1ـ حداكثر ضخامت ورق تقويتي 8/0 ضخامت بال تير باشد .
2ـ ورقهاي تقويتي به طور كامل با بالها تماس واتصال داشته باشد .
3ـ ضخامت جوش 75/0 ضخامت ورق باشد .
4ـ ورق تقويتي از هر دو طرف در قسمت عرض نيز جوش شود.
5ـ جوشكاري به شيوه صحيح انجام گيرد.
6ـ ابعاد ورق طبق محاسبات تعيين شده باشد .
تيرهاي لانه زنبوري
تيرهاي لانه زنبوري يكي از انواع رايج اعضاي سازه اي است كه در كشور ما استفاده فراواني در اسكلتهاي فولادي دارد كه اين امر بيشتر به خاطر عدم دسترسي مصرف كنندگان به نيمرخهاي عميقتر دئر كشور مي باشد. تيرهاي لانه زنبوري اصولا براي بالا بردن ممان اينرسي و در نتيجه ظرفيت خمشي در مقايسه با تير نورد شده مورد استفاده قرار مي گيرد. اين تيرها در ساختمانها به عنوان شاهتيرهاي سازه اي و در سوله ها بصورت قاب ضلب و در ساخت پلهاي شبك مورد استفاده قرار مي گيرند. تيرهاي لانه زنبوري با وجود برتري هايي كه دارد در مقابل برش و كمانش جانبي پيچشي بال داراي لاغري است. براي تقويت تير در مقابل اين ضعفها و افزايش مقاومت تير از روشهاي مختلفي مي توان استفاده كرد. از روشهاي رايج تقويت تيرها مي توان به ورق كشي جان تير اشاره كرد. در ايران معمولا اين نوع تير بعنوان شاهتير در شقفهاي تيرچه بلوك استفاده مي شود. در اين پايان نامه سعي شده تا با توجه به اين نوع كاربرد, ظرفست تير لانه زنبوري در محدوده رفتار پلاستيك را بررسي كنيم. براي تقويت تيرهاي لانه زنبوري با بار گسترده براي اولين بار از سخت كننده هائي موسوم به تقويتي قائم در اين پايان نامه استفاده شده است. اين نوع تقويتي كه عمود بر جان هستند, بفاصله برابر با ارتفاع تير از همديگر نصب مي شوند و تا بالهاي فوقاني و تحتاني امتداد مي يابند و لذا در اين پايان نامه براي مدلسازي شاهتيرهاي متداول در سقفهاي تيرچه بلوك, از تحليل پلاستيك تيرهاي لانه زنبوري با مقطع CPE12 تا CPE22 در دو حالت تير ساده و تير طره اي, با استفاده از نرم افزار ANSYS5.4 استفاده شده است. براي هر نوع مقطع, 4 دهانه به طولهاي 15D , 18D , 21D , 24D در تيرهاي دو سر مفصلي و 4 دهانه بطول 4D , 6D , 8D , 10D در تيرهاي كنسولي مدلسازي شدند كه D برابر با ارتفاع مقطع لانه زنبوري و 5/1 برابر عمق نيمرخ اوليه آن است. براي جلوگيري از شكست برشي در تيرها, سوراخ تير را در اطراف تكيه گاهها كه داراي برش هستند, مسدود شدند. براي ايجاد حالت پلاستيك كامل تمام گرهها در عمق تير در مقابل حركت جانبي مقيد شدند. با برسي هايي كه انجام شد مشخص گرديد كه مقيد كردن تمام گرهها اعم از بالها و جان, در مقابل حركت جانبي در مقايسه با حالتي كه تنها بال فشاري در مقابل حركت جانبي مقيد مي شود, سبب افزايش مقاومت خمشي پلاستيك تير تا حدود 10% مي گردد. براي بررسي دقيقتر نحوه تاثير اين نوع تقويتي ها, در تيرهاي دو سر مفصلي از قسمت مياني به طرف تكيه گاهها و در تيرهاي كنسولي از تكيه گاهها به طرف قسمت آزاد تير بتدريج تقويتي ها اضافه شدند. افزايش مقاومت حاصله از اين نوع تقويت تير با نصب همه تقويتي ها, در تيرهاي دو سر مفصلي بين 10% تا 17% و در تيرهاي كنسولي بين 5% تا 13% مي باشد. علاوه بر اين, استفاده از اين نوع تقويتي در تكيه گاهها باعث كاهش اثرات موضعي تكيه گاهي مانند كمانش و لهيدگي دو جان مي شود. با بررسي تيرهاي دو سر مفصلي با دهانه كم و ارتفاع زياد كه حالت تير عميق را دارند مشخص شد كه نصب تقويتي باعث كاهش خيز در زمان تشكيل مفصل خميري مي شود و منحني بار- خيز بصورت خطي تا زمان شروع پلاستيك شدگي ادامه مي يابد. ظرذفيت خمشي پلاستيك در تحليل غير خطي المان محدود به دليل اعمان ضريب سخت شوندگي كرنشي (Et) بيشتر لز ظرفيت خمشي خميري بدست مي آيد. اين تفاوت در تيرهاي دو سر مفصلي بين 12% تا 18% و در تيرهاي كنسولي بين 28% تا 40% است. براي ساخت تقويتي ها از حداقل ضخامت ممكن مي توان استفاده كرد كه اين امر باعث كم شدن وزن تقويتي ها و اقتصادي تر شدن استفاده از اين نوع سخت كننده مي شود. سينه بندها
از سينه بندها براي كم كردن طول آزاد قطعات تحت فشار وخمش استفاده مي شود .نبايد تنها مساله كمانش قسمت فشاري مقطع مورد توجه قرار گيرد ، بلكه بايد مساله پيچش نيز بررسي شود . نيرويي كه اين سينه بندها متحمل مي شوند ، تقريبا" 2 درصد نيروي فشاري موجود در قطعه اصلي است روش اتصال رايج بين سينه بندها ومقطع اصلي به دوصورت اتصال برشي واتصال مكانيكي است .
بادبندها
در ساختمان هاي فولادي، بادبندها بعد از تير و ستون و در موقع زلزله و باد حتي مي توان گفت بيش از آنها داراي اهميتند و عامل بسيار مهمي براي مقاومت در برابر زلزله و بارهاي جانبي ديگرهستند. انواع باد بندهاي هم مركز و خارج از مركز، به اشكال مختلف vو v معكوس و ضربدري (X) مورد استفاده قرار مي گيرند. بادبندهاي X براي مقابله با باد كاربردي ترند تا در برابر زلزله و در برابر بارهاي متناوب از شكل پذيري كمتري برخوردارند، زيرا كه در اين نوع بادبندها در هنگام وارد شدن نيروهاي جانبي، همواره يك عضو مورب آن در كشش و ديگري در فشار است و اين باعث شكست آني يا اصطلاحا شكست ترد مي شود . طراحي و اجراي بادبندها بايد با نهايت دقت و بر اساس اصول و قوانين مهندسي خصوصا در مورد محل قرارگيري خود بادبندها، نوع و اندازه پروفيل مصرفي، مقدار و نوع و طول جوش ها، نوع درز جوش و... صورت گيرد.
در ساختمانهاي بلند اسكلت فلزي مركب از تير وستون استحكام ومقاومت آنها در مقابل نيروهاي جانبي (باد، زلزله) بستگي به درجه گيرداري اتصالات تير وستونشان دارد .
شيوه نصب بادبندها :
اتصال بادبندها در گوشه ها به قاب فلزي ، با يك صفحه (ورق فلزي) انجام مي گيرد .ساخت ونصب به اينگونه است كه با پروفيلهاي مورد نظر چپ وراستها را بر روي سطح صاف نظيركف كارگاه يا زمين معمولا" به وسيله ورق فلزي مربع مستطيل كه در ناحيه وسط جوش مي شود ، اجرامي كنند .چپ وراستها به وسيله بالابر يا جرثتقيل يا كشيدن طناب در محل اتصال قرار مي گيرند ،سر پروفيلهاي چپ وراست در محل خود ، در روي ورق فلزي كه به ستون وپل وصل است ، جوش مي گردد .در بعضي موارد ، اتصالات چپ وراست به وسيله ميلگرد و در محل اتصال به صورت مفصلي (خارمغزي) متصل مي گردد . اين نوع اتصالات معمولا" در ساختمانهاي قابي فلزي يك طبقه ومنابع هوايي فلزي به كار مي رود .
انواع اتصال ستون به فنداسيون در قاب سوله :
اتصالات در سيستم قابها با اينرسي غيريكنواخت ، با اتصالات ستونهاي معمولي اسكلت فلزي متفاوت است . اتصالات در تكيه گاه ستونها در قابها با اينرسي غيريكنواخت به شكل متحرك بسيار خفيف وبه شكل تكيه گاههاي (خطي مفصلي يا ريلي ، نقطه اي يا كفشكي وپيچي يا مفصلي ساده) انجام مي گيرد .
1ـ اتصال خطي مفصلي يا ريلي :
به اين ترتيب كه ستون بر صفحه شياردارمتصل مي شود .در زير اين صفحه ، صفحه بيس پليت كه درناحيه وسط آن فولادي قوي به شكل برجسته كه در شيار صفحه بالايي واقع مي شود قرار مي گيرد وبه اين صورت ستون به شكل ريلي داراي حركت خواهد بود .
2ـ اتصال نقطه اي يا كفشكي :
در اين حالت نيز ستون به صفحه فولادي قوي جوش مي شود ودر وسط صفحه تورفتگي به شكل مقعر جوش مي گردد . درمقابل تورفتگي مقعر، برجستگي (محدب) كاملا" به اندازه تو رفتگي ، برصفحه بيس پليت قرار دارد .تو رفتگي مقعر در بالا وبرآمدگي محدب در پايين قراردارد تا سبب جمع شدن آب در زير ستون نگردد .
3ـ اتصال پيچي يا مفصلي ساده :
ابتدا پاي ستون به صفحه بيس پليت جوش مي شود وبولت گذاري در اين نوع اتصال تنها از دو عدد بولت يا مهره و واشر فنري صورت مي گيرد .بديهي است بولتها تنها در جهت محور y قرار مي گيرند تا اتصال مفصلي حاصل شود . نمونه ديگر از اتصال ساده در پاي ستون به وسيله نبشي وبولت كه به اين نبشي ها تنها به جان ستون جوش مي شوند .
انواع اتصال در گوشه :
1ـ از End plate درمورداتصال استفاده مي شود .
محاسن آن :
الف ) بي نيازي ازتقويت قطري جان ب)نشيمن مناسب تير درموقع نصب.
معايب آن :
الف) نياز به ورقهاي نسبتا" ضخيم درEnd plate قطري .
2ـ ورق كششي ممان مقاوم را ايجاد مي كند .
محاسن آن :
الف ) استفاده از ورق نسبتا" نازك كششي ب) بازوي نسبتا" بلند براي ايجادممان مداوم .
معايب آن :
الف) معمولا" به تقويت قطري جان نيازي نيست. ب) براي نشيمن تير بايد قطعه اي به ستون جوش شوند .
3ـ اتصال معروف به اتصال ساعتي :
از جمله محاسن آن راحتي سوراخكاري ، راحتي حمل ونصب بي نيازي آن به ورق تقويتي قطري جان .
معايب آن : برش ايجاد شده در بال وتغييرات ناگهاني ضخامت بال در گوشه ها .
اتصالات بخش ۲ :
1ـ اتصال چند پل در يك محل به ستون :
مواقعي كه باتوجه به پوشش سقف اقدام به نصب پل در دوجهت عمود بر هم در محل ستون مي شود ، يك پل به بالهاي ستون وپل ديگر به جان ستون متصل خواهد شد . در نتيجه ، ستون از دوجهت تحت تاثير بار قرار خواهد گرفت كه بايد با توجه به بار وارد شده ودهانه پل ، همچنين تعيين نوع گيرداري پلها در محل ستون اقدامات لازم براي اتصال صحيح ومطلوب به عمل آيد . اگر برخورد پل در خارج ستون باشد ، بايد آن ناحيه را از نظر نيروي خارج از مركز ، همچنين نحوه اتصالات صحيح واصولي به ستون به دقت بررسي وكنترل كرد .
2ـ روش نصب پلها در طبقات :
محل نصب پلها در اسكلت فلزي بسيارمهم است ، زيرا پلها تحمل كننده بار سقف از طريق تيرها هستند . با توجه به مقدار بار وارد شده ودهانه ، ارتفاع آنها مشخص مي شود ومعمولا" از ضخامت سقف وارتفاع تيرها بيشتر است .بنابراين با توجه به نقشه هاي معماري وتقسيم فضاها ، پلها بايد درجايي طراحي ونصب شوند كه به علت ارتفاع زياد ايجاد اشكال دركف نكنند وسعي شود به صورت آويز در سقف مشخص نباشد . به اين دليل ، معمولا" پلها در زير ديوارهاي جداكننده بين فضاها نصب مي شوند كه علاوه بر بار وارد شده بايد وزن ديوارهاي جداكننده بر روي آنها در محاسبه منظور شود.
3ـ روشهاي اتصال پل به پل :
اتصال دو پل كه داراي يك ارتفاع هستند به روش زبانه كردن آنها انجام مي گيرد كه اين روش از نظر اتصالات بهتر است . در صورت امكان پل با دهانه بزرگتر در داخل پل با دهانه كوچكتر زبانه مي شود . نصب ورق اتصال درجان وروي بال پل كوچكتر براي برش ضروري است . در اين حالت ، به علت كوتاه بودن دهانه ، لنگر خمشي كمتري ايجاد شده در نتيجه ، نمره يا سطح مقطع پلها كاهش مي يابد .
4ـ عمل زبانه كردن در تيرها وپلها :
در اسكلت فلزي محل برخورد يا تقاطع قطعات از نظر رفتاري نسبت به يكديگر وعكس العمل قطعه باربر در محل اتصال (تقاطع) حائز اهميت است ، زيرا بايد به محل برخورد توجه كرد كه دركدام يك ازنواحي كه تحت تاثير كشش ، فشار وبرش واقع مي گردد نحوه اتصال درست ومطلوب را انتخاب وعمل كنيم كه ضعف در قطعه باربر ايجاد نشود .
5ـ تير پوشش :
نوع سقف پوشش سقف در طبقات اسكلت فلزي با توجه به كاربرد ساختمان تعيين مي شود كه معمولا" سقف هاي بتن آرمه يا طاق ضربي مورد استفاده قرار مي گيرند .معمولا" تيرآهن پوشش از پروفيل هاي IPE وinp استفاده مي شود . فاصله تيرها بين 65/. تا 1/1 متر وطول را حداكثر تا 5 متر در نظر مي گيرند . البته خيز بايد مورد توجه باشد .
6ـ زبانه كردن تيرهاي پوشش :
تيرهاي فلزي پوشش بايد به شيوه اي مطلوب به همديگر يا به پلها اتصال يابند بهترين حالت ، شيوه زبانه كردن با توجه به محل وناحيه برخورد تيرآهن به تيرآهن ديگر است كه بايد از روش ايجاد زبانه استفاده كرده ، اتصال را انجام داد .
7 ـ اتصال تير پوشش به پل به وسيله نبشي :
معمولا" در اتصال تير پوشش به پل از حالت جوش ونبشي استفاده مي شود . هرچه بتوانيم محل اتصال را تا حدودي گيردار بوجود آوريم ، لرزش در تير پوشش كمتر خواهد بود .مساله خيز به نحو مطلوبتري حل خواهد شد . البته اگر طبق محاسبات نحوه اتصال نيم گيردار انجام دهيم ، در مصرف پروفيل صرفه جويي خواهد شد .
8ـ مهار كردن تيرهاي پوشش :
تيرهاي پوشش را علاوه بر اتصال درست به تكيه گاه بايستي از نظر حركات جانبي وپيچش ، كمانش قطري ، لهيدگي مورد كنترل قرار داد وآنها را مهار كرد . در اسكلت فلزي معمولا"تيرهاي پوشش را با گذاردن ميلگردها بصورت ضربدري وجوش به بال تيرآهن واتصال به قسمت هاي پوشش تكيه گاه اسكلت را مهاركرده وبادبند افقي تشكيل مي شود . در دهانه كناري از ميلگرد هاي افقي كه مانع رانش دهانه ابتدايي وانتهايي مي شود ، استفاده مي كنند .
9ـ لقمه ها وپركننده ها :
طبقآيين نامه سازه هاي جوشي ، پركننده (لقمه) با ضخامت 6 ميلي متر ويا بيشتر بايد به اندازه كافي از لبه هاي ورق وصله بيرون باشد تا به قطعه اي كه به آن نصب مي شود ، به حد كافي جوش داده شود .به طوري كه بتواند نيروي ورق وصله را كه به ورق پر كننده وارد مي شود ، منتقل نمايد . لبه هاي پركننده هايي كه ضخامت آنها از 6ميلي متر كمتر است .بايد با لبه هاي ورق وصله هم باد باشند . در اين حالت اندازه جوش بايد مساوي مجموع اندازه جوش لازم براي حمل نيروي وصله به اضافه ضخامت ورق پركننده در نظر گرفته شود .
10ـ هدف از طويل كردن پلها وتيرهاي پوشش :
در پوشش سقف يا در پلها به دلايلي مجبور به طويل كردن آنها هستيم كه چند مورد از آنها عبارتند از :
1ـ طول استانداردپروفيل يا تيرآهن كه ممكن است براي اجرا كافي نباشد .
2ـ به علت تغيير اندازه تيرآهن يا پروفيل وجود وصله الزامي مي شود .
3ـ به علت كاهش ضايعات تيرآهن ممكن است مجبور به وصله كارگاهي باشيم .
روش اجراي طويل كردن تيرها :
ابتدا درمحل مناسب دوتيرآهن در امتداد يكديگر قرار داده مي شوند .براي جوشكاري كامل بين دو تيرآهن در هريك از پروفيلها درز با پخ مناسب ايجاد مي شود .سپس به جوشكاري با نفوذ لازم اقدام مي گردد . آنگاه سطح جوش را سنگ مي زنند وبلافاصله با پليت درز را مي پوشانند واطراف آن را جوش كامل مي دهند . اندازه وصله اتصال وطول جوش لازم بايد محاسبه شود .بهترين محل مناسب ورق براي طويل كردن ناحيه نقطه عطف لنگر خمشي وتلاش برشي است وبايد از اتصال ورق در ناحيه برش (نزديك تكيه گاه)ولنگر ماكزيمم (وسط دهانه)پرهيز كرد .در صورت اجبار ، بايد علاوه بر جان تيرآهن (پروفيل) بالها رابه نحو مطلوب با ورق اتصال جوشكاري كرد .
چگونگي اتصال كنسولهاي غير ممتد :
در سيستم اسكلت فلزي ، پيش آمدگي (كنسول) كه در اصطلاح ((بالكن)) ناميده مي شود ، به دوشيوه اجرا مي گردد :يكي پيش آمدگي ممتد كه پلها از ستون عبور مي كنند (به صورت تك يا دوبله) وكنسول لازم بدست مي آيد . ديگر اينكه كنسول به صورت غيرممتد باشد ، اتصالات بايد نسبت به طول كنسول ومقدار بار وارده طراحي شود ونحوه گيرداري آن به ستون مد نظر باشد .چون كنسول در محل تكيه گاه ممان منفي دارد وبايد آن را با گذاشتن ورق مطابق اتصالات صلب ، همچنين در صورت لزوم اضافه كردن لچكي به ورق بالا اتصال صحيح به ستون اجرا شود . كليه ابعاد واندازه اتصالات وتقويت كننده ها بايد طبق محاسبه صورت گيرد . چگونگي اتصال كنسول با دستك :
در مواقعي كه طول كنسول از حد معين تجاوز مي كند يا مقدار بار وارد شده به قدري است كه اتصال نبشي ها با ورق اتصال جوابگوي مقاومت نمي باشد مي توان از دستكهاي تحت زاويه 45 درجه استفاده كرد .باتوجه به نقشه معماري مي توان اين دستك را در پايين يا بالا در نظر گرفت واتصال صحيح واصولي را انجام داد .اندازه وابعاد دستك را طبق محاسبه بايد بدست آورد .
وسايل نصب :
ابزار و وسايل وماشين آلاتي كه در نصب سازه هاي فولادي بكار مي روند ، بسته به نوع واندازه سازه مي توانند انواع مختلف داشته باشند . از طرف ديگر اغلب اين وسايل طبق استانداردهاي سازندگان مختلف توليد مي شوند كه از بين آنها انواع مخصوصي به اندازه وطرحهاي لازم را مصرف كنندگان انتخاب مي كنند .براي اتصال دوقطعه فلزي از وسايل اتصال استفاده مي نمايند .ميله اهرم ، اسباب كشش ، تخماق براي چفت كردن ورسانيدن قطعه به وضعيت مورد دلخواه آن براي اتصال به كار مي روند . از پين وآچار كج براي همسو كردن سوراخهاي قطعات استفاده مي شود . از انواع حلقه هاي طناب هاي فلزي (قلابدار) نيز استفاده مي شود .
موضوعات
پيوندها
|
|||
 |
تبادل لینک هوشمند 