خلاصه

اين مبحث درباره انواع و نحوه استفاده از خرپاها و شاهتيرهاي مشبک است که نشان مي دهد که اين اعضا اغلب از چه موادي ساخته مي شوند. اين مبحث مواردي از قبيل طراحي کلي خرپاها، تجزيه و تحليل اوليه، تنش هاي ثانويه، تحليل هاي الاستيک دقيق، خرپاهاي متقاطع و خيز خرپاها تراس را مورد بررسي قرار مي دهد. طراحي کاربردي اعضاي خرپايي مورد بحث قرار خواهد گرفت.

براي سفارش تيرچه کروميت ( تيرچه فولادي با جان باز ) به صفحات آن مراجعه کنيد.

1. مقدمه

خرپا يا يک شاهتير مشبک يک چارچوب سه بعدي از اعضاي مختلف است که بارهاي موجود در صفحه خرپا يا شاهتير به صورت نيروهاي محوري تحمل مي شوند. قوانيني به طور کلي براي خرپاهاي صفحه اي اعمال مي شود. يک قاب فضايي زماني تشکيل مي شود که اعضا در سه بعد قرار مي گيرند.

کاربردهاي اصلي عبارتند از:

 در ساختمان ها، براي تحمل بارهاي سقف و کف، براي پوشش دادن فاصله هاي بزرگ و مقاومت در برابر بارهاي نسبتا سبک.

 در پل هاي جاده اي و ريلي، براي دهانه هاي کوتاه و متوسط ?? در پل هاي عابر پياده.

 به عنوان مهاربند در ساختمان ها و پل ها، براي ايجاد پايداري در جايي که اعضاي مهاربندي يک خرپا را با ديگر اعضاي سازه اي مانند ستون ها در يک ساختمان تشکيل مي دهند.

روش ساخت خرپا ساده است. اين سازه از اعضاي افقي اصلي در بالا و پايين ساخته شده است که توسط المان هاي قطري در يک شبکه سه بعدي مثلثي قرار مي گيرند، به طوري که هر عضو فقط بار محوري را تحمل مي کند. تاثيرات ثانويه اي نيز وجود دارند، اما در يک خرپا که به خوبي طراحي شده است مي توان از اين تاثيرات ثانويه چشم پوشي کرد.

لنگر خمشي در يک خرپا به صورت فشار يا کشش در اعضاي افقي خود را نشان مي دهد. نيروي برشي نيز به صورت فشار يا کشش در اعضاي مورب تحمل مي شود. در يک مورد ساده سازي شده، هنگامي که تمام اتصالات به صورت مفصلي باشند و بارها در نقاط اتصال اعمال شوند، بارگذاري هيچ اثر خمشي، برشي يا پيچشي در هر عضو را ايجاد نمي کند.

بارهاي اعمال شده اگر موجب ايجاد اثرات خمشي، برشي يا پيچشي شوند معمولا ناشي از استفاده ناکارآمد از مواد خواهد بود.

خرپاها و شاهتيرهاي مشبک با توجه به فرم کلي و ترتيب قرارگيري اعضاي داخلي طبقه بندي مي شوند. خرپاهاي مسطح براي سقف ها استفاده مي شوند. براي پشتيباني از سقف ها و کف ها و براي پل ها نيز از شاهتيرهاي مشبک تخت استفاده مي شود، اگرچه در پل هاي پيوسته، يک عمق اضافي اغلب در محل اتصال با ستون ها مورد نياز است.

در گذشته، نام هاي مختلفي براي خرپاهاي مختلف در نظر گرفته مي شد مانند خرپاي فينک، شاهتير وارن و غيره. رايج ترين خرپاي مورد استفاده، خرپاهاي تک دهانه، خرپاهاي با تکيه گاه ساده، خرپاهاي معين استاتيکي که اتصالات آنها به شکل مفصل عمل مي کنند، هستند.

همچنين شاهتير Vierendeel نيز بايد ذکر شود. اين شامل پانل مستطيلي و اتصالات صلب است. اين خرپا به لحاظ استاتيکي نامعين است و در اين مبحث زياد به آن پرداخته نمي شود، هرچند که ظاهري خوشايند داشته و اغلب در پلهاي عابر پياده استفاده مي شود.

براي ساخت يک شاهتير مسطح که داراي دو بال و يک جان است صرفه جويي زيادي در مواد انجام مي شود. در يک خرپا، جان ها را عمدتا هوا تشکيل مي دهد - بدين ترتيب وزن کمتري داشته و نيروي باد کمتري به آنها وارد مي شود.

يک خرپا مي تواند از قطعات کوچکي که به راحتي ساخته و حمل مي شوند، ساخته شده باشد و اتصالات آن را مي توان با استفاده از پيچ و مهره در سايت کارگاهي انجام داد. خرپاها مي توانند مزيت ويژه اي براي پل ها در کشورهايي داشته باشند که دسترسي به سايت دشوار است و يا تعداد نيروي کار ماهر محدود است.

تيرچه بتني چيست ؟

نسبت آب به سيمان نسبت وزن آب به وزن سيمان است که در مخلوط بتن تازه استفاده مي شود. نسبت آب به سيمان يکي از بزرگترين عواملي است که مقاومت بتن پس از سخت شدن به آن بستگي دارد. مقاومت بتن سخت شده به دو عامل عمده بستگي دارد:

1. نسبت آب به سيمان

2. درجه تراکم

حفره هاي هوا در بتن بستگي به نسبت آب به سيمان آن دارد. افزايش حجم حفره هاي هوا با افزايش وزن آب به وجود مي آيد. وقتي اين وضعيت اتفاق مي افتد، قدرت بتن کاهش مي يابد. بتن سخت شده مي تواند حدود 1? حفره هوا داشته باشد. در حالت سخت شده، مقاومت نسبت معکوسي با نسبت آب / سيمان دارد.

• براي اطلاع از قيمت تيرچه بتني و اطلاعات آن به اين صفحه مراجعه کنيد.

شکل زير نشان مي دهد که محدوده اعتبار نسبت آب به سيمان بسيار محدود است. زماني که نسبت آب به سيمان کم باشد، مقاومت فشاري بتن در بيشترين حالت خود قرار دارد. شروع منحني بستگي به تجهيزاتي دارد که براي تراکم بتن در اختيار داريد (که با استفاده از دستگاه ويبره و يا به صورت دستي انجام مي شود). در صورت استفاده از سنگدانه هاي بزرگ با نسبت آب به سيمان کم و حجم بالاي سيمان، با کاهش مقاومت بتن مواجه خواهيد شد.

مي توان نتيجه گرفت که اگر نسبت آب به سيمان در مخلوط مرطوب بتن کمتر از حالت پس از سخت شدن باشد، آب / سيمان قادر نخواهد بود مقاومت بتن را افزايش دهد. اين شرايط به دليل گسترش مقاومت کششي به دليل انقباض و خزش رخ مي دهد. اين منجر به ترک خوردگي سيمان و يا از بين رفتن قيدهاي دروني بتن مي شود (که بين سيمان و سنگدانه ها است) ، در حالي که سنگدانه ها براي محدود کردن تنش هاي کششي مورد استفاده قرار مي گيرند.

بنابراين، نسبت آب به سيمان کم نيز مشکلات جدي در بتن سخت شده را بوجود مي آورد. هنگامي که نسبت آب به سيمان در مخلوط تازه بتن کم باشد، آب کمتري براي هيدراسيون سيمان وجود دارد. بنابراين، مقدار کمي از دوغاب سيمان بدون هيدراته شدن باقي مي ماند که منجر به ايجاد کشش داخلي در بتن و تضعيف قيدهاي دروني آن مي شود. تحت چنين شرايطي، مقاومت بتن وابسته به چهار عامل زير خواهد بود:

1. نسبت آب به سيمان

2. نسبت سيمان به سنگدانه

3. حداکثر اندازه سنگدانه

4. خواص فيزيکي سنگدانه ها

عوامل (3،2 و 4) اهميت کمتري دارند در حالي که عامل (1) عامل اصلي تأثيرگذار است. چون که مقاومت بتن از مقاومت ملات، پيوند ملات با سنگدانه ها و مقاومت سنگدانه هاي درشت حاصل مي شود.

نسبت آب / سيمان در مقابل نمودار مقاومت

از نمودار، مي توانيد ببينيد که داري يک شکل هيپربولا است. با افزايش نسبت آب به سيمان، مقاومت فشاري آن به تدريج کم مي شود.

فرمول هاي نسبت آب به سيمان

داف آبرامز در سال 1919 معادله اي را ارائه داد که مقاومت بتن را وابسته به نسبت آب به سيمان نشان مي دهد.