استفاده از بتن به همراه فولاد در سازه‌ها می‌تواند نقش مؤثری در بهبود رفتار سازه یعنی افزایش مقاومت و شکل پذیری، ایفا نماید. در بسیاری از موارد در سازه‌های فولادی که ضوابط شکل پذیری قابل ملاحظه را ارضا نمی‌کنند، استفاده از بتن و به کار بردن قشر بتنی فوقانی در آنها همراه با آرماتور بندی مناسب، در ارتقاء رفتار لرزه‌ای با جلوگیری از کمانش‌های جزئی و کلی، تأمین دیافراگم مؤثر، بهبود جریان انتقال تنش‌ها، جایگزینی به عنوان ورق پیوستگی، کاهش اعوجاج ناحیه پانلی، بهبود قابل ملاحظه رفتار و عملکرد اتصال، تأمین یکپارچگی و انسجام سیستم برای مقابله با گسیختگی پیشرونده و تأمین مقاومت جانبی با شکل پذیری مطلوب، میسر خواهد بود.
تیرهای مرکب فولادی بتنی شامل یک تیر فولادی هستند که بر روی آن بلوک بتنی با استفاده از اتصالات برشی نصب می‌شود. در ساخت و ساز سنتی تیرهای مرکب، بلوک‌های بتنی بدون اتصالات خاص روی تیر فولادی قرار می‌گیرد و توسط آن حمایت می‌شود. از آنجا که در این حالت هیچ اتصالی بین بلوک بتنی و تیر فولادی قرار ندارد، تحت اثر بارهای مختلف، هرکدام به شکل مستقل واکنش عمل می‌کنند. وقتی در اتصال میان بلوک بتنی و تیر فولادی از اتصالات برشی استفاده می‌شود، امکان لغزش میان این دو عضو از بین می‌رود و در کنار هم مانند یک تیر مرکب یکپارچه عمل می‌کنند. رفتار تیر مرکب تحت بارهای مختلف مانند رفتار تیرهای Tشکل است. مفهوم اساسی در ساخت تیرهای مرکب، بر این واقعیت استوار است که قدرت تحمل فشار در بتن بیشتر از فولاد است و فولاد در تحمل کشش بهتر عمل می‌کند. با استفاده از ترکیب عملکرد این دو، بیشترین بهره از مزایا و قابلیت‌های فولاد و بتن در کنار هم به دست می‌آید.
عملکرد تیرهای مرکب فولادی بتنی
عملکرد مرکب دال بتنی و تیر فولادی در ساختمان‌های مرکب بتنی فولادی عموماً به وسیله برشگیرهای جوش شده روی بال بالایی تیر فولادی تامین می‌شود. یکی از مشکلات اصلی این نوع از اتصالات عدم امکان استفاده مجدد از اعضای سازه‌ای (دال بتنی، تیر و ستون فولادی) در دیگر ساختمان‌ها و یا بازیافت کامل آنها در پایان دوره بهره‌برداری آنها و همچنین تولید مقدار زیادی مواد زاید ساختمانی ناشی از تخریب و صرف مقدار قابل توجهی از انرژی است. علاوه بر این، عملیات بتن ریزی برای اجرای دال‌های بتنی، آرماتوربندی و قالب بندی در محل پروژه انجام می‌شود که زمان بر بوده و باعث افزایش هزینه‌های ساخت خواهد شد.
اتصال دال بتنی به تیر فولادی در سازه‌های مرکب باعث افزایش قابل توجه ظرفیت باربری تیر خواهد شد و لذا یکی از روش‌های مناسب و مقرون به صرفه برای پوشش دهانه‌های با طول متوسط و بزرگ در ساخت و اجرای پل‌ها و ساختمان‌های معمولی استفاده از تیرهای مرکب است. همچنین با ترکیب و اتصال مناسب دو ماده متفاوت بتن و فولاد در اعضای خمشی تا حد زیادی می‌توان از خواص و مزایای فولاد و بتن بهره برداری کرد. علاوه بر اینها مزایای دیگری از قبیل مقاومت در برابر آتش سوزی و خوردگی نیز افزایش پیدا می‌کند.
عملکرد مرکب بین دال بتنی و تیر فولادی بستگی به نحوه اتصال این دو عضو تشکیل دهنده تیر مرکب دارد. بدلیل وجود نیروی برشی در محل اتصال دال بتنی به تیر فولادی ناشی از بارهای طراحی، اتصال برشی باید به گونه‌ای مناسب توسط برشگیرها تامین شود. از انواع اتصالات برشی که بصورت گسترده در سازه‌های مرکب مورد استفاده قرار می‌گیرد، می‌توان به برشگیر گل میخ، ناودانی، نبشی و میلگردهای مارپیچ اشاره کرد. تمام این برشگیرها عموماً بوسیله جوش به بال بالایی تیر فولادی متصل می‌شوند. اما این برشگیرها دارای معایبی از نقطه نظر زیست محیطی است که در طراحی سازه‌های جدید باید مورد توجه قرار گیرد.
به دلیل اتصال جوشی این برشگیرها به بال بالایی تیر فولادی از یک طرف و مدفون شدن آنها در بتن دال از طرف دیگر، یک اتصال دائمی بین دو عضو دال بتنی و تیر فولادی ایجاد می‌شود که در پایان عمر سازه، چاره‌ای جز تخریب کل سازه و تولید انبوهی از زباله‌های ساختمانی نخواهد بود. علاوه بر این، بسیاری از عملیات اجرایی سقف‌های مرکب بتنی-فولادی از جمله بتن ریزی، آرماتوربندی، نصب عرشه‌های فولادی، قالب بندی در محل کارگاه انجام شده که بسیار زمانبر بوده و اجرای آنها نیاز به نیروی اجرایی زیادی دارد.
یکی از جایگزین‌‌های برشگیرهای مکانیکی جوش شده روی تیر فولادی، برشگیر اصطکاکی پیچی است که قابلیت ارتقاء کیفیت اجرای سازه‌های مرکب را از نقطه نظر موارد بیان شده فوق دارد. اما بررسی‌های انجام شده نشان می‌دهد که تحقیقات موجود در زمینه این برشگیر بسیار محدود است.
رفتار برشگیر پیچ کاملاً با رفتار دیگر برشگیرها متفاوت است و با استفاده از این برشگیر می توان اتصال برشی قابل اعتماد با سختی و صلبیت مناسب برای تیرهای مرکب با دال بتنی پیش ساخته و تیر فولادی فراهم کرد. همچنین قابلیت استفاده مجدد از قطعات سازه‌ای سازه‌های مرکب ساخته شده با این برشگیر مورد تایید قرار گرفت.
مزایای تیرهای مرکب
از خواص بتن و فولاد به شکل مؤثری بهره می‌برد.
در مقایسه با تیرهای غیرمرکب با طول دهانه و میزان بار یکسان، استفاده از تیرهای مرکب باعث صرفه‌جویی بیشتری در هزینه‌ی فولاد می‌شود.
عمق و وزن تیر فولادی مورد نیاز در تیر مرکب کاهش می‌یابد. بنابراین با کاهش عمق تیر، ارتفاع سقف ساختمان بیشتر می‌شود و فضای بیشتری ایجاد می‌شود.
تیرهای مرکب چقرمگی بالاتری دارند، بنابراین تغییر شکل آنها کمتر از تیرهای فولادی است.
تیرهای مرکب می‌توانند مساحت‌های وسیع را بدون نیاز به هرگونه ستون واسط پوشش دهند.
ساخت و ساز تیرهای مرکب به دلیل استفاده از فولاد نوردشده و قطعات پیش‌ساخته با سرعت بالاتری نسبت به شیوه‌ی بتن‌ریزی در محل انجام می‌گیرد.
فولاد تا حد زیادی توسط بتن پوشانده می‌شود و به همین دلیل مقاومت بالاتری در مقابل آتش‌سوزی و خوردگی پیدا می‌کند.
پایگاه علمی سعید سان دانلود رایگان مقالات علمی کنفرانس و ژورنال
