هدف از بکار بردن فولاد( میلگرد ) در قطعات بتنی

بتن جسمی شکننده است که در مقابل نیروهای فشاری، مقاومتی قابل توجه دارد، اما مقاومت آن در مقابل نیروهای کششی ناچیز است؛ به همین دلیل، در محاسبات بتن آرمه این مقاومت در نظر گرفته نمی شود.

مقاومت بتن در مقابل نیروهای برشی، تقریباً مقاومت فشاری آن درنظر گرفته می شود. با توجه به این که قطعات بتنی، تواما تحت تاثیر انواع نیروهای فشاری، برشی و کششی قرار میگیرند، لازم است قطعات بتنی برای مقاومت کافی در مقابل این نیروها، با عنصر مناسبی مسلح گردند.

با در نظر گرفتن مشخصات فیزیکی مواد مختلف، فولاد با داشتن ضریب انبساط طولی ۰٫۰۰۰۰۱۲ –  که تقریبا با ضریب انبساط طولی بتن (۰/۰۰۰۰۱ الی ۱۵به ۰/۰۰۰) برابر است – همچنین متناسب بودن ضریب ارتجاعی آن با ضریب ارتجاعی بتن و محاسن دیگر از قبیل فراوانی، شکل پذیری و غیره، مناسب ترین عنصر برای این منظور است.

فولاد بیشتر به صورت انواع میلگرد همراه با بتن، بتن آرمه (بتن مسلح) را تشکیل میدهد.

الف – تحمل نیروهای کششی:

در شکل ۱-۲ یک تیر تخت بتنی یک دهانه را قبل از بارگذاری مشاهده می کنید و در وسط این تیر محوری است که به آن تار خنثی یا تار میانی می گویند.

پس از بارگذاری مطابق شکل ۲-۲، تار خنثی نه فشرده می شود و نه کشیده، اما لایه های بتن بالای تار خنثی فشرده می شوند.

این لایه ها هرچه از تار خنثی دورتر باشند، فشرده تر و لایه های زیر تار خنثی کشیده می شوند؛ و هرقدر این لایه ها از تار خنثی دورتر باشند بیشتر کشیده می شوند.

بدین ترتیب مشخص می شود که در تیر ساده ی یک دهانه، پس از بارگذاری، حداکثر کششی در ناحیه ی وسط تیر در زیر تار خنثی و در پایین ترین لایه ی تیر به وجود میآید ؛ بنابراین لازم است در نزدیکی سطح زیرین بتن، میلگرد های برای تحمل نیروهای کششی قرار گیرند.

سطح مقطع این میلگرد ها با توجه به مقدار نیروهای کششی وارد بر هر ناحیه محاسبه می شود و به همین دلیل ممکن است میل گرد های کششی وسط دهانه، از میل گردهای کششی در نزدیک تکیه گاه ها که نیروی کششی کمتری وجود دارد، بیشتر باشد.

ب – تحمل نیروهای فشاری:

با توجه به مقاومت خوب بتن در مقابل فشار، اکثراً کلیه ی نیروهای فشاری، به وسیله ی بتن تحمل می شود.

در تیر یک دهانه، در ناحیه ی بالای تار خنثی ، حداقل میلگرد های فشاری براساس استاندارد مربوطه (بدون محاسبه) قرار داده می شود.

بعضی اوقات ممکن است سطح بتن به تنهای قادر به تحمل نیروهای فشاری نباشد یا این که بنا به ضرورت لازم باشد ابعاد بتن کوچک انتخاب شود؛ در این صورت قسمتی از نیروهای فشاری به وسیله ی میلگردهای فشاری تحمل می شود و این میلگرد ها در ناحیه ی فشاری (نزدیک سطح آزاد بتن) قرار می گیرند و سطح مقطع آنها در مقاطع مختلف تیر براساس محاسبه تعیین می شود.

باید توجه داشت که در تیر یک دهانه ی ساده، ناحیه ی کشش و فشار، به گونه ای است که ذکر آن رفت، اما شکل خمشدن تیرها ممکن است در شرایط دیگر، تغییر کند.

برای روشن شدن این مطلب، به فرم خم شدن یک تیر که بر روی چند تکیه گاه متوالی (تیر چند دهانه) قرار گرفته، توجه کنیم.

همانطور که در شکل دیده می شود، بر اثر بار وارده از بالا، تیر در قسمت پایین وسط دهانه کشیده و در قسمت بالا فشرده می شود، اما بر روی تکیهگاهها به عکس، تیر در قسمت فوقانی کشیده و در قسمت تحتانی فشرده می شود بنابراین گاهی نیاز است که در مقاطع مختلف قطعات بتنی، مقدار میلگردها، متناسب با نیروی کششی وارد به هر مقطع تیر تغییر کند. این تغییرات گاهی با کم و زیاد کردن میلگردهای راستا(سیتکا)، و در مواردی با تغییر محل یک میلگرد، از پایین به بالا یا از بالا به پایین، تأمین می شود.

برای مشاهده آخرین و بروزترین قیمت میلگرد تهران روی آن لطفا کلیک کنید.

در شکل ۶-۲ دو نوع میلگرد راستا را میبینید. به میلگرد هایی که بنا به نیاز خمیده می شوند و تغییر مسیر می دهند، «انکا» گفته می شود.

در شکل ۷ – ۲ برای تیرهای بتنی چند نمونه اتکای متداول را می بینید.

ج – تحمل نیروهای برشی:

اگر نیروی برشی وارد برسطح قطعه ی بتنی بیشتر از مقاومت برشی بتن باشد، مطابق شکل ۸-۲ ترکهای در تیر بتنی ایجاد می شود که با زاویه ی حدود ۴۵ درجه تار خنثی را قطع می کنند و در نهایت ممکن است موجب بریده شدن قطعه بتنی شوند.

در شکل ۹-۲ چگونگی برش ناشی از نیروی برشی زیاد را ملاحظه می کنید. در مواقعی که بتن نتواند از به وجود آمدن این برش جلوگیری کند باید از میل گردهای با فرم مناسب برای مقابله با برش استفاده شود.

الف – مطابق شکل a- = ۲-۱ میلگرد مقاوم، عمود برخط برش احتمالی در نظر گرفته می شود. این مقاومت به وسیله ی اتکای تکی یا مرگب تأمین می شود.

ب – میلگرد مقاوم به صورت قائم در تیر بتنی قرار میگیرد.

این عنصر مقاوم، «خاموت» (رکاب – کمربند) نامیده می شود.

خاموت ها میلگرد های شکل گرفته ای هستند که در تیر به صورت قائم قرار می گیرند که معمولاً خاموت ها را به شکل مقطع تیر میسازند و ضمن این که در مقابل نیروهای برشی وارد آمده مقاومت می کنند، میلگردهای فشاری و کششی را در جای خود نگه می دارند.

حداقل قطر و فاصله ی خاموت ها براساس آییننامه های بتن آرمه مشخص می شود، اما برای مقاومت در برابر نیروهای برشی، تعداد و قطر میلگردها باید دقیقاً محاسبه شوند.

با توجه به این که در تیر بتنی حداکثر نیروی برشی در نزدیکی تکیه گاه ها ایجاد می شود، قطر خاموتها را بیشتر و فاصله ی آنها را کم تر از نواحی دیگر در نظر میگیرند.

در قسمتهای دورتر از تکیه گاه ها حداقل آییننامه ای را به کار میبرند. در شکل ۱۱-۲ چند نمونه خاموت دیده می شود.

میلگردها با توجه به نوع آلیاژ و شکل ظاهری، انواع مختلفی دارند که در ایران، برای مصرف در بتن، از سه نوع ان در قطرهای مختلف استفاده می کنند.

۱- میلگرد های نرمه با مقطع دایره و سطح کاملاً صاف که اصطلاحاً به آن «میلگرد ساده» میگویند، تنش حد جاری شدن این میلگرد .Yy N/mm است (شکل ۱۳-۲).

۲- میلگردهای آجدار و آجدار تابیده (TOR) که با دو آلیاز سخت و نیمه سخت موجود است، نوع سخت آن با تنش حد جاری شدن .Y – e. & N/mm و نوع نیمه سخت آن دارای حد جاری شدن ۳۰۰ نیوتن بر میلی مترمربع است، در شکل ۱۴-۲ میلگرد آجدار و آجدار تابیده را میبینید.

۳- برای بتن های پیش تنیده و پس تنیده، از کابل های فولادی (سیم بکسل) با تنشهای بسیار بالا استفاده می کنند.

امروزه در مواردی که عوامل جوی سبب ایجاد خورندگی در میلگردهای فولادی و در نتیجه باعث ترکیدن بتن می شوند، از میلگردهای لاستیکی با تنش مجاز “N/mm ۱۴۰ استفاده می کنند.