عمر مفید تیرآهن در هر سازه متفاوت است. احتمالا شنیده اید در ساختمان های بتنی عمر مفید تیرآهن تا 150 سال هم تخمین زده می شود. اما این عدد ۱۰۰ تا ۱۵۰ سال که در سایت های مشابه به آن اشاره کرده اند، اصلا درست است؟ در پاسخ باید بگوییم که عدد ۱۵۰ سال برای «عمر تیرآهن» است نه «عمر مفید تیرآهن!» این دو یک تفاوت جزئی دارند که در این مقاله درباره آن توضیح می دهیم.
نسخه صوتی مقاله عمر مفید تیرآهن در ساختمان و پُل های آبی
عمر مفید تیرآهن چیست؟
عمر مفید تیرآهن به مدت زمانی می گویند که تیرآهن حداکثر کارایی خود را دارد. تیرآهن ها بعد از مدتی کارایی خود را از دست می دهند و فرسوده می شوند. تفاوت عمر مفید تیرآهن با عمر تیرآهن در همین موضوع است. عمر تیرآهن به مدت زمانی اشاره دارد که کاملا تیرآهن مقاومت خود را در اثر خوردگی یا زنگ زدگی از دست می دهد و دیگر قابلیت اجرایی ندارد. در واقع عمر تیرآهن از سال تولید تیرآهن تا زمانی که کاملا فرسوده گردد، محاسبه می شود. اما عمر مفید تیرآهن از زمان اجرای تیرآهن در سازه تا زمانی که کارایی خود را از دست می دهد، محاسبه می شود.
عمر مفید تیرآهن در ساختمان چقدر است؟
عمر مفید تیرآهن در ساختمان نهایتا ۱۰۰ سال است. موارد مهمی از قبیل شرایط محیطی، طراحی سازه و حتی کیفیت تیرآهن روی عمر مفید تیرآهن تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، تیرهایی که حتی دچار زنگ زدگی جزئی هم باشند، عمر آن را کم می کنند و برای ساختمان سازی مناسب نیستند. عوامل دیگری نیز در عمر مفید تیرآهن در ساختمان مؤثر هستند که بخش های بعدی آنها را بررسی می کنیم.
عمر مفید تیرآهن در پُل های آبی چقدر است؟
پل ها در معرض آب و هوای مرطوب بیشتری قرار دارند؛ از این رو عمر مفید تیرآهن در پل ها بین ۴۵ تا ۴۷ سال تخمین زده شده است. در یکی از مقالات وزارت راه و ترابری میشگیان آمریکا، عمر مفید تیرآهن در ساختمان بر اساس نرخ زوال محاسبه شده است. نرخ زوال به سرعت تجزیه یک ماده می گویند. از این نرخ برای محاسبه عمر مفید تیرآهن در پل و تونل ها استفاده می شود. در ادامه نشان می دهیم که چگونه این عدد به دست می آید.
محاسبه عمر مفید تیرآهن در پُل های آبی
برای محاسبه عمر مفید تیرآهن در پُل های آبی از مدل مارکوف استفاده می شود. سپس اعداد محاسبه شده را به وسیله پایگاه داده ملی پل آمریکا یا NBI بین ۴ تا ۹ رتبه بندی می کنند. عدد ۴ و زیر ۴ نشان می دهد که پل نیاز به تعمیرات جدی نیاز دارد. سپس با استفاده از این اعداد، منحنی نرخ زوال به دست می آید. با استفاده از این منحنی می توان عمر مفید تیرآهن را پیدا کرد مانند تصویر زیر:
همانطور که در تصویر می بینید، به طور متوسط یک تیرآهن ۳۲ سال طول می کشد تا به رتبه بندی ۵ و همچنین ۴۷ سال طول می کشد تا به رتبه بندی ۴ برسد. پس نهایتا طول عمر مفید تیرآهن در پل برابر با ۴۷ سال می شود. رتبه بندی های NBI کُدهای مختلفی دارند و برای آنها توضیحات خاصی ارائه شده است. مثلا اگر رتبه بندی به کد ۹ برسد، یعنی شرایط عالی است. در زیر تمامی کدهای رتبه بندی از ۰ تا ۹ همراه با توضیحات آنها آمده اند.
- کُد N (غیر قابل اجرا)
- کُد ۹ (شرایط عالی)
- کُد ۸ (شرایط بسیار خوب): مشکلی ذکر نشده است.
- کُد ۷ (شرایط خوب): برخی مشکلات جزئی
- کُد ۶:(شرایط قابل قبول): عناصر سازه ای دارای زوال جزئی هستند.
- کُد ۵ (شرایط متوسط): تمامی عناصر سازه ای سالم هستند ولی ممکن است بخش هایی از آنها دچار زوال، ترک خوردگی، پوسته پوسته شدن یا آبشُستگی شده باشند. وقتی جریان آب پایه پل را دچار فرسایش کند، به آن آبشُستگی می گویند. بخشی از پایه پُل را با تیرآهن می سازند که در معرض آبشُستگی قرار می گیرد. برای همین بعد از چند دهه، تیرآهن کارایی خود را از دست می دهد و نیاز به تعمیر و بررسی دارد.
- کُد ۴ (شرایط نا مطلوب): زوال مقطعی پیشرفته، پوسته پوسته شدن یا آبشُستگی
- کُد ۳ (شرایط وخیم): حذف مقطعی تیر، زوال، پوسته پوسته شدن یا آبشستگی به طور جدی مولفه های سازه را تحت تأثیر قرار داده است. احتمال شکست موضعی وجود دارد. احتمال ترک های خستگی در فولاد یا ترک های برشی در بتن نیز وجود دارد.
- کُد ۲ (شرایط بحرانی): زوال پیشرفته عناصر سازه ای. احتمال وجود ترک های خستگی در فولاد یا ترک های برشی در بتن و یا احتمال از بین رفتن تکیه گاه زیرساخت در اثر آبشُستگی. ممکن است لازم باشد پُل را تا زمانی که اقدامات اصلاحی انجام شود باید بسته نگه داشت، مگر اینکه نظارت دقیق انجام شود.
- کُد ۱ (شرایط شکست قریب الوقوع): حذف مقطعی یا زوال عمده در اجزای بحرانی سازه وجود دارد یا حرکت افقی یا عمودی پایداری سازه را تحت تأثیر قرار می دهد.
- کُد ۰ (شرایط شکست): خراب،فراتر از اقدامات اصلاحی
عوامل موثر در عمر مفید تیرآهن
عوامل مختلفی در عمر مفید تیرآهن تأثر دارند که از مهمترین آنها می توان به موارد زیر اشاره نمود:
کیفیت اتصالات و جوشکاری
ساختمان های اسکلت فلزی را با اتصالات مختلفی مانند پیچ به هم وصل می کنند. در بخش هایی از اسکلت فلزی، محل اتصال تیرآهن به قطعات دیگر سازه جوشکاری می شود. محل اتصالات و جوش ها در برابر رطوبت بسیار آسیب پذیر بوده و دراز مدت مستعد زنگ زدگی هستند. همچنین، احتمال خوردگی در محل اتصال عرشه فولادی با تیرآهن در سقف ها وجود دارد، زیرا در سقف های عرشه فولادی تماس با آب باران زیاد است. برای همین ممکن است کمی رطوبت بین درزهای اتصال تیر و سقف باقی بماند.
سقف عرشه فولادی، سقفی فلزی است که در سازه های اسکلت فلزی استفاده می شود. برای اطلاعات بیشتر در باره این سقف می توانید مقاله سقف عرشه فولادی چیست؟ را مطالعه کنید.
کیفیت تیرآهن
هرچه تیرآهن کیفیت بالایی داشته باشد، عمر مفید آن را بیشتر می کند. برای ساخت تیرآهن از آلیاژهای مختلفی استفاده می شود که مشخصات شیمیایی و فیزیکی خود را دارد. در صورت مغایرت با استانداردهای بین المللی، کیفیت قابل قبول را نخواهد داشت. البته این تصور نباید بوجود آید که هر چه قیمت تیرآهن بالاتر باشد یعنی کیفیت بهتری دارد. کیفیت تیرآهن به موارد مختلفی از جمله وزن، مشخصات (آنالیز) و حتی رنگ آن بستگی دارد.
در لیست زیر می‌توانید قیمت تیرآهن را مشاهده کنید.
شرایط آب و هوایی
اگر سازه ای در مناطق برفی و بارانی ساخته شود، طبیعتا عمر مفید تیرآهن و در نتیجه عمر مفید اسکلت فلزی کمتر خواهد شد، به ویژه اگر سازه کاربری صنعتی مانند سوله داشته باشد. اقلیم های مختلف، چالش های منحصر به فرد خود را دارند مثلا:
- اقلیم ساحلی: رطوبت نمکی دارد و باعث خوردگی تیرآهن می شود.
- اقلیم سرد: بار حاصل از بارش برف به تیرآهن تنش وارد می کند.
- اقلیم گرم: نور بیش از حد خورشید، روکش محافظ فولاد را از بین می برد.
- اقلیم مرطوب: رطوبت به تیرآهن نفوذ می کند.
نکته: اقلیم به شرایط آب و هوایی عمومی یک منقطه می گویند. به عنوان مثال، شمال کشور اقلیمی معتدل و مرطوب دارد.
کلام آخر
در هر سازه بسته به شرایط آب و هوایی و نوع سازه، عمر مفید تیرآهن متفاوت است. مثلا عمر مفید تیرآهن ساختمان حداکثر ۱۰۰ سال است یا عمر مفید تیرآهن در پل بین ۴۵ تا ۴۷ سال است. توجه داشته باشید که عمر مفید تیرآهن با عمر تیرآهن فرق دارد. عمر تیرآهن بیشتر از عمر مفید آن است و حتی تا ۱۵۰ سال هم تخمین زده می شود.
