نیروی برشی و لنگر خمشی چیست | از صفر تا صد میلگرد برشی + فیلم

لنگر خمشی چیست ؟ حتما در مورد آرماتور خمشی و برشی شنیده‌اید و می‌دانید که کاربردهای مختلفی دارند. در این مقاله ابتدا تعریفی جامع درباره میلگرد خمشی و میلگرد برشی ارائه و سپس تفاوت‌های این دو آرماتور را خواهیم گفت. همچنین ضوابط آرماتور خمشی مثبت و منفی را نیز به طور کلی همراه با فیلم بیان خواهیم کرد. پس تا انتها همراه ما باشید تا با دستی پر از آکادمی عمران خارج شوید.

فیلم بررسی آرماتور خمشی و برشی

ابتدا پیشنهاد می‌کنیم فیلم زیر را مشاهده کنید تا با اجرای آرماتورهای برشی آشنا شده و با دید بهتری ادامه این مقاله را بخوانید.

پیش از پرداختن به توضیحات آرماتور خمشی و برشی، ابتدا بهتر است در مورد این که اصلا آرماتور چیست، بدانیم.

آرماتور به انواع میلگرد یا مقاطع فولادی که از فولاد ساخته شده گفته می‌شود؛ نقش آرماتور ایجاد استحکام در قسمت‌های مختلف سازه است.

یکی از اساسی‌ترین دلایل استفاده از میلگرد، به دلیل مقاومت کششی کم و شکنندگی نسبتاً زیاد بتن در مقاطع تحت کشش است.

برای رفع این محدودیت بتن، با قرار دادن میلگرد در بتن آن را تقویت می‌کنند تا بتواند در برابر کشش از خود مقاومت نشان دهد. میلگردها علاوه‌بر کشش، در فشار نیز مقاومت بالایی از خود نشان می‌دهند.

شاید برایتان سوال باشد که چرا بتن را با فولاد برای افزایش مقاومت استفاده می‌کنند؟ چون با سخت شدن بتن، چسبندگی زیادی بین بتن و آرماتور فولادی ایجاد می‌شود. همین چسبندگی سبب باهم تغییرشکل دادن میلگرد فولادی و بتن می‌شود.

یکی دیگر از دلایل این است که، آرماتور فولادی و بتن هر دو تقریباً ضریب انبساط حرارتی یکسانی دارند.

اهمیت یکسان بودن ضرایب انبساط حرارتی به هنگام تغییرات درجه حرارت نمایان می‌شود؛ هیچ‌کدام از این دو ماده دچار تنش‌ اولیه قابل توجهی نشده و همچنین لغزشی بین‌شان اتفاق نمی‌افتد.

یکی دیگر از نکات مهم، وجود پوشش بتنی روی میلگردها است که از آن‌ها در مقابل خوردگی و اثر مستقیم آتش‌سوزی محافظت می‌کند.

میلگردهای مصرفی انواع مختلفی دارند که برخی از آن‌ها عبارتند از:

• میلگرد راستا یا سیتکا
• خاموت
• سنجاقی ستون و غیره

طوفان تخفیفی آکادمی عمران تو راهه

مشاهده جزئیات

لنگر خمشی چیست؟

زمانی که عضوی بین دو نقطه از دهانه قرار می‌گیرد؛ بارهای وارده با ساز و کار کشش و فشار در تارهای افقی عضو از روی دهانه به سمت تکیه‌گاه منتقل می‌شوند که به این پدیده خمش گویند.

خمش نقشی اساسی در باربری اعضای سازه‌ای دارد.

اگر خط‌های عمودی با فاصله a بر کناره الوار صاف ترسیم و آن را به n قسمت مساوی تقسیم کنیم؛ می‌بینیم به هنگام خم شدن، فواصل خطوط در بالا کمتر و در پایین بیشتر می‌شود.

پس می‌توان گفت که به هنگام خمش که تغییر شکل به سمت پایین است، تارهای بالا تحت فشار و تارهای پایین تحت کشش قرار می‌گیرند.

به تار میانی که در اثر خمش تغییر طول نداشته باشد، تار خنثی گفته می‌شود.

میلگرد خمشی چیست؟

برای درک نحوه کارکرد آرماتور خمشی ابتدا بهتر است در مورد لنگر خمشی اطلاعاتی داشته باشیم.

لنگر خمشی به منظور انتقال تنش کاربرد دارد و حاصل گشتاور نیرو در فاصله است. هرچه نیرویی که به المان سازه‌ای وارد می‌شود و فاصله آن از تکیه گاه، بیشتر باشد لنگری که به عضو وارد می‌شود نیز بیشتر خواهد بود.

میلگرد خمشی در تمام المان‌های بتنی نظیر دال، تیر، ستون، فونداسیون و دیوار برشی مورد استفاده قرار می‌گیرند و باعث انتقال لنگر وارد بر عضو سازه‌ای می‌شوند.

به طور مثال تیر به کمک میلگردهای خمشی، لنگری که بر اثر بارگذاری در آن ایجاد شده را به ستون منتقل می‌کند.

لنگر ایجاد شده در ستون به کمک میلگردهای خمشی به طبقات پایین‌تر و در نهایت به فونداسیون که از تعداد زیادی میلگرد خمشی بهره می‌برذ منتقل می‌شود. کار فونداسیون نیز انتقال این لنگرها و نیروها به زمین است.

برش چیست؟

یکی از انواع حالات تغییرشکل، برش است. در این تغییرشکل صفحات موازی درون جسم فاصله خود را با یکدیگر حفظ می‌کنند اما این صفحات نسبت بهم جابجا می‌شوند.

این نوع از تغییر شکل در اثر نیروی برشی اتفاق می‌افتد.

میلگرد برشی چیست؟

یکی از نکات اساسی در سازه‌های بتنی استفاده از میلگرد برشی است. زیرا بتن در برش نیز چون کشش ضعیف است.

ابتدا باید بدانیم آرماتور برشی چیست و چه نقشی در آرماتور بندی دارد؟

این میلگردها برای افزایش مقاومت سازه در برابر نیروهای برشی مورد استفاده قرار می‌گیرند. همچنین برای مهار ترک‌هایی که امکان رشد در طول دهانه را دارند، کاربرد دارند.

برخی اوقات نیروهای برشی وارده بر سطح قطعه بتنی بیشتر از مقدار مقاومت برشی بتن است. در این مواقع برش‌هایی ممکن است ایجاد شود و در نتیجه باعث بریده شدن قطعه بتنی شود. این ترک‌ها اغلب اوقات با زاویه 45 درجه تار خنثی را قطع می‌کنند.

میلگرد برشی در این مواقع به کارمان می‌آید!در زلزله جهت ترک‌ها تغییر می‌کند، همچنین برای سهولت اجرا، آرماتور برشی به جای 45 درجه نسبت به تارخنثی، عمود بر آن طراحی و اجرا می‌شوند.

همچنین می‌توان به این نکته اشاره کرد که آرماتورهای برشی، آرماتورهای طولی را مهار می‌کنند و از کمانش آن‌ها جلوگیری می‌شود.

این نوع میلگرد برعکس میلگرد خمشی ، دارای سایز و قطر کوچک‌تری است.

آرماتور خمشی و برشی

آرماتور خمشی و برشی از جمله آرماتورهای پرکاربرد در تیرها، ستون‌ها، دال‌ها و هر نوع المان سازه ای بتنی هستند. این دو آرماتور در سازه‌ها نسبت به نیروهای وارده مقاومت نشان داده و سبب استحکام سازه می‌شوند.

همان طور که قبل‌تر هم اشاره شد آرماتورهای طولی توسط آرماتورهای برشی که عرضی هستند مهار می‌شوند.

آرماتورهای طولی عمدتا نقش خمشی و آرماتورهای عرضی نقش برشی را ایفا می‌کنند.

چنانچه در مورد سقف دال می‌خواهید اطلاعات بیشتری به دست آورید، توصیه می‌کنم مطلب ” سقف دال بتنی ” را از دست ندهید!

آرماتور خمشی و برشی چه تفاوتی با یکدیگر دارند؟

می‌توانیم تفاوت‌های آرماتور خمشی و برشی را به صورت زیر بیان کنیم :

لنگر مثبت و منفی

پیش از پرداختن به ضوابط، بهتر است درباره آرماتور خمشی مثبت و منفی یا همان لنگر مثبت و منفی اطلاعاتی داشته باشید.

اگر لنگر وارده به المان، بالای تار خنثی را به فشار و پایین آن را به کشش وا دارد به آن لنگر خمشی مثبت می‌گویند.

آرماتور خمشی مثبت همان آرماتور طولی است که در پایین مقطع، زیر تارخنثی قرار گرفته و لنگر خمشی مثبت را تحمل می‌کند.

در تیرهای یکسره و طره که لنگر وارده، قسمت فوقانی مقطع (بالای تارخنثی) را به کشش و پایین تار خنثی را به فشار می‌اندازد لنگر خمشی منفی داریم.

اگر آرماتور خمشی در بالای تارخنثی قرار بگیرد و لنگرخمشی منفی را تحمل کند به آن آرماتور خمشی منفی می‌گویند.

در تصویر زیر آرماتورهای خمشی مثبت در قسمت تحتانی مقطع دیده می‌شوند.

ضوابط مهار آرماتور خمشی مثبت و منفی چیست؟

ضوابط مهار میلگرد خمشی را طبق مبحث نهم مقررات ملی ساختمان می‌توانیم در قالب 3 دسته در نظر بگیریم:

• ضوابط کلی
• ضوابط مهار آرماتور خمشی مثبت
• ضوابط مهار میلگرد خمشی منفی

در ادامه به توضیحات هر یک از این ضوابط خواهیم پرداخت پس با ما همراه باشید.

ضوابط کلی

• آرماتور کششی در قطعات خمشی را می‌توان با رعایت موارد مورد چهارم این قسمت (ضوابط کلی) در ناحیه بتن کششی مهار کرد یا در جان تیر خم و در سمت مقابل قطعه آن را مهار کنیم.

همچنین این آرماتور را می‌توان در سمت مقابل قطعه به عنوان آرماتور کششی یا فشاری استفاده کرد.

برای مطالعه بیشتر در مورد آرماتور فشاری و کششی به مقاله میلگرد کششی  مراجعه کنید.

• در میلگردهای خمشی که در قسمت‌های بحرانی مورد استفاده قرار می‌گیرند، باید در دو سمت مهار آرماتور را بررسی کرد: قسمت‌هایی که بیشترین تنش به آن‌ها وارد می‌شود.، و قسمت‌هایی که در طول دهانه قطعه، آرماتور قطع یا خم می‌شود.

توجه داشته باشید که در قسمت‌های مجاور تکیه‌گاه‌های ساده و همچنین قسمت‌هایی که نقاط عطف منحنی تغییر شکل هستند، باید مورد دوم از ضوابط خاص آرماتور خمشی مثبت نیز رعایت شود.

• میلگردها باید از محل مقطعی که وجودشان برای تحمل خمش لازم نیست، به طول حداقل d یا 12db (هر کدام که بزرگ‌تر است) ادامه داده شوند.

البته رعایت این ضابطه در دو جا الزامی نیست: انتهای عضو با تکیه‌گاه ساده، انتهای آزاد عضو طره‌ای

• آرماتور خمشی را در ناحیه بتن کششی نمی‌توان قطع کرد، اما موارد استثنایی نیز وجود دارد: مقدار نیروی برشی مقاوم مقطع در محل قطع آرماتور به اندازه حداقل 50% بیشتر از مقدار نیروی برشی نهائی موجود باشد، و  در انتهای میلگردهای قطع شده در ناحیه‌ای به طول حداقل 0.75d (مقدار 0.75 فاصله دورترین تارفشاری تا مرکز سطح آرماتور کششی) آرماتور عرضی اضافه بر آنچه برای تحمل برشی یا پیچش لازم است، تأمین گردد.

سطح مقطع آرماتور عرضی لازم باید حداقل برابر با (0.375 برابر پهنای جان یا قطر مقطع مدور ضرب در فاصله بین خاموت‌ها، تقسیم بر مقاومت محاسباتی فولاد) باشد و فاصله میلگردهای عرضی از یکدیگر در این ناحیه بیشتر از (فاصله دورترین تارفشاری تا مرکز سطح آرماتور کششی تقسیم بر هشت برابر نسبت سطح مقطع آرماتور قطع شده به سطح کل آرماتور مقطع) نباشد.

• حداقل دو برابر مقدار موردنیاز در مقطع، باید مقدار میلگرد ادامه داشته باشد. همچنین مقدار نیروی برشی مقاوم مقطع در محل قطع میلگرد باید حداقل 33% بیشتر از مقدار نیروی برشی نهائی باشد.
• در مواردی که تعدادی از میلگردها خم و یا قطع می‌شوند، برخی از میلگردهایی که ادامه دارند باید از قسمتی که میلگردهای قطع و یا خم شده دیگر وجودشان برای تحمل خمش ضروری نیست، به طول حداقل برابر با طول گیرایی ادامه داده شوند.
• در قطعات خمشی که در آن‌ها تنش در آرماتور کششی مستقیماً متناسب با لنگر خمشی نیست، کنترل مهار میلگردهای کششی در مقاطع مختلف امری ضروری است.

شاید برایتان سوال باشد که منظور از قطعات خمشی که در این ضابطه ذکر شد، چه مواردی می‌تواند باشد؟ شالوده‌هایی با مقطع متغیر، پلکانی و باریک شونده، نشیمن‌گاه‌ها، اعضای‌خمشی که ارتفاع زیادی دارند، تیرهای عمیق، و اعضایی که در آن‌ها آرماتور کششی موازی با سطح بتن فشاری نیست.

حال که با آرماتور خمشی و برشی و ضوابط کلی آن‌ها آشنا شدید به سراغ ضوابط مهار میلگرد خمشی مثبت و منفی می‌رویم.

ضوابط خاص مهار آرماتور خمشی مثبت

• دو مورد زیر باید در طول وجهی از قطعه که در آن قرار گرفته‌اند روی تکیه‌گاه ادامه پیدا کنند: حداقل یک سوم آرماتور خمشی مثبت در قطعات با تکیه‌گاه ساده و یک چهارم میلگرد خمشی مثبت در قطعات یکسره

البته توجه داشته باشید که در تیرها آرماتور مثبت باید به اندازه حداقل 150 میلیمتر در داخل تکیه‌گاه ادامه پیدا کند.

• در قطعات‌خمشی که به عنوان عضوی از یک سیستم اصلی در مقابل بارهای جانبی به کار برده شده‌اند، آن گروه از میلگرد خمشی مثبت که بر طبق ضابطه قبل تا روی تکیه‌گاه ادامه می‌یابد باید به طور کامل در تکیه‌گاه مهار شود، به طوری که میلگرد بتواند در مقطع بر تکیه‌گاه به تنش جاری شدن برسد.
• در قسمت‌های مجاور تکیه‌گاه‌های ساده و همچنین قسمت‌هایی که نقاط عطف منحنی تغییرشکل، در این مقاطع قطر میلگرد خمشی مثبت باید طوری تنظیم شود که طول گیرایی در رابطه زیر صدق کند:

در این رابطه ld طول گیرایی است، Mr لنگر خمشی مقاوم نهایی مقطع، Vu نیروی برشی نهائی موجود و la طول گیرداری اضافه در تکیه گاه یا در نقطه عطف است.

توجه داشته باشید که la در مواردی که رابطه را در محل نقطه عطف بررسی می‌کنیم، باید برابر با d یا 12db در نظر گرفته شود.

همچنین در مواردی که آرماتور خمشی مثبت در تکیه‌گاه ساده به قلاب استاندارد یا وسایل مکانیکی معادل قلاب استاندارد که فراتر از محور تکیه‌گاه شروع شده باشد، ختم می‌شود، بررسی این رابطه ضروری نیست.

در تکیه‌گاه‌هایی که میلگرد خمشی مثبت در داخل بتن فشاری ناشی از عکس‌العمل فشاری تکیه‌گاه محصور شده باشد، مقدار Mr/Vu را در رابطه گفته شده در بالا می‌توان به اندازه یک سوم افزایش داد.

ضوابط خاص مهار میلگرد خمشی منفی

در ادامه ضوابط مهار آرماتور خمشی مثبت و منفی ، به ضوابط آرماتور منفی می‌رسیم.

• میلگرد خمشی منفی در: قطعات‌خمشی یکسره، قطعات‌خمشی گیردار، قطعات‌خمشی طره و تمامی قطعات قاب‌های پیوسته باید با یکی از روش‌های ضابطه زیر در تکیه‌گاه‌ها مهار شوند.

در تمامی قطعات بتن آرمه نیروهای کششی یا فشاری موجود در میلگردها در هر مقطع باید به وسیله مهار میلگردها در دو سمت آن مقطع به بتن منتقل شود. مهار میلگردها در بتن به 3 روش زیر و یا ترکیبی از این روش‌ها امکان‌پذیر است:

• پیوستگی موجود بین بتن و میلگرد در سطح جانبی میلگرد
• ایجاد قلاب استاندارد در انتهای میلگرد
• به‌کارگیری وسایل مکانیکی در طول میلگرد
• حداقل یک سوم میلگرد خمشی منفی موجود در تکیه‌گاه یک عضو خمشی باید تا محل نقطه عطف منحنی تغییر شکل عضو ادامه داده شده و از این محل به اندازه حداقل d، 12db و یک شانزدهم طول دهانه خالص، هر کدام که بزرگ‌تر است، فراتر برده شود.

برای اینکه با ریز به ریز نکات اجرای ساختمان آشنا شوید توصیه می‌کنیم آموزش اجرای ساختمان را از دست ندهید.

مسیر پیشنهادی مطالعه مقالات آکادمی عمران

مشاهده مسیر یادگیری