بدون دسته بندی

تیرآهن فوق سبک چیست؟ کاربردها، مزایا و معایب

تیرآهن فوق سبک چیست ؟ اخیرا برخی کارخانه های داخلی اقدام به تولید تیراهن های فوق سبک بخصوص در سایز های 14 و 16 کرده اند که به منظور صادرات هستند. حداقل وزن سایز 132 کیلوگرم و 16 نیز 168 کیلوگر است. استفاده از تیرآهن با وزن کمتر از استاندارد که در صنعت با اصطلاحات “فوق سبک” یا “زیر وزنی” شناخته می‌ شود در صنعت، یک تصمیم فنی-اقتصادی با مزایا و معایب مشخص است.

تیرآهن فوق سبک چیست

تیرآهنی که وزن واقعی آن کمتر از وزنی باشد که در جدولی موسوم به اشتال برای آن سایز درج شده است. اما جدول اشتال چیست؟ به صورت مختصر کتابی هست حاوی جداول وزن، ضخامت، مساحت سطح مقطع و سایر مشخصات استاندارد انواع مقاطع فولاد ساختمانی است.
علت تولید آن بدین دلیل است که معمولا به دلیل کاهش ضخامت بال (Flange) یا جان (Web) در حین نورد تولید می‌ شود تا کارخانه بتواند از هر شمش، تیرآهن بیشتری با طول بیشتر تولید کند و هزینه تمام‌ شده را کاهش دهد.

مشخصه اصلی تیرآهن فوق سبک

این تیرآهن‌ ها ظاهر یک سایز مشخص مثلا ۱۴ یا ۱۶ را دارند، اما ممان اینرسی (I) و مدول مقطع (W) آن ها که نشان‌ دهنده مقاومت خمشی است بسیار کمتر از مقدار استاندارد است.

کارایی‌ ها و کاربردهای احتمالی در صنعت

با توجه به معایب ذکر شده، کاربرد تیرآهن ‌فوق سبک در صنعت بسیار محدود، حاشیه‌ ای و پرخطر است و تنها در موارد خاص و با محاسبات دقیق مهندسی قابل استفاده است:

-سازه‌های موقت و سبک (غیرصنعتی)

• داربست‌ ها و شمع‌ بندی موقت: در پروژه‌ های ساختمانی که نیاز به تحمل بار سنگین دائمی نیست و ایمنی با نظارت مداوم تامین می‌شود.
• سازه‌ های پارچه‌ای یا کاور: برای اسکلت سوله‌ های موقت ذخیره‌سازی مصالح یا پوشش فضاهای باز که فقط باید وزن پوشش مثل پارچه برزنتی یا ساندویچ پانل فوق سبک را تحمل کنند.

-سازه‌ های غیرحساس با بار استاتیک پایین

• راه‌پله‌ ها و سکو های بازدید (Platforms): در کارخانه‌هایی که فقط افراد برای بازدید تردد می‌کنند و بار دینامیکی یا ضربه‌ای وجود ندارد (به شرط کاهش فاصله بین تکیه‌ گاه‌ ها).
• تیرهای مهار (Bracing): در جاهایی که تیرآهن نقش مهار جانبی برای سایر اعضا را دارد و بار مستقیم و سنگینی متحمل نمی‌ شود.

-تجهیزات داخلی (غیرسازه اصلی)

• سازه‌های سبک پشتیبان تسمه نقاله: در خطوط تولیدی با بار سبک و در دهانه‌های کوتاه (مثلا در صنایع بسته‌بندی یا مواد غذایی).
• ساخت قفسه‌ های سنگین صنعتی (Industrial Racks): برای انبار کردن کالاهای سبک مانند کارتن‌های خالی، اسباب‌آلات یا قطعات پلاستیکی که فشار عمودی زیادی به طبقات وارد نمی‌شود.

مزایای تیرآهن فوق سبک

• کاهش وزن مرده سازه: اگر سازه توسط جرثقیل حمل می‌ شود یا روی شالوده ضعیف بنا می‌شود، وزن کمتر می‌ تواند مفید باشد.
• صرفه‌ جویی در حمل و نقل: هزینه حمل بر اساس وزن محاسبه می‌شود.
• قیمت خرید کمتر: معمولا این محصولات ارزان‌ تر از تیرآهن‌ های استاندارد هستند. برای مشاهده قیمت تیرآهن امروز روی لینک آن بزنید!

معایب تیرآهن فوق سبک

استفاده از تیرآهن‌ های سبک‌ تر از استاندارد وزن اشتال برای سازه ‌های اصلی و باربر در صنعت، یک اقدام بسیار پرخطر است و به شدت توصیه نمی‌شود.

• کاهش چشمگیر ظرفیت باربری: یک تیرآهن ۱۴ که چند کیلو وزن کمتری دارد، ممکن است ظرفیت خمشی آن تا ۲۰ یا ۳۰ درصد کاهش یابد. این عدد برای سازه‌های صنعتی که ماشین‌آلات سنگین و لرزش دارند، بسیار خطرناک است.
• افزایش خیز (افتادگی): این تیرآهن‌ ها زیر بار، خیز بسیار بیشتری نسبت به نمونه استاندارد خواهند داشت که باعث کج شدن ریل‌ ها، جرثقیل‌ های سقفی و یا گیر کردن درب‌های کشویی می‌شود.
• ممنوعیت در نظارت فنی و نظام مهندسی: مهندس ناظر و مجری طرح موظف به اعمال ضرایب ایمنی هستند. استفاده از این محصولات در سازه‌های با سند رسمی، موجب ابطال پروانه ساختمانی و مسئولیت کیفری در صورت بروز حادثه می‌ شود.
• کمانش موضعی: بال و جان تیرآهن‌ های زیروزنی نازک‌ تر است، بنابراین در اثر فشارهای نقطه‌ ای، زودتر دچار کمانش یا چروکیدگی (Local Buckling) می‌شوند.

توصیه فنی

اگر در یک پروژه صنعتی هستید و به فکر استفاده از این نوع تیرآهن در سایز ۱۴ یا ۱۶ هستید، لطفا به این نکات توجه کنید:

به هیچ وجه از آن برای تیرهای اصلی سقف، تیرهای زیر جرثقیل سقفی (Crane Girder)، ستون ‌های اصلی یا ساختمان‌ های چند طبقه استفاده نکنید. این یک خطر جانی و مالی قطعی است.

اگر قصد استفاده در موارد فرعی مثل مهاربند یا سکوهای سبک را دارید، حتما نقشه‌ های سازه توسط یک مهندس محاسب مجرب بر اساس وزن واقعی تیرآهن (نه نام سایز آن) کنترل شود. فواصل بین ستون‌ها (دهانه‌ ها) را بسیار کوتاه تر در نظر بگیرید.

بهترین راه، استفاده از سایز کوچک‌ تر استاندارد به جای سایز بزرگ‌تر غیراستاندارد است. مثلاً به جای تیرآهن ۱۶ سبک‌وزن، از تیرآهن استاندارد سایز ۱۴ یا حتی ۱۲ استفاده کنید. آن هم وزن کمتری دارد، هم مقاومت واقعی و قابل محاسبه ‌ای دارد.

زنگ آهن چیست

زنگ آهن چیست ؟

زنگ آهن یا (Rust) به زبان ساده : هنگامی که آهن در تماس با آب و اکسیژن قرار می گیرد، زنگ می زند. اگر در محیط نمک وجود داشته باشد، به عنوان مثال آب دریا در نتیجه واکنش های الکتروشیمیایی، آهن تمایل بیشتری به خوردگی یا اکسید شدن پیدا می کند.

زنگ آهن نامی مرسوم برای ترکیب علمی اکسید آهن با فرمول شیمیایی Fe2O3 است. در فرایند این رویداد الکتروشیمیایی واکنش اکسایش کاهش اتفاق می افتد که در آن آهن کاهنده و اکسیژن اکسنده است. این واکنش سریع نبوده و طول زمان اتفاق می افتد. برای مثال وقتی میلگرد در فضای باز و جلوی ساختمان ریخته می شود، هوا و رطوبت سبب ایجاد لایه ای زرد رنگ روی این مقطع فولادی می شود.

چه عواملی باعث زنگ زدن آهن می شود؟

برای این که آهن اکسید شود به سه ماده نیاز است: آهن، آب و اکسیژن.
با افتادن یک قطره آب بر روی اشیای آهنی فورا دو اتفاق می افتد. نخست آن که آب به عنوان یک الکترولیت خوب با دی اکسیدکربن موجود در هوا واکنش داده و اسید کربنیک که یک اسید ضعیف است تشکیل می شود. اسید کربنیک نسبت به آب، الکترولیت بهتری است. پس از تشکیل اسید و حل شدن آهن در آن، ملکول های آب به اجزای سازنده آن یعنی اکسیژن و هیدروژن تبدیل می شوند. اکسیژن آزاد و آهن حل شده با هم پیوند داده و اکسید آهن را تشکیل می دهند . بنابر این در هوای خشک که مولکول های آب بسیار کم هستند و در آب که مولکول های دی اکسید کربن وجود ندارند یا بسیار کم هستند. این فرایند اکسیداسیون با سرعت پایین تری انجام می گیرد. وقتی آهن با آب و اکسیژن تماس پیدا کند زنگ می‌زند، وجود محلول‌های الکترولیت نیز سرعت زنگ زدن آهن را بسیار افزایش می‌دهد. وقتی فلزی خورده می شود، الکترولیت به تولید اکسیژن در آند کمک می کند. سپس اکسیژن با فلز ترکیب شده و الکترون آزاد می شود.

پودر اکسید آهن

عوامل موثر در زنگ زدن آهن

• رطوبت
• ضخامت
• حرارت
• زمان

چگونه از زنگ زدن آهن جلوگیری کنیم

روش های متعددی برای پوشش دهی سطح آهن آلات وجود دارد که از اکسیداسیون جلوگیری و یا آن را به تاخیر می اندازد که در زیر به برخی از آن ها اشاره شده است:

• پوشش های رنگها و جلاها
با استفاده ‌از رنگها بصورت آستر و رویه ، می‌‌توان ارتباط فلزات را با محیط تا اندازه‌ای قطع کرد و در نتیجه موجب محافظت محصولات فلزی شد. به روشهای ساده‌ای می‌‌توان رنگها را بروی فلزات ثابت کرد که می‌‌توان روش پاششی را نام برد. به کمک روشهای رنگ‌دهی ، می‌‌توان ضخامت معینی از رنگها را روی تاسیسات فلزی قرار داد. آخرین پدیده در صنایع رنگ سازی ساخت رنگهای الکتروستاتیک است که به میدان الکتریکی پاسخ می‌‌دهند و به ‌این ترتیب می‌توان از پراکندگی و تلف شدن رنگ جلوگیری کرد.

• پوشش های فسفاتی و کروماتی
این پوششها که پوششهای تبدیلی نامیده می‌‌شوند، پوششهایی هستند که ‌از خود فلز ایجاد می‌‌شوند. فسفاتها و کروماتها نامحلول‌اند. با استفاده ‌از محلولهای معینی مثل اسید سولفوریک با مقدار معینی از نمکهای فسفات ، قسمت سطحی قطعات فلزی را تبدیل به فسفات یا کرومات آن فلز می‌‌کنند و در نتیجه ، به سطح قطعه فلز چسبیده و بعنوان پوششهای محافظ در محیط‌های خنثی می‌‌توانند کارایی داشته باشند. این پوششها بیشتر به ‌این دلیل فراهم می‌‌شوند که ‌از روی آنها بتوان پوششهای رنگ را بر روی قطعات فلزی بکار برد. پس پوششهای فسفاتی ، کروماتی ، بعنوان آستر نیز در قطعات صنعتی می‌‌توانند عمل کنند؛ چرا که وجود این پوشش ، ارتباط رنگ با قطعه را محکم‌تر می‌‌سازد. رنگ کم و بیش دارای تحلخل است و اگر خوب فراهم نشود، نمی‌‌تواند از خوردگی جلوگیری کند.

• پوشش های اکسید فلزات
اکسید برخی فلزات بر روی خود فلزات ، از خوردگی جلوگیری می‌‌کند. بعنوان مثال ، می‌‌توان تحت عوامل کنترل شده ، لایه‌ای از اکسید آلومینیوم بر روی آلومینیوم نشاند. اکسید آلومینیوم رنگ خوبی دارد و اکسید آن به سطح فلز می‌‌چسبد و باعث می‌‌شود که ‌اتمسفر به‌ آن اثر نکرده و مقاومت خوبی در مقابل خوردگی داشته باشد. همچنین اکسید آلومینیوم رنگ‌پذیر است و می‌‌توان با الکترولیز و غوطه‌وری ، آن را رنگ کرد. اکسید آلومینیوم دارای تخلخل و حفره‌های شش وجهی است که با الکترولیز ، رنگ در این حفره‌ها قرار می‌‌گیرد. همچنین با پدیده ‌الکترولیز ، آهن را به ‌اکسید آهن سیاه رنگ (البته بصورت کنترل شده) تبدیل می‌‌کنند که مقاوم در برابر خوردگی است که به آن “سیاه‌کاری آهن یا فولاد” می‌‌گویند که در قطعات یدکی ماشین دیده می‌‌شود.

میلگرد ساده زنگ زده

• پوشش های گالوانیزه
گالوانیزه کردن (Galvanizing) ، پوشش دادن آهن و فولاد با روی است. گالوانیزه ، بطرق مختلف انجام می‌‌گیرد که یکی از این طرق ، آبکاری با برق است. در آبکاری با برق ، قطعه‌ای که می‌‌خواهیم گالوانیزه کنیم، کاتد الکترولیز را تشکیل می‌‌دهد و فلز روی در آند قرار می‌‌گیرد. یکی دیگر از روشهای گالوانیزه ، استفاده ‌از فلز مذاب یا روی مذاب است. روی دارای نقطه ذوب پایینی است. در گالوانیزه با روی مذاب آن را بصورت مذاب در حمام مورد استفاده قرار می‌‌دهند و با استفاده ‌از غوطه‌ور سازی فلز در روی مذاب ، لایه‌ای از روی در سطح فلز تشکیل می‌‌شود که به ‌این پدیده ، غوطه‌وری داغ (Hot dip galvanizing) می‌گویند. لوله‌های گالوانیزه در ساخت قطعات مختلف ، در لوله کشی منازل و آبرسانی و … مورد استفاده قرار می‌‌گیرند.

• پوشش های قلع
قلع از فلزاتی است که ذاتا براحتی اکسید می‌‌شود و از طریق ایجاد اکسید در مقابل اتمسفر مقاوم می‌‌شود و در محیطهای بسیار خورنده مثل اسیدها و نمکها و … بخوبی پایداری می‌‌کند. به همین دلیل در موارد حساس که خوردگی قابل کنترل نیست، از قطعات قلع یا پوششهای قلع استفاده می‌‌شود. مصرف زیاد این نوع پوششها ، در صنعت کنسروسازی می‌‌باشد که بر روی ظروف آهنی این پوششها را قرار می‌‌دهند.

• پوشش های کادمیم
این پوششها بر روی فولاد از طریق آبگیری انجام می‌‌گیرد. معمولا پیچ و مهره‌های فولادی با این فلز ، روکش داده می‌‌شوند. روکش کادمیم مخافظ خوبی برای کالاهای آهنی و فولادی در برابر زنگ زدگی و فسادتدریجی در اثر هوا می باشد. روکش کادمیم بیشتر قسمت های اساسی هواپیماها و کشتی ها و کالاهایی که در آب و هوای گرمسیری مصرف دارد، به کار برده می شود. پوشش های کادمیم مخصوصا در محیط های طبیعی موثرند. مقاومت این پوشش ها در مقابل فساد تدریجی در مناطق روستایی بیشتر از مناطق صنعتی است.