ممکن است تا کنون نام انواع تکیه گاه در سازه های بتنی را به وفور شنیده باشید اما درباره آن و انواع و اقسام تکیه گاه ها اطلاعات خاصی نداشته باشید. نام تکیه گاه در مهندسی عمران به وفور شنیده می شود. تمام تیرها و ستون هایی که در سازه های مهندسی استفاده می شوند، به یک نقطه تکیه داده اند و هم چنین تکیه آن ها نوع های مختلف خاص خود را دارد. انواع تکیه گاه بر اساس شرایط سازه و المان سازه ای انتخاب می شود و نمی توان برای هر قسمت از سازه بدون بررسی و محاسبات، تکیه گاهی در نظر گرفت. در این مقاله از رادیاب قصد داریم تا به بررسی انواع تکیه گاه در سازه های بتنی بپردازیم و در این باره اطلاعات بسیار مهمی را در اختیار شما عزیزان قرار دهیم. بنابراین برای کسب اطلاعات بیشتر تا انتهای این مطلب با ما همراه باشید.  

تکیه گاه چیست؟

همان گونه که می دانید، دنیای ما بر پایه علوم مختلفی مانند فیزیک بنا شده است و هر چیزی در این دنیا یک دلیل علمی دارد. تمامی جسم هایی که در دنیا و در اطراف خود می بینید، به یک نقطه یا یک جسم بزرگ تر و یا کوچکتر از خود تکیه داده است.   اگر غیر از این بود تمامی اجسام موجود به صورت شناور بر روی زمین وجود داشت. به عنوان مثال می توان بیان کرد که صندلی ای که اکنون بر روی آن نشسته اید از طریق چهار پایه به هم پیوسته یا مجزا به زمین یا کف خانه تان تکیه داده است.   تمام سازه هایی که بر روی زمین طراحی و ساخته می شوند، به زمین تکیه داده اند در واقع از همه ساختمان ها و بناهای مختلف از طریق فونداسیون به زمین تکیه داده اند. بنابراین می توان اذعان داشت که تکیه گاه، محل اتصال هر جسم به محیط اطراف آن خواهد بود.   حال سوالی که بارها در دروس مختلف دانشگاهی و دروس دوره متوسطه مطرح شده بود، این است که تکیه گاه ها چه نیروهایی را به جسم وارد می کنند؟!   برای پاسخ به این سوال اشاره می کنیم که تکیه گاه ها بیشتر نیروی عکس العمل تکیه گاهی را به اجسام وارد می کنند. یعنی اگر شما به یک دیوار تکیه دهید، نیرویی که به شما وار می شود، نیروی عکس العمل است! برای آن که درک بهتری از نیروهای تکیه گاهی داشته باشید، بهتر است بیان کنیم که یک میله را در نظر بگیرید که در دو جهت افقی و عمودی بر روی زمین ثابت مانده است و توانایی جابه جایی ندارد.   تکیه گاه آن (زمین) می تواند دو نیروی افقی و عمودی وارد نماید تا بدین ترتیب از جابه جایی این میله جلویگری به عمل آورد. از طرفی این میله در اثر وزش باد و طوفان باز هم بصورت عمود بر زمین باقی خواهد ماند و هرگز کج نخواهد شد. این موضوع بدان معناست که میله مورد نظر  توانایی دوران و چرخیدن را نیز ندارد، به دلیل آن که تکیه گاهش می تواند یک گشتاور برای مخالفت با چرخش وارد نماید! حال که درباره تکیه و اثر آن اطلاعاتی را کسب کرده اید، بهتر است که به سراغ تکیه گاه در اجرای وال پست در اسکلت بتنی و فلزی و انواع آن برویم.

 

سازه های بتنی و تکیه گاه های آن

همیشه بخش تحلیل سازه یکی از مهم ترین و اساسی ترین مباحث در مهندسی عمران بود. حال با این دید کلی می توان بیان نمود که تکیه‌ گاه‌ ها بخش مهمی از مدل ها در تحلیل سازه ها یا آنالیز سازه ها به حساب می آیند. بنابراین بسیار لازم و ضروری می باشد که شما عزیزان به عنوان دانشجویان عمران یا مهندسان، تفاوت تکیه گاه ها را با یک دیگر درک کرده و درباره آن ها اطلاعات جامعی داشته باشید.   به دلیل آن که تکیه گاه ها در مدل سازی و بروز خطا در مدل ها نقش دارند. این موضوع می ‌تواند به نتایج نادرستی منجر شود، به ‌گونه ای که وضعیت واقعی به درستی شبیه سازی نخواهد شد. در تمام سازه های بتنی و فولادی از تکیه گاه ها استفاده می شود.  برای این که یک سازه، تحت تأثیر نیروهای خارجی و یا وزن خود هیچ گونه حرکتی از خود نشان ندهد و ثابت و فیکس بر سر جایش باقی بماند، باید توسط قیدهایی به محیط مورد نظر (زمین یا هر جسم دیگر) متصل گردد.   این قید ها همان تکیه گاه هایی هستند که در سازه های مختلف از آن ها استفاده می شود. در واقع لازم به ذکر است که انواع تکیه گاه در سازه های بتنی و فولادی بر حسب قیدهایی که در برابر حرکت ایجاد می کنند، به انواع بسیار مختلفی تقسیم بندی می شوند که در زیر به آن ها اشاره خواهیم کرد:  

• تکیه گاه لولایی
• تکیه گاه غلتکی
• تکیه گاه گیردار
• تکیه گاه فنری
• تکیه گاه میله ای و ...

  در سازه های بتنی به طور قطع بنا به دلایل مختلفی مانند شرایط سازه و بتن ریزی، از تمام این تکیه گاه ها نمی توان بهره برد. در واقع در سازه های بتنی می توان تکیه گاه های زیر را طراحی و اجرا نمود:  

• تکیه گاه های لولایی در سازه های بتنی

به صورت کلی یکی از انواع تکیه گاه ها، تکیه گاه های لولایی هستند که از آن ها در تفاوت های سازه های فلزی و بتنی نیز استفاده می شود. تکیه گاه های لولایی از تغییر مکان نقطه تکیه گاهی جلوگیری به عمل می آورند اما با این وجود در برابر دوران سازه هیچ مقاومتی از خود نشان نخواهند داد. بنابراین اگر یک سازه به این نوع تکیه گاه متصل گردد، در مقابل چرخش آن حول محورهای پایه، هیچ گونه گشتاور واکنشی درست نمی شود و فقط دو امتداد حرکت در صفحه محدود می گردد، این موضوع بدان معناست که دو مولفه تکیه گاهی در محاسبات خود خواهیم داشت از جمله نکات بسیار مهم و اساسی که باید بدانید، می توان به موارد زیر اشاره داشت:

• در تکیه گاه های لولایی لبه ستون به واسطه پیچ و مهره به تیر کناری اتصال یافته اند.
• تکیه گاه لولایی در راستای عمودی و افقی قابلیت جا به جایی نخواهد داشت ولی نسبت به دوران از خود مقاومتی نشان نمی دهد، یعنی به دلیل امکان خم شدن تیر و ستون می تواند دوران را داشته باشد.
• تکیه گاه لولایی از تغییر مکان نقطه تکیه گاهی در صفحه یا فضا جلوگیری خواهد کرد و در برابر دوران حول محورهای تکیه گاه از خود مقاومتی نشان نخواهد داد.

بنابراین تمام سازه هایی که به تکیه گاه های لولایی متصل می گردند، در برابر چرخش تکیه گاه حول محورهای پایه هیچ لنگر واکنشی را به وجود نخواهند آورد.  

• تکیه گاه های گیردار در سازه های بتنی

یکی دیگر از تکیه گاه های رایجی که در سازه های بتنی وجود دارد، تکیه گاه گیردار می باشد. این تکیه گاه همان گونه که از نامش مشخص است، سبب گیر داری جسم مورد نظر یا تیر مورد نظر می شود. در واقع می توان اذعان داشت که در تکیه گاه گیر دار از حرکت نقطه تکیه گاهی در جهت محورهای x و y جلوگیری خواهد شد و به علاوه این شرایط یعنی گیر دار بودن سبب دوران جسم مورد نظر حول نقطه تکیه می شود.   در واقع با استفاده از این تکیه گاه سه مولفه تکیه گاهی قابل بررسی و محاسبه است.  می توان اذعان داشت که در این تکیه گاه صفحه مورد نظر به واسطه پیچ و مهره به یک پایه بتنی که در عمق زمین وجود دارد، اتصال می یابد. لازم به ذکر است که دیرک فلزی در این وضعیت خاص نمی تواند حرکت انتقالی یا دورانی از خود نشان دهد.   در کل در بیشتر سازه های بتنی، تکیه گاه ها از نوع گیردار می باشند به دلیل آن که بتن ریزی تیر و ستون ها با یک دیگر انجام می شود و همین وضعیت سبب می گردد تا تکیه گاه های گیرداری در محل اتصال تیر و ستون به وجود بیاید. در برخی از موارد نیز طراح با توجه به شرایط خاص سازه و نیاز هایی که از سازه انتظار دارد، تکیه گاه ها را به صورت های دیگر نیز طراحی می نماید.  

• تکیه گاه های غلتکی در سازه های بتنی

باید بیان کرد که تکیه گاه های غلتکی نیز یکی از انواع تکیه گاه ها در سازه های بتنی به شمار می آیند و شباهت های به خصوصی با تکیه گاه لولایی دارد. البته در کنار این شباهت ها، تفاوت هایی نیز با یک دیگر خواهند داشت. می توان بیان کرد که تفاوت تکیه گاه غلتکی و لولایی در این است که تکیه گاه غلتکی از درجه آزادی بیشتری برخوردار می باشد.   این نوع تکیه گاه دارای حرکت پایه در جهت حرکت غلتک ها می باشد که همین موضوع سبب به وجود آمدن درجه آزادی بیشتر می شود. نکته بسیار مهمی که باید بدانید، این است که حرکت در این تکیه گاه تنها در یک امتداد محدود می باشد و به این ترتیب واکنش تکیه گاهی به وجود آمده در جهتی خواهد بود که از حرکت پایه در جهت آن جلوگیری به عمل آورد. این واکنش بر امتداد قابل حرکت تکیه گاه قائم خواهد بود و هم چنین باید اشاره شود که از مرکز مفصل نیز گذر می نماید.  

تکیه گاه ها و طراحی تیر در سازه ها

تیرها یکی از مهم ترین المان های سازه ای سازه به حساب می آیند که در انتقال بار سازه به فونداسیون نقش بسیار مهمی را ایفا می کنند و طراحی تیر ها و انتخاب تکیه گاه مناسب برای آن ها یکی از مواردی است که همیشه مهندسین سازه را با چالش های فراوانی مواجه می نماید.   نکته بسیار مهمی که باید بدانید، این است که در طراحی های مهندسی که برای سازه ها انجام می گیرد، باید به وسیله مدل سازی های مختلف طراحی مورد نظر را به مدل های مناسب تشبیه کرد تا بدین صورت بتوان تحلیل و بررسی سازه ای را بر روی آن ها انجام داد.   در واقع مدل هایی که برای بررسی و تحلیل به کار برده می شوند، باید از سادگی کافی برخوردار بوده تا بدین ترتیب بتوان برای آن ها تحلیل و بررسی های لازم ریاضی را انجام داد و به نتایج مطلوبی رسید. هم چنین شایان به ذکر است که این مدل ها علاوه بر سادگی باید به اندازه ای پیچیده باشند که بتوانند رفتار واقعی سازه را با دقت بسیار بالایی نمایش بدهند تا بدین ترتیب مهندسان سازه در تحلیل آن ها دچار مشکل نشوند و بتوانند طراحی مناسبی از المان های سازه ای سازه داشته باشند.   اما در میان تمام توضیحاتی که در بالا ذکر کرده ایم، باید اشاره شود که تمام مدل ‌ها بیانگر رفتار تقریبی سازه ‌های واقعی هستند و هرگز نمی توان بیان کرد این مدل دقیقا رفتار و عملکرد یک سازه واقعی را دارد. هر چیزی که برای طراحی با آن سر و کار داریم، تقریبا به سازه واقعی شبیه است.   به عنوان مثال می توان اشاره داشت که تکیه ‌گاه‌ هایی که در عالم واقعیت برای سازه ها به کار برده می شوند، هرگز به صورت کاملا صلب نمی باشند و همیشه مقدار کمی حرکت انتقالی در تکیه‌ گاه ‌های لولایی و مقدار کمی دوران در تکیه ‌گاه‌ های گیردار نیز وجود خواهد داشت!   علاوه بر موارد و توضیحات ذکر شده، در دنیای واقعی میزان اصطکاک همیشه صفر نیست! بنابراین به طور قطع مقدار کمی نیروی عکس ‌العمل در برابر حرکت انتقالی تکیه ‌گاه ‌های غلتکی نیز به وجود خواهد آمد. در بیشتر موارد به علاوه در تیرهای معین استاتیکی، ساده‌ سازی شرایط واقعی یعنی همان شرایط موجود برای سازه، تأثیر بسیار کمی بر روی نتایج تحلیل و بررسی خواهد گذاشت! به همین دلیل است که در این موارد می توان با اطمینان خاطر از خطای محاسبات صرف نظر نماییم.   سخن پایانی: طراحی مقاوم سازی ستون بتنی با الیاف کربن، پیچیدگی های خاص خود را دارد و به هیچ عنوان ساده نیست. یکی از موضوعاتی که در طراحی سازه های بتنی به خصوص طراحی تیرها و ستون ها مطرح می شود، تکیه گاه های سازه های بتنی هستند. در واقع در این مطلب سعی شد به بررسی تکیه گاه های سازه بتنی بپردازیم.