استیفنر چیست و چه کاربردی در قالب بندی ستون دارد؟

علت استفاده از سخت کننده

در تیرهای فولادی، قسمت جان تیر (بخشی که بین بال‌ها قرار دارد) بیشترین حساسیت را نسبت به نیروهای برشی دارد. از آنجا که جان تیرها به صورت ورق های نازک تولید می‌شوند و تیرها ارتفاع بالایی دارند، احتمال کمانش (خم شدن) جان تیر بسیار زیاد است. گرچه می‌توان این مشکل را با افزایش ضخامت جان تیر حل کرد، اما این کار به طور قابل توجهی وزن کل تیر را افزایش می‌دهد و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست.

به همین دلیل، به جای افزایش ضخامت، از سخت کننده‌ها یا استیفنرها در فواصل مشخص در داخل جان تیر استفاده می‌شود تا تقویت کننده‌های موثری ایجاد گردد. این راهکار باعث می‌شود که تیر در برابر نیروهای برشی مقاوم‌تر شود، از کمانش جان جلوگیری گردد و در عین حال وزن و هزینه اضافه کاهش یابد.

نصب سخت کننده‌ها در تیر باعث افزایش ممان اینرسی آن می‌شود. ممان اینرسی معیاری برای مقاومت یک سازه در برابر انحنا و چرخش است؛ بنابراین افزایش آن به معنای افزایش صلبیت تیر و کاهش احتمال چرخش یا کمانش در هنگام اعمال بار است. به عبارت دیگر، با استفاده از سخت کننده‌ها، تیر می‌تواند بارهای خمشی و برشی بیشتری را تحمل کند، که در نتیجه ظرفیت باربری تیر بهبود یافته و از خرابی آن در شرایط بارگذاری شدید جلوگیری می‌شود.

سخت کننده‌ها به دو دسته تقسیم می‌شوند:

• سخت کننده‌های طولی: تقویت کننده‌هایی که در امتداد طول تیر قرار گرفته و مقاومت خمشی و برشی را افزایش می‌دهند.
• سخت کننده‌های عرضی: تقویت کننده‌هایی که عمود بر طول تیر قرار می‌گیرند و از کمانش جان جلوگیری می‌کنند.

کاربردهای استیفنر 

استیفنرها برای انجام یک یا هر دو مورد زیر استفاده می‌شوند:

1. جلوگیری از کمانش موضعی
2. اتصال براکت‌ها یا تیرهای عرضی

یکی از کاربردهای اصلی استیفنرها، کنترل کمانش موضعی است. کمانش موضعی زمانی رخ می‌دهد که یک مقطع نازک تحت فشار یا برش قرار گیرد و دچار تغییر شکل های غیرمجاز شود. در تیرهای پل، بخش عمودی تیر به دلیل نازکی و قرار گرفتن در معرض بارهای فشاری یا برشی، ممکن است دچار کمانش شود.

در مقابل، فلنج‌ها معمولا ضخامت بیشتری دارند و مقاوم‌تر در برابر کمانش هستند. کمانش می‌تواند به دلیل فشارهای عرضی، مانند واکنش های تحمل بار، یا فشارهای طولی ناشی از خمش یا حتی نیروی برشی رخ دهد. در این شرایط، افزودن یک استیفنر کوچک به مقطع نازک می‌تواند مقاومت آن را در برابر کمانش به طور قابل توجهی افزایش دهد و از تغییر شکل های غیرمجاز جلوگیری کند.

کاربرد دیگر استیفنرها، اتصال براکت‌ها و تیرهای عرضی است. با اتصال براکت‌ها به سخت کننده‌ها، می‌توان تیرهای فلزی را به راحتی به هم وصل کرد. به همین دلیل، معمولا موقعیت استیفنرها با موقعیت براکت‌ها هم راستا می‌شود. در سازه های نردبانی یا خرپایی، تیرهای عرضی می‌توانند مستقیما به استیفنرهای تیرهای اصلی متصل شوند، به طوری که فاصله استیفنرها با تیرهای عرضی همخوانی داشته باشد. در پل‌های چند تیر نیز، اعضای تقویتی عرضی معمولا به استیفنرهای تیرهای اصلی متصل می‌شوند تا فاصله استیفنرها با براکت‌ها هم راستا شود. این اتصالات به تقویت سازه و انتقال نیروهای وارده کمک می‌کند.