مشاوره رایگان
لطفا فرم زیر را تکمیل بفرمایید.
در اجرای سازههای بتنی، طول میلگرد برای عضو سازهای اغلب محدود است و به همین دلیل لازم است دو یا چند میلگرد به یکدیگر متصل شوند تا طول مؤثر آنها افزایش یابد. برای این منظور، میلگردها به کمک روشهای مختلف وصله میشوند.
اتصال میلگردها یکی از مراحل کلیدی در اجرای سازههای بتنی است و باید به گونهای انجام شود که نیروهای کششی و فشاری بهطور یکنواخت از یک میلگرد به میلگرد دیگر منتقل شده و پیوستگی مکانیکی و مقاومتی سازه حفظ شود. کیفیت این اتصالات نقش بسیار مهمی در عملکرد سازه، انتقال نیرو و تضمین ایمنی آن دارد. هدف از وصله کردن میلگرد، افزایش طول آنها و ایجاد اتصالات محکم است تا بارها و فشارها بهصورت مؤثر از یک میلگرد به میلگرد دیگر منتقل شوند. بنابراین، اجرای صحیح وصله میلگرد فرآیندی حیاتی در مهندسی عمران و ساختمان محسوب میشود.
برای اتصال میلگردها به یکدیگر، چهار نوع اصلی وصله وجود دارد:
در بین این روشها، وصله پوششی یا اورلپ بیشترین کاربرد را دارد. به عنوان مثال، در سازههای بتن مسلح، آرماتورهای انتظار در فونداسیون با آرماتورهای ستون به صورت اورلپ به هم متصل میشوند تا طول مؤثر آرماتورها افزایش یافته و پیوستگی سازه تضمین شود.
وصله پوششی یا اورلپ (Overlap Splice) متداولترین روش اتصال آرماتورهای طولی در اعضای بتنآرمه است و بر مبنای انتقال تنش از طریق پیوستگی بین بتن و میلگرد عمل میکند. در این روش، دو میلگرد در طولی مشخص بهصورت موازی و در تماس با یکدیگر یا با فاصلهای اندک قرار گرفته و بهوسیلهی مفتول یا بستهای مناسب و یا جوشکاری در وضعیت ثابت نگه داشته میشوند. این طول همپوشانی که بهعنوان طول وصله شناخته میشود، باید بهگونهای تعیین شود که ظرفیت انتقال تنشهای کششی یا فشاری میلگرد بدون کاهش مقاومت تأمین گردد.
در وصله پوششی، انتقال نیروهای کششی یا فشاری بین بتن و آرماتورها توسط چسبندگی و گیرایی بین بتن و میلگرد انجام میشود. این پیوستگی بین بتن و آرماتور به عواملی مانند چسبندگی شیمیایی بین سطح میلگرد و بتن، اصطکاک ایجادشده میان آجهای میلگرد و بتن و مهار مکانیکی مانند قلابدار بودن میلگرد بستگی دارد. در میان این عوامل، گیرایی مکانیکی بین آج میلگرد و بتن مهمترین نقش را در انتقال نیرو دارد.
برای اطمینان از عملکرد مناسب وصله پوششی، آزمایشهایی جهت سنجش بیشترین تنش پیوستگی و میزان انتقال نیرو از بتن به میلگرد انجام میشود. از مهمترین این آزمایشها میتوان به آزمایش بیرونکشیدگی و آزمایش میلگرد درگیر در بتن اشاره کرد.
وصله پوششی بر اساس نحوه قرارگیری میلگردها نسبت به یکدیگر، در دو حالت تماسی و غیرتماسی قابل اجرا است:
در اجرای وصله پوششی، یکی از اصول مهم، پاک و سالم بودن میلگردها است. میلگردهای مورد استفاده باید عاری از زنگزدگی، چربی، گلولای یا روغن باشند تا پیوستگی بتن و فولاد در ناحیه وصله مختل نشود. پس از همتراز کردن میلگردها، آنها باید توسط سیمهای آرماتوربندی بسته شوند تا از جابهجایی احتمالی در هنگام بتنریزی جلوگیری شود. در برخی موارد محدود نیز اتصال با جوش انجام میشود، اما در هر صورت باید از کیفیت اتصال اطمینان حاصل شود تا نقص در محل وصله، باعث کاهش ظرفیت عضو سازهای نشود. بعد از جایگذاری کامل میلگردها، اسپیسر در محل خود قرار گرفته و قالب بتن بسته میشود.
طبق مقررات ملی ساختمان (مبحث نهم)، استفاده از وصله پوششی دارای ضوابط اجرایی مشخصی است که رعایت آنها ضروری است. مطابق این آیین نامه موارد مجاز برای استفاده از وصله پوششی عبارتند از:
در خصوص وصله پوششی غیرتماسی در اعضای خمشی، ضابطه بسیار مهمی وجود دارد: فاصله افقی مرکز به مرکز میلگردهای وصلهشونده نباید از یکی از دو مقدار ( یک پنجم طول وصله و ۱۵۰ میلیمتر) بیشتر شود. این محدودیت تضمین میکند که بتن بین میلگردها از تراکم و مهار جانبی کافی برخوردار باشد و نواحی پیوستگی میلگردها بتوانند در طول وصله با یکدیگر تعامل نمایند تا انتقال تنش مؤثر و بدون ایجاد ترکهای موضعی انجام شود.
طول وصله پوششی میلگرد آجدار و سیم اجدار در کشش و فشار نباید از ۳۰۰ میلیمتر کمتر باشد. مطابق بند ۹-۲۱-۴-۵ مقررات ملی ساختمان ویرایش ۹۹، طول وصله پوششی میلگرد اجدار در کشش به صورت زیر است:
طول وصله پوششی میلگردهای اجدار و سیمهای اجدار در کشش در حالت کلی باید برابر ۱.۳ طول گیرایی (طول مهاری) باشد. در صورت تأمین دو شرط زیر میتوان آن را برابر با طول گیرایی در نظر گرفت:
طول وصله پوششی میلگردهای آجدار در فشار برای میلگردهای با قطر کوچکتر یا مساوی ۳۴ میلیمتر مطابق بند ۹-۲۱-۴-۵ طبق رابطههای زیر محاسبه میشود:
در این روابط db، قطر میلگرد و fy تنش تسلیم میلگرد می باشد.
وصله پوششی سریع و ساده بوده و اجرای آن مقرونبهصرفه است و نیاز به تجهیزات خاص یا مهارت ویژه ندارد. اما در دارای معایبی نیز میباشد از جمله:
وصله مکانیکی یا کوپلینگ، روشی پیشرفته و مهندسیشده برای اتصال میلگردها به یکدیگر است که در آن انتقال نیرو از طریق یک اتصال مکانیکی مستقل به نام کوپلر انجام میشود. این نوع وصله با استفاده از تجهیزات و ابزارهای مکانیکی مخصوص اجرا شده و زمانی به کار میرود که به دلایلی مانند تراکم زیاد شبکه آرماتور، محدودیت فضا یا استفاده از میلگردهای با قطر بالا، امکان اجرای وصله پوششی وجود نداشته باشد یا از نظر فنی توصیه نشود.
در وصله مکانیکی، انتقال نیرو معمولاً به وسیله تماس رزوهای، اصطکاکی یا قفلشوندگی مکانیکی بین میلگرد و کوپلر صورت میگیرد که موجب ایجاد اتصال مستقیم و پایدار میشود. استفاده از این روش باعث افزایش کیفیت انتقال نیرو، کاهش وابستگی عملکرد اتصال به بتن اطراف و کنترل دقیقتر رفتار سازه میشود. به همین دلیل، وصله مکانیکی بهویژه در اعضای بحرانی سازه، مناطق با لرزهخیزی بالا و محلهایی که دقت اجرایی اهمیت ویژهای دارد، کاربرد گستردهای پیدا کرده است.
وصلههای مکانیکی بر اساس نیرویی که باید تحمل کنند به دستههای زیر تقسیم میشوند:
علاوه بر طبقهبندی بر اساس نوع نیرو، وصلههای مکانیکی از نظر نحوه اتصال و عملکرد مکانیکی نیز شامل انواع مختلفی هستند، از جمله:
هر یک از این کوپلرها بسته به شرایط اجرایی، قطر میلگرد، نوع بار و محدودیت فضا در پروژه انتخاب میشوند.
معمولاً برای وصله مکانیکی از کوپلر استفاده میشود که سبکتر و دقیقتر از وصلههای دیگر است. کوپلرها باید همراستا و بدون خروج از مرکز نصب شوند. از وصله مکانیکی زمانی استفاده میشود که آییننامه اجازه استفاده از وصله پوششی برای میلگردهای با قطر بالا را نمیدهد، یا شرایط اجرایی اجازه وصله پوششی را نمیدهد. وصله مکانیکی زمانی کاربرد دارد که میلگردها دارای قطر بالا باشند، میلگردهای انتظار طول کافی برای اجرای وصله پوششی نداشته باشند، فاصله لازم برای وصله پوششی در بین میلگردها فراهم نباشد یا طول میلگردها بیش از ۳۰۵ سانتیمتر باشد. نکات اجرایی وصله مکانیکی شامل موارد زیر است:
وصله مکانیکی یکی از روشهای پیشرفته اتصال میلگردها است که به دلیل دوام و عملکرد بالای خود، کاربرد گستردهای در سازههای بتنی پیدا کرده است. از مهمترین مزایای آن میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
با وجود تمام مزایایی که وصله مکانیکی میلگرد دارد اما اجرای آن نسبت به وصله پوششی نیازمند دقت و تجهیزات خاص است و ممکن است محدودیتهای اجرایی ایجاد کند، بنابراین نیاز به کنترل کیفی دقیق دارد.
ظرفیت انتقال نیرو در وصله اتکایی کمتر از وصله مکانیکی است و معمولاً در مقاطع غیر بحرانی با بارگذاری کمتر مورد استفاده قرار میگیرد. مطابق مبحث ۹ مقررات ملی ساختمان، برای میلگردهایی که تنها تحت نیروی فشاری قرار دارند، انتقال فشار به صورت اتکایی بین دو میلگرد در انتهای برش داده شده و عمود بر امتداد میلگردها مجاز است. دو میلگرد وصله شده باید به روش مناسب، مانند استفاده از طوقه گوهدار، به صورت هممحور نگه داشته شوند.
وصله اتکایی سریع و ساده اجرا میشود و نیاز به تجهیزات پیچیده ندارد، اقتصادی است و برای فضاهای محدود مناسب است. اما استحکام آن کمتر از سایر روشها مانند وصله مکانیکی است و برای عملکرد صحیح، دقت بالای نصب الزامی است. همچنین محل وصله دراین روش مستعد تمرکز تنش است و بیشتر برای مقاطع غیر بحرانی مناسب است.
وصله جوشی یکی از روشهای اتصال میلگردها است که در آن انتقال نیرو از طریق جوشکاری بین دو میلگرد، بهصورت مستقیم یا با استفاده از ورقها و قطعات واسطه انجام میشود. در این روش، دو میلگرد به یکدیگر جوش داده میشوند تا پیوستگی مقاومتی و سازهای لازم تأمین گردد. به منظور دستیابی به اتصال ایمن و قابل اطمینان، لازم است ضوابط و مقررات جوشکاری بهطور کامل رعایت شده و میلگردها از نظر جوشپذیری مورد بررسی قرار گیرند. همچنین نمونههای جوششده باید تحت آزمایشهای کنترل کیفیت نظیر آزمون کشش و خمش قرار گیرند.
حرارت ناشی از عملیات جوشکاری میتواند خواص مکانیکی فولاد از جمله مقاومت، سختی و شکلپذیری میلگرد را تحت تأثیر قرار دهد و در صورت اجرای نادرست، موجب کاهش ظرفیت باربری و افزایش خطر شکست ترد شود. به همین دلیل، اجرای صحیح و کنترلشده این روش از اهمیت بالایی برخوردار است. مهمترین و متداولترین نوع وصله جوشی، روش فورجینگ است و به همین دلیل در عرف اجرایی، وصله جوشی غالباً با نام فورجینگ شناخته میشود، هرچند از نظر فنی فورجینگ تنها یکی از انواع وصله جوشی محسوب میگردد.
وصله جوشی میلگرد به دو صورت جوش الکتریکی تماسی و جوش با قوس الکتریکی اجرا میشود. در این قسمت به بررسی آنها میپردازیم:
این روش که به آن جوش نوک به نوک خمیری یا سر به سر مستقیم نیز گفته میشود، معمولاً در شرایط کارخانهای برای میلگردهای گرم نورد و میلگردهای سرد اصلاحشده استفاده میشود. در این روش، دو میلگرد بهصورت لب به لب قرار گرفته و با عبور جریان الکتریکی و حرارت ایجاد شده، فلز در محل اتصال به حالت خمیری درمیآید و سپس با فشار مکانیکی اتصال ایجاد میشود. یکی از انواع جوش الکتریکی سربهسر فورجینگ میباشد.
فورجینگ یکی از روشهای جوشکاری میلگرد است که در آن، میلگردها توسط مخلوط گاز استیلن و اکسیژن تا دمای ۱۲۰۰ تا ۱۳۰۰ درجه سانتیگراد حرارت داده میشوند و وارد فاز خمیری میشوند. سپس با اعمال فشار هیدرولیکی دو سر میلگرد به یکدیگر متصل شده و پس از سرد شدن، اتصال یکپارچه و مقاوم شکل میگیرد. در صورتی که حرارتدهی طولانی باشد، در محل اتصال ساختار دانه درشت ایجاد میشود که میتواند خواص مکانیکی میلگرد را تحت تأثیر قرار دهد.
این روش که اتصال با استفاده از گرمای شدید بین الکترود و قطعه کار ایجاد میشود، برای انواع فولادها قابل استفاده است و بسته به نوع میلگرد باید از الکترود و روش مناسب بهره برد. طول نوار جوش در جوش یکرو نباید کمتر از ۱۰ برابر قطر میلگرد کوچکتر و در جوش دو رو نباید کمتر از ۵ برابر قطر میلگرد کوچکتر باشد.
آرماتورها به یکی از شیوههای زیر به هم دیگر متصل میشوند:
در وصله جوشی نکات زیر حائز اهمیت است:
وصله جوشی دارای استحکام بالایی است و توانایی انتقال نیرو را با کیفیت بسیار مناسب فراهم میکند. از مزایای این روش میتوان به صرفهجویی در مصرف میلگرد و کاهش حجم آرماتورها در مقطع اشاره کرد. با این حال، اجرای آن نیازمند تجهیزات خاص، نیروی ماهر و زمان کافی است و هزینه اجرای آن نسبت به سایر روشها بیشتر میباشد. همچنین، کنترل دقیق کیفیت جوش برای اطمینان از عملکرد صحیح اتصال ضروری است.
انتخاب روش مناسب برای اتصال میلگرد بستگی به نوع نیرو، قطر میلگرد، شرایط بارگذاری، محدودیتهای اجرایی و شرایط سازهای دارد. برای میلگردهای نازک و در شرایطی که فضا کافی وجود دارد، وصله پوششی (اورلب) سریع، ساده و مقرونبهصرفه است. در مواردی که میلگردها قطور هستند، فضا محدود است یا نیاز به کنترل دقیق رفتار سازه وجود دارد، استفاده از وصله مکانیکی (کوپلر) یا وصله جوشی توصیه میشود. وصله اتکایی معمولاً برای میلگردهای تحت فشار و در اعضای غیر بحرانی مناسب است. به هرحال وصله جوشی(فورجینگ) و وصله های مکانیکی از سایر وصله ها استحکام بیشتری دارد. در هر روش، رعایت استانداردهای آییننامهای، دقت در اجرا و تضمین انتقال نیرو اهمیت ویژهای دارد تا عملکرد سازه حفظ شده و ایمنی تضمین شود.