مقاله تحلیلی: طراحی وصله میلگرد

مقاله تحلیلی: طراحی وصله میلگرد

 مقدمه

 در قطعات بتن مسلح وصله میلگردها به یکی از چهار روش وصله پوششی، جوشی، مکانیکی و اتکایی صورت می‌گیرد. اجرای وصله پوششی میلگردها که بیشترین کاربرد در بین وصله‌ها را دارد تنها در میلگردهای با قطر 36 میلی‌متر به پایین مجاز است. این در حالی است که استفاده از این نوع وصله باعث افزایش مصرف میلگرد در ساختمان به میزان حدوداً 20 درصد می‌شود. با توجه به هزینه و زمان بالا، نیاز به نیروی کار ماهر و شرایط آب و هوایی مناسب، استفاده از وصله‌های جوشی نیز در ساختمان‌ها محدود است. در ادامه به معرفی انواع اتصالات مکانیکی میلگردها خواهیم پرداخت.

به دلیل محدودیت طول میلگرد و نیز دلایل دیگر اجرایی برای ایجاد عملکرد کششی یا فشاری پیوسته در دو میلگرد در امتداد یکدیگر، میلگردها را باید به یکدیگر وصله نمود. انجام وصله میلگردها باید با رعایت جزئیات و دقت لازم انجام گیرد، به همین جهت آیین‌نامه‌ها قید می‌کنند که وصله میلگرد تنها باید طبق آنچه در نقشه‌های طراحی و مشخصات فنی ارائه شده است اجرا گردد.

چهار دسته پرکاربرد از انواع اتصال میلگرد به قرار ذیل است:

  1. وصله مکانیکی
  2. وصله پوششی
  3. وصله جوشی با قوس الکتریکی
  4. وصله جوشی تحت فشار با گاز (فورچینگ)

اتصال مکانیکی میلگرد

زمانی که شرایط مناسب باشد و محدودیت‌های آیین‌نامه رعایت شوند، استفاده از وصله پوششی به‌عنوان متداول‌ترین روش وصله است اما زمانی که به هر دلیلی امکان استفاده از وصله پوششی نباشد، وصله مکانیکی جایگزین مناسبی است. هریک از انواع وصله‌های مکانیکی از جنبه‌های زیر بررسی می‌شوند:

  • پیکربندی
  •  رویه اجرا
  • الزامات تائید شدن

استفاده از وصله مکانیکی در موارد زیر می‌تواند لازم یا مناسب باشد:

  1. آیین‌نامه اجازه استفاده از وصله پوششی را برای میلگردهای با قطر بالا نمی‌دهد.
  2. فاصله میلگردها از یکدیگر به‌اندازه‌ای کم باشد که استفاده از وصله پوششی ممکن نیست. این مشکل معمولاً در عضوهایی مانند ستون‌ها که تحت تأثیر نیروی زیاد هستند و به مقدار زیادی میلگرد نیاز دارند رخ می‌دهد.
  3. الزامات آیین‌نامه برای وصله کششی پوششی باعث افزایش طول وصله می‌شود، این حالت برای میلگردهای با قطر زیاد یا میلگردهای دارای پوشش با چسبندگی کم پیش می‌آید. در این حالت استفاده از وصله مکانیکی می‌توانند مناسب‌تر باشد.
  4. محل قرار گرفتن وصله در بخشی از سازه باشد که امکان استفاده از وصله پوششی طبق شرایط آیین‌نامه مجاز نباشد.

میلگردهای انتظار موجود برای استفاده از وصله پوششی طول کافی را نداشته باشند. اگر طول میلگردهای انتظار حداقل 305 میلی‌متر یا بیشتر باشد می‌توان از وصله مکانیکی استفاده کرد. در هنگام استفاده از وصله مکانیکی ممکن است محدودیت‌هایی در کار با تجهیزات یا رویه اجرا وجود داشته باشد که این محدودیت‌ها می‌تواند در نحوه طراحی تأثیرگذار باشد. بعضی از این موارد عبارت‌اند از:

فاصله و پوشش میلگردها

در بند 1.2.25 آیین‌نامه ACI 318 حداقل فاصله مورد نیاز بین میلگردها برای استفاده از وصله پوششی مشخص شده است. در آیین‌نامه ACI 439 حداقل فاصله بین میلگردها بر اساس نوع وصله مکانیکی بیان شده است. این آیین‌نامه حداقل فاصله را بر اساس نوع وصله و تجهیزات لازم برای اجرا وصله تعیین کرده است. همچنین آیین‌نامه بیان می‌کند که نصب زیگزاگی وصله می‌تواند به ایجاد فاصله لازم برای اجرا کمک کنند ولی عدم اجرا زیگزاگی وصله‌ها در سختی طولی و شکل‌پذیری موردنیاز وصله تأثیری ندارد. اکثر وصله‌های مکانیکی قطر بیشتری از میلگردهای طولی دارند، لذا در محل وصله‌ها با داشتن قطر خارجی وصله باید مقدار پوشش بتن موردنیاز بررسی شود. در مواردی که خاموت ها بر روی وصله مکانیکی قرار می‌گیرند به دلیل اختلاف قطر وصله با میلگرد وصله شده، لازم است تا مقدار پوشش بتن در محل وصله مورد بررسی قرار گیرد اما اگر خاموت در مجارت یا نزدیکی وصله باشد نیاز به بررسی پوشش و بتن نیست.

آماده‌سازی انتهای میلگردها

متناسب با نوع وصله مکانیکی ممکن است شرایط و فعالیت‌های خاصی جهت آماده‌سازی انتهای میلگردها لازم باشد. برای نمونه در وصله مکانیکی طوقه دار لازم است انتهای میلگردها حدیده شوند. در تمامی وصله‌های مکانیکی هم‌راستا بودن میلگردهای وصل شونده دارای اهمیت است.

میلگردهای دارای پوشش

میلگردهای بتن مسلح می‌توانند با اپوکسی یا روی جهت جلوگیری از خوردگی پوشش داده شود. وصله‌های مکانیکی مورد استفاده در میلگردهای پوشش داده شده با فرآیند مشابه وصله‌های مکانیکی میلگردهای بدون پوشش نصب می‌شوند اما در زمان اجرا متناسب با نوع وصله ممکن است لازم باشد تا به‌اندازه طول وصله از محل وصله، پوشش روی میلگردها زدوده شود. بعد از اجرا، وصله و قسمت‌هایی که پوشش آن‌ها پاک شده است مجدداً پوشش داده می‌شوند.

اجرا در محل

متناسب با نوع وصله زمان و تجهیزات موردنیاز جهت اجرا متفاوت است لذا لازم است با توجه به شرایط محل و رویه اجرا، نوع وصله تعیین شود. در بعضی از مواقع ممکن است جهت ایجاد فاصله موردنیاز جهت اجرا صحیح یا ارضای الزامات آیین‌نامه لازم باشد تا وصله‌ها به‌صورت زیگزاگی اجرا شود. در چنین شرایطی باید پیش از اجرا مشخص شود.

 طراحی وصله‌های مکانیکی

آیین‌نامه‌های طراحی مانند ACI 318 یا AASHTO برای میلگردهای وصل شده بااتصال مکانیکی در جزئیات اجرایی بحث خاصی را مطرح نکرده‌اند. آیین‌نامه‌ها به‌صورت کلی حداقل مقاومت وصله‌ها را مورد بحث قرار می‌دهند. برای مثال در آیین‌نامه ACI318 بیان شده است که یک اتصال مکانیکی متناسب با نیاز باید در نیروی فشاری یا در نیروی کششی حداقل 125 درصد از مقاومت تسلیم مشخصه میلگرد را تأمین کند؛ بنابراین زوال در میلگرد مجاور وصله اتفاق می‌افتد. بر اساس اینکه وصله مکانیکی حداقل مقاومت موردنیاز را باید برآورده کند، لذا به‌صورت کلی در طراحی‌ها وجود وصله مکانیکی باعث کاهش سختی و شکل‌پذیری طولی نمی‌شود و رفتار میلگرد وصله شده مشابه میلگرد سرتاسر پیوسته بدون وصله در نظر گرفته می‌شود. آیین‌نامه‌های طراحی موارد ابتدایی مقاومت لازم برای اتصال مکانیکی را پوشش می‌دهد اما در ارتباط با مشخصات و نوع مصالح مورد استفاده در ساخت وصله‌ها بحثی نمی‌کند. بعضی از این موارد عبارت‌اند از:

در اعضای خمشی وصله مکانیکی نباید باعث کاهش مقاومت طولی مؤثر میلگرد وصله شده گردد. این کاهش می‌تواند در اثر تغییر در کرنش میلگرد وصله شده نسبت به کرنشی طراحی ایجاد شود. محل‌هایی که کرنش غیرخطی باید پیش‌بینی شود مانند ناحیه تسلیم در ساختمان‌های لرزه‌ای، وصله مکانیکی نباید باعث ایجاد تمرکز تنش و ایجاد زوال در وصله قبل از وقوع زوال در میلگرد مجاور شود.

در محل‌هایی از سازه که تحت تحریک لرزه‌ای احتمال وقوع جابجایی غیرخطی وجود دارد، وصله اجراشده و میلگرد باید شکل‌پذیری لازم را داشته باشد.

سه دسته وصله مکانیکی وجود دارد:

  • وصله‌های مکانیکی فقط فشاری
  • وصله مکانیکی فقط کششی
  • وصله مکانیکی کششی و فشاری

اتصال مکانیکی فقط فشاری

در این نوع اتصال تنش فشاری از میلگردی به میلگرد دیگر هم‌راستا و متکی به یکدیگر منتقل می‌شود. به‌جز اتصال غلاف دار که با فولاد پر می‌شود، در سایر انواع اتصال صرفاً فشاری لازم است که انتهای میلگرد با برش‌کاری آماده شود. این برشکاری باید گونیا باشد به‌طوری‌که امتداد سطوح صاف انتهای میلگرد نسبت به سطح عمود بر محور میلگردها از 1.5 درجه بزرگ‌تر نشود و در تنظیم میلگرد پس از اجرا این زاویه در محدوده حداکثر 3 درجه باشد. یک وصله اتکائی باید توانایی نگهداری میلگردها را به‌صورت هم‌مرکز داشته باشد. در ادامه تعدادی از انواع وصله‌های مکانیکی فشاری ارائه می‌شود.

اتصال مکانیکی غلاف دار با پیچ فولادی

 دو نوع از این اتصال وجود دارد که شامل اتصال مکانیکی غلاف دار با پیچ فولادی و اتصال مکانیکی غلافی تسمه دار فولادی است. عمل بستن جانبی از طریق سفت کردن پیچ‌های غلاف این اطمینان را ایجاد می‌کند که اتکای هم‌مرکز میلگردهای وصله شده فراهم می‌شود. ابزار لازم برای بستن این نوع اتصال آچار مناسب است. نوع اول اتصال غلاف دار با پیچ فولادی از یک پوسته استوانه‌ای شکل تشکیل می‌شود که در یک سمت آن باله‌هایی جدا از هم قرار دارد.

روی این باله‌ها سوراخ‌هایی تعبیه شده است که پیچ درون آن‌ها سفت می‌شود و غلاف در اطراف میلگردها محکم می‌کند. به این اتصال وصله غلاف فولادی یکپارچه می‌گویند. طول این نوع وصله از 203 میلی‌متر تا 305 میلی‌متر متفاوت است که متناسب با قطر میلگرد تعیین می‌شود. در مواردی که قطر میلگردها متفاوت است از گوه‌هایی برای پر کردن فضای خالی ناشی از تغییر قطر استفاده می‌شود. این کار امکان وصله میلگرد با قطر مختلف را به کاربر می‌دهد. حداقل فاصله خالص بین دو میلگرد وصله شده مجاور برابر با 50 میلی‌متر است. این فاصله امکان انجام عمل اجرا به‌صورت صحیح را فراهم می‌کند.

 اتصال غلاف دار با پیچ فولادی

نوع دیگر اتصال غلاف دار با پیچ فولادی از یک پوسته نیم استوانه‌ای با زبانه‌هایی خم‌شده در یک‌طرف و شیارهایی در طرف دیگر تشکیل می‌گردد. تسمه‌های L شکلی که بر روی آن‌ها سوراخ‌هایی ایجاد شده است از یک‌طرف در شیارها قرار می‌گیرند و از طرف دیگر با پیچ بر روی زبانه‌های خم‌شده محکم می‌شود. به این نوع اتصال وصله غلافی تسمه دار فولادی می‌گویند. طول این وصله بر اساس قطر میلگرد تا 305 میلی‌متر می‌رسد. شکل زیر یک اتصال مکانیکی غلافی تسمه دار فولادی را نشان می‌دهد.

اتصال مکانیکی غلاف دار پرشده با فولاد

این اتصال متناسب با طول وصله می‌توانند هم در فشار و هم در کشش مورد استفاده قرار بگیرد. مشخصات و نحوه اجرا مانند نمونه فشاری کششی است که در بخش وصله‌های کششی فشاری تشریح می‌شود. این اتصال برای وصل کردن میلگرد در قطرهای مختلف مناسب است و انتهای میلگردها نیاز به آماده‌سازی خاصی ندارد اما از هر نوع خم‌شدگی در طول میلگرد که می‌تواند مانع از جای گرفتن میلگرد در وصله شود باید اجتناب گردد. شکل زیر یک اتصال غلاف دار پرشده با فولاد را نشان می‌دهد. در این نوع اتصال پس از جای گرفتن میلگردها در غلاف، فضای بین میلگردها توسط تزریق فلز فولاد پر می‌شود لذا می‌توان انتهای میلگردها را با هوابرش برید و در صورت وجود ناهمواری توسط تزریق فولاد این فضاها پر می‌شود و می‌توان مطمئن بود که اتصال اتکایی برقرار شده است.

اگرچه که این اتصال در طول کم‌کاربرد اتصال فشاری را دارد اما با توجه به طبیعت آن می‌تواند مقدار محدودی مقاومت کششی نیز ایجاد کند که از آن صرف‌نظر می‌شود. فاصله مناسب بین دو میلگرد مجاور برای فرآیند اجرا وصله 1.5 برابر قدرت اسمی میلگرد است. همان‌طور که گفته شد طول اتصال رفتار آن را مشخص می‌کند. برای مثال، اتصال با طول 76 میلی‌متر متناسب با قطر میلگرد می‌تواند یک اتصال مکانیکی فشاری باشد درحالی‌که همین نوع اتصال با طول 229 میلی‌متر می‌تواند رفتار فشاری و کششی مطلوب را از خود نشان دهد.

 اتصال مکانیکی غلاف دار با گوه قفل شونده

این اتصال رفتاری شبیه به اتصال غلاف دار با پیچ فولادی دارد، اما در این نوع اتصال به‌جای پیچ از گوه استفاده می‌شود. زمانی که گوه به داخل غلاف رانده می‌شود با بستن جانبی غلاف باعث نگه‌داشتن اتصال اتکایی انتهای دو میلگرد می‌شود. غلاف این نوع اتصال استوانه‌ای است که دو زبانه مسطح شده به‌صورت طوقه بر روی آن قرار دارد. زبانه‌ها در یک انتها به هم نزدیک بوده و در طول وصله از هم فاصله می‌گیرند. شکل زیر یک اتصال غلاف دار با گوه قفل شونده را نشان می‌دهد. طول غلاف از 140 میلی‌متر تا 305 میلی‌متر متناسب با سایز میلگرد تغییر می‌کند و فاصله جانبی بین دو میلگرد حداقل باید 76 میلی‌متر باشد تا فرآیند اجرا بدون مشکل انجام گیرد.

 اتصال مکانیکی فشاری کششی

این نوع اتصال باید توانایی مقاومت در برابر بارهای فشاری و کششی را داشته باشد. در ادامه تعدادی از این نوع اتصال‌ها معرفی شده‌اند. درصورتی‌که یک اتصال بتواند ضوابط آیین‌نامه را برای اتصال‌های فشاری و کششی برآورده کند آن اتصال را می‌توان مورد استفاده قرار داد.

اتصال مکانیکی غلاف دار سرد پرس شده فولادی

این اتصال تشکیل شده است از یک غلاف بدون درز که در دو انتهای میلگردها قرار می‌گیرد و میلگردها با قطر مختلف را می‌تواند به یکدیگر متصل کند. شکل زیر یک اتصال غلاف دار سرد پرس شده فولادی را نشان می‌دهد. در این روش از یک پرس هیدرولیک جهت اجرا در محل استفاده می‌شود. این پرس با فشار بر غلاف و تغییر شکل آن متناسب با برآمدگی‌های سطح میلگرد، موجب قفل‌شدگی بین تیوپ و میلگرد می‌شود. نیازی به آماده‌سازی انتهای میلگردها قبل از فرآیند وصله کردن نیست. در صورت استفاده از این نوع اتصال لازم است از امکان دسترسی دستگاه پرس به محل اجرا میلگردها اطمینان حاصل شود.

 اتصال مکانیکی غلاف دار پرشده فولادی با یک انتهای حدیده شده

این نمونه از اتصال مکانیکی از دو قطعه نر و مادگی با جنس یکسان تشکیل شده است. قطعه مادگی دارای بخش حدیده شده داخلی در یک انتهای خود است و قطعه نری دارای یک بخش حدیده شده بر روی سطح خود است که باعث می‌شود دو قطعه نر و مادگی در هم پیچ شوند. انتهای دیگر قطعات اتصال‌های نر و مادگی بر روی میلگردها پرس می‌شود تا قفل‌شدگی مکانیکی حاصل شود. شکل زیر این نوع اتصال را نشان می‌دهد. نوع دیگر از اتصال پرس شده با حدیده وجود دارد که از سه قطعه تشکیل شده است.

این قطعات عبارت‌اند از دو قطعه مادگی حدیده شده و یک قطعه فلزی که نقش اتصال‌دهنده مادگی‌ها را ایفا می‌کند. از این نوع اتصال زمانی استفاده می‌شود که به دلایلی امکان چرخاندن میلگردها وجود ندارد لذا دو قطعه مادگی که بر روی دو میلگرد پرس شده است ثابت می‌ماند و میله فلزی اتصال‌دهنده که دو انتهای آن حدیده شده است با چرخش خود درون قطعات مادگی ثابت‌شده و اتصال را برقرار می‌کنند. میله اتصال‌دهنده دارای حدیده چپ‌گرد بر روی یک انتهای خود و حدیده راست‌گرد بر روی انتهای دیگر خود است. شکل زیر این نوع اتصال را نشان می‌دهد. در مواقعی که قطر میلگردهای وصل شده متفاوت باشد از اتصال در شکل زیر استفاده می‌شود.

 انواع مختلف اتصال غلاف دار پرشده فولادی با یک انتهای حدیده شده الف: اتصال دو قطعه غلاف دار ب: اتصال سه قطعه غلاف دار با قطعه فلزی ارتباط‌دهنده در وسط ج: اتصال غلاف دار تبدیل جهت متصل کردن دو میلگرد با قطر مختلف

اتصال مکانیکی غلاف دار گرم فورج شده

در این نوع اتصال از یک نوع غلاف خاص که قابلیت نرم شدگی را داشته باشد استفاده می‌شود که در انتهای میلگرد قرار می‌گیرد و متناسب با الگوی سطح میلگرد تغییر شکل می‌دهد. برای اجرا اتصال نیاز به یک کوره یا اجاق جهت گرما دادن به غلاف و یک جک هیدرولیک برای تغییر شکل غلاف است. رویه نسبت به این صورت است که غلاف گرما دیده در انتهای دو میلگرد قرار می‌گیرد و با دستگاه پرس تحت فشار تغییر شکل می‌دهد.

اتصال مکانیکی غلاف دار پر شونده با گروت

این اتصال از یک پوسته فولادی مخروطی شکل که از دو طرف لاغر می‌شود و لایه درونی آن مشابه با الگوی سطح میلگرد تغییر شکل یافته تشکیل می‌شود. از گروت با مقاومت بالا و غیر جمع شونده با ملات مناسب جهت تزریق به درون غلاف و اطراف میلگرد توسط پمپ با فشار کم استفاده می‌شود. انتهای میلگردها نیاز به آماده‌سازی خاصی ندارد. همچنین انتهای میلگردها می‌توانند در اتصال به یکدیگر باشند و به‌اندازه 2.5 میلی‌متر از هم فاصله گرفته باشند. این اتصال مکانیکی می‌تواند برای میلگردهای پوشش داده شده با اپوکسی یا روی نیز به کار رود. اتصال غلاف دار پر شونده با گروت جهت وصل کردن میلگردهای عمودی کاربرد دارد، به این صورت که غلاف را بر روی میلگرد پایین قرار می‌دهند تا جایی که تماس بین میلگرد و غلاف باعث گیر کردن میلگرد شود.

سپس غلاف را با گروت سیمانی پر می‌کنند. پس‌ازآن میلگرد بالایی را درون غلاف وارد می‌کنند و میلگردها توسط نگه‌دارنده‌ها ثابت می‌شوند تا گروت به مقاومت کافی برسد. درصورتی‌که از خروج گروت جلوگیری شود می‌توان این وصله برای میلگردهای افقی نیز استفاده کرد. شکل زیر یک اتصال غلاف دار پر شونده با گروت را نشان می‌دهد. این نوع غلاف در بتن پیش‌ساخته کاربرد بیشتری دارد. لازم است اقدام احتیاطی خاصی در نظر گرفته شود تا از حرکت قطعات وصله شده قبل از سخت شدن گروت جلوگیری شود. مقاومت 21 تا 34 مگا پاسکال برای اکثر گروت ها متناسب با دما تا 24 ساعت حاصل می‌شود.

اتصال مکانیکی غلاف دار پرشده با فولاد

این نوع اتصال هم برای وصله‌های فشاری و هم برای وصله‌های فشاری کششی کاربرد دارد. همان‌طور که قبلاً هم گفته شد اتصال تشکیل شده است از یک پوسته استوانه‌ای فولادی که درون آن توسط دستگاه شیارهایی ایجاد شده است و فولاد ذوب شده جهت پر کردن بین غلاف و میلگرد منتقل می‌شود. در این نوع اتصال نیز آماده‌سازی خاصی بر روی انتهای میلگردها موردنیاز نیست و تنها لازم است که انتهای میلگردها خشک و از موارد خارجی یا پوشش‌های اپوکسی پاک باشد. فاصله میان میلگردهای مجاور جهت انجام فرآیند وصله کردن حداقل بین 51 تا 64 میلی‌متر باید باشد.

اتصال مکانیکی طوقه دار با رزوه مستقیم

در اتصال مکانیکی طوقه دار با رزوه مستقیم از یک طوقه جهت متصل کردن دو انتهای میلگرد استفاده می‌شود که دارای    حدیده های ایجاد شده توسط ماشین در داخل خود است به صورتی که الگوی آن بر حدیده های ایجاد شده در سطح انتهای میلگردها منطبق است. شکل زیر یک اتصال مکانیکی طوقه دار سه قطعه رزوه دار را نشان می‌دهد. سه قطعه عبارت‌اند از دو قطعه میلگرد و طوقه حدیده شده.

  اتصال مکانیکی طوقه دار سه قطعه با رزوه مستقیم

همچنین نوع دیگری از این نوع اتصال وجود دارد که طوقه در انتهای یکی از میلگردها از یک سمت جوش شده و سمت دیگر طوقه دارای حدیده داخلی منطبق بر حدیده سطح میلگرد دیگر است. شکل زیر یک اتصال مکانیکی طوقه دار دو قطعه را نشان می‌دهد (دو قطعه عبارت‌اند از دو میلگرد و چون طوقه در این نوع اتصال به یکی از میلگردها جوش داده می‌شود تحت عنوان قطعه جدا شمارش نمی‌شود). از اتصال مکانیکی طوقه دو قطعه معمولاً زمانی استفاده می‌شود که میلگردهای انتظار به هر دلیل کوتاه باشند و امکان عمل حدیده کردن نباشد. جهت جوش دادن طوقه‌ها باید متناسب با شرایط ذکر شده تولیدکننده طوقه عمل شود.

اتصال پوششی میلگرد

اساس عملکرد مرکب بتن و فولاد و تشکیل یک عضو بتن‌آرمه بر پیوستگی کامل بین میلگرد مسلح کننده و بتن استوار است. پیوستگی در وصله‌های پوششی نقش اصلی انتقال نیرو را ایفا می‌کند. پیوستگی بین فولاد مسلح کننده و بتن در اثر عوامل زیر ایجاد می‌شود:

  • چسبندگی شیمیایی بین فولاد و بتن
  • اصطکاک بین سطح میلگرد و بتن اطراف آن
  • درگیر شدن برآمدگی‌ها و فرورفتگی‌های میلگرد آجدار در بتن
  • مهار مکانیکی در انتهای میلگرد که ممکن است توسط قلاب یا حتی مهره و واشر ایجاد شود

از میان موارد بالا درگیر شدن آج میلگرد با بتن مؤثرترین عامل پیوستگی است. در همین راستا آیین‌نامه‌ها معمولاً استفاده از میلگردهای صاف را مگر در مواردی بسیار محدود مجاز نمی‌دانند. تنش‌های پیوستگی یا تنش‌های چسبندگی در هر جا که تنش یا نیرو در فولاد مسلح کننده از نقطه‌ای به نقطه دیگر متغیر باشد، در پیرامون میلگرد و بین بتن و فولاد وجود خواهد داشت. جهت تعیین حداکثر تنش‌های پیوستگی و انتقال نیرو از میلگرد به بتن از آزمایش‌های زیر استفاده می‌شود.

  • آزمایش بیرون کشیدگی
  • آزمایش میلگرد درگیر در بتن
  • آزمایش تیر

زوال پیوستگی بین بتن و فولاد عمدتاً ناشی از خرد شدن بتن درگیر بین آج‌های سطح میلگرد و جابجا شدن میلگرد در داخل بتن است که با شکاف خوردگی طولی بتن در امتداد طول گیرایی میلگرد همراه است.

وصله پوششی با قرار دادن دو میلگرد در مجاور یکدیگر در یک طول مشخص انجام می‌گیرد. طولی که دو میلگرد باید در مجاورت یکدیگر قرار داده شود به نام طول وصله یا طول پوشش خوانده می‌شود. در وصله پوششی نیروی موجود در میلگرد ابتدا توسط تنش پیوستگی به بتن منتقل‌شده و سپس از بتن و باز هم توسط تنش پیوستگی به میلگرد بعدی که در امتداد آن قرار داده شده است انتقال می‌یابد. این انتقال تنش و نیرو در حالتی که میلگردها تحت کشش باشند در شکل زیر نشان داده شده است.

 همان‌طور که در شکل ملاحظه می‌شود نیروی کششی میلگرد سبب می‌شود که تنش فشاری ناشی از چسبندگی بین بتن و فولاد، در راستای عمود بر سطح آج میلگرد در ناحیه انتهایی میلگرد ایجاد شود. عکس‌العمل این تنش فشاری در بتن اطراف میلگرد، تنش فشاری ایجاد کرده و سرانجام تنش فشاری با همان راستای مورب به میلگرد دیگر منتقل می‌شود. این تنش نهایتاً می‌تواند به‌صورت نیروی کششی در میلگرد دوم تحمل گردد.

وصله پوششی را می‌توان به‌صورت وصله پوششی تماسی و نیز وصله پوششی غیر تماسی اجرا کرد. در وصله پوششی تماسی میلگردهای وصل شونده در طول وصله کاملاً در تماس با یکدیگر قرار می‌گیرند به‌طوری‌که امکان ایجاد حفره که باعث ضعف در بتن می‌شود بین دو میلگرد فراهم نباشد. برای ایجاد وصله پوششی تماسی در عمل می‌توان با استفاده از سیم‌های نازک متداول، میلگردهای وصله شونده را در طول وصله و در فواصل مناسب به یکدیگر متصل نمود. در وصله پوششی غیر تماسی باید شرایطی فراهم کرد که بتن به‌طور مناسب در بین میلگردهای وصله شونده نفوذ کرده و بین آن‌ها حفره ایجاد نشود. اگر فاصله میلگردها از یکدیگر زیاد باشد یک مقطع غیرمسلح ایجاد می‌شود.

وصله پوششی را نباید برای میلگردهای بزرگ‌تر از قطر 36 به کاربرد مگر برای انتقال نیروی فشاری. آیین‌نامه همچنین قید می‌کند اگر از میلگردهای گروهی استفاده‌شده باشد تمام گروه میلگرد نباید به‌صورت پوششی وصله شود. همچنین میلگردهایی از یک گروه که به‌صورت پوششی وصله می‌شوند، نباید در طول وصله همپوشانی داشته باشند.

اتصال جوشی با قوس الکتریکی

وصله‌های جوش شده ازنقطه‌نظر انتقال تنش بسیار خوب تلقی می‌شود به‌شرط آنکه باکیفیت بسیار عالی و تحت نظارت کامل انجام شود و با آزمایش از کیفیت مناسب جوش اطمینان حاصل شود. ACI318 قید می‌کند که به‌جز مواردی که صریحاً قید کرده است، مشخصات جوشکاری باید مطابق با آیین‌نامه جوشکاری سازه فولاد مسلح کننده باشد. ACI318 در ویرایش‌های قبلی قید می‌کند که جوش میلگردها باید حتماً به‌صورت سربه‌سر انجام شود ولی ازآنجایی‌که ANSI/AWS DI4 استفاده از جوش‌های سربه‌سر غیرمستقیم را هم مجاز دانسته است از سال 1995 ACI318 قید مربوط به سربه‌سر بودن جوش میلگردها را حذف کرده است.

اگرچه ANSI/AWS DI.4 نیز قید می‌کنند که وصله‌های جوشی سربه‌سر مستقیم برای میلگردهای با قطر بزرگ‌تر از 22 اگر امکان‌پذیر باشد مناسب‌تر خواهد بود.

برای جوش میلگردها نیاز به‌پیش گرم کردن میلگرد است. قابلیت جوش دهی و میزان پیش گرم کردن میلگردها بر اساس هم‌ارز کربن در فولاد مصرفی که عمدتاً بر اساس درصد نسبی کربن و منگنز است، تعیین می‌شود. درصورتی‌که اطلاعاتی در مورد کربن هم‌ارز فولاد مصرفی در دسترس نباشد آیین‌نامه حداقل دمای لازم را برای پیش گرم کردن میلگردها در جوشکاری برای میلگرد با حداکثر قطر 19 میلی‌متر برابر با 150 درجه سانتی‌گراد و برای میلگردهای با قطر 22 میلی‌متر و بزرگ‌تر برابر با 260 درجه سانتی‌گراد ذکر می‌کند. پس از تکمیل جوشکاری میلگردها به‌طور طبیعی تا رسیدن به دمای محیط سرد می‌شوند و نباید به‌سرعت تحت کاهش دما قرار گیرند.

اتصال دو میلگرد به‌وسیله جوش که نوعی وصله میلگرد محسوب می‌شود بر اساس ANSI/AWS D1.4 در انواع زیر مجاز است.

اتصال سربه‌سر مستقیم

برای میلگردهای با قطر بیشتر از 19 میلی‌متر ترجیحاً باید از این اتصال استفاده کرد. اتصال جوش سربه‌سر مستقیم در انواع زیر مجاز است.

الف جوش شیاری V شکل یک‌طرفه برای اتصال افقی دو میلگرد

ب جوش شیاری V شکل دوطرفه برای اتصال افقی دو میلگرد

ج جوش شیاری V شکل یک‌طرفه با قطعه لوله پشت‌بند برای اتصال افقی دو میلگرد با قطر مساوی

د جوش شیاری اریب یک‌طرفه برای اتصال قائم دو میلگرد

ه جوش شیاری اریب دوطرفه برای اتصال قائم دو میلگرد

و جوش شیاری اریب یک‌طرفه با قطعه لوله پشت‌بند برای اتصال قائم دو میلگرد با قطر مساوی

اتصال سربه‌سر غیرمستقیم

این اتصال در انواع زیر امکان‌پذیر است.

الف اتصال سربه‌سر غیرمستقیم با صفحه وصله که با استفاده از جوش شیاری اریب ذوبی دوطرفه انجام می‌گیرد.

ب اتصال سربه‌سر غیرمستقیم با نبشی وصله که با استفاده از جوش شیاری اریب ذوبی انجام می‌گیرد.

ج اتصال سربه‌سر غیرمستقیم با میلگردهای وصله که با استفاده از جوش شیاری V شکل انجام می‌گیرد.

در حالت استفاده از اتصال سربه‌سر غیرمستقیم، بتن اطراف اتصال در سازه تمام‌شده باید توسط فولادهای عرضی یا صفحات وصله به‌اندازه کافی تقویت شود تا از شکاف خوردن بتن که ممکن است در اثر بارگذاری غیر محوری اتصال پیش بیاید جلوگیری شود.

اتصال پوششی جوش شده

این اتصال در انواع زیر اجرا می‌شود:

الف اتصال پوششی مستقیم با میلگردهای در تماس. این اتصال با جوش شیاری V شکل ذوبی دوطرفه اجرا می‌شود. مگر آنکه اتصال فقط از یک‌طرف در دسترس باشد که در این حالت به‌شرط تائید مهندس ناظر می‌توان از جوش شیاری شکل ذوبی یک‌طرفه استفاده کرد.

ب اتصال پوششی غیرمستقیم با میلگردهای جدا. این اتصال با جوش شیاری اریب ذوبی یک‌طرفه اجرا می‌شود.

اتصال پوششی جوش شده به میلگردهای با قطر 19 میلی‌متر محدود می‌شود. از طرفی در این اتصال تمایل عملکرد خمشی اتصال هنگام بارگذاری خارج از محور وجود دارد بنابراین بتن اطراف اتصال در سازه تمام‌شده باید به کمک میلگردهای عرضی یا صفحه وصله به میزان کافی تقویت گردد.

اتصال جوشی سربه‌سر تحت فشار (فورجینگ)

فورجینگ نخستین بار در دهه 1940 میلادی در ایالات‌متحده آمریکا و ژاپن تحت عنوان یکی از شاخه‌های فرآیند جوشکاری گاز اکسی استیلن گسترش یافت و سپس در روسیه و آلمان جهت استفاده در ریل‌گذاری قطار مورد مطالعه قرار گرفت. در این روش هریک از میلگردها توسط مخلوط گاز استیلن و اکسیژن در دمای حدود 1200 تا 1300 درجه سانتی‌گراد حرارت داده می‌شود. میلگرد از جنس فولاد و ترکیب اتم‌های آهن و کربن است. این اتم‌ها در دمای محیط به‌صورت وضعیت پایدار به سر می‌برند و چیدمان عادی خود را دارد. زمانی که آن‌ها حرارت داده می‌شود با چیدمان مجدد اتم‌ها و از طریق اتصال شبکه کریستال دو میلگرد به هم می‌چسبند. فرآیند فورجینگ در دمای پایین‌تر از نقطه ذوب و در فاز خمیری صورت می‌گیرد. آزمایش‌های انجام شده بر روی محل اتصال نشان داده است که ساختار کل مجموعه در کلیه قسمت‌ها یکسان است. حرارت دهی طولانی باعث تشکیل ساختار درشت‌دانه در محل اتصال می‌شود، لذا این نوع جوش از مقدار چقرمگی کمی برخوردار است.

یکی از مواردی که در اتصال‌های فورجینگ بسیار دارای اهمیت است، اطمینان حاصل پیدا کردن از سلامت اتصال است. برای آزمون اتصال دو روش کلی وجود دارد:

  • آزمون مخرب مانند آزمون خمش و کشش میلگرد وصل شده
  • آزمون غیر مخرب مانند آزمون نفوذ، آزمون امواج مافوق صوت و آزمون برش داغ

در روش آزمون برش داغ بلافاصله پس ‌از انجام عمل جوش، توسط لبه‌های قابل تنظیم اقدام به برش برآمدگی حاصل از جوش می‌کنند و سپس با توجه به وضعیت سطح در محل برش می‌توان به‌سلامت اتصال پی برد.

روش انجام عملیات جوش سربه‌سر تحت فشار

در این روش لازم است کلیه مراحل جوش توسط افراد متخصص دارای گواهی‌نامه تائید مهارت انجام گیرد. ابتدا دو انتهای میلگردهای متصل شونده توسط اره برش سرد بریده می‌شود تا سطح برش کاملاً صاف و صیقلی و عمود بر محور میلگرد به دست آید. سپس میلگردهای برش خورده را با حداقل قطر 10 میلی‌متر در گیره نگه‌دارنده بسته می‌شود و گیره را به پمپ هیدرولیک متصل می‌کنند که با استفاده از روغن موجود در مخزن نیروی فشاری تولید می‌کند. حال با شعله آتش عملیات حرارت دهی را آغاز می‌کنند و در حین حرارت دهی فشار لازم را به میلگردها اعمال می‌کنند. زمان حرارت دهی متناسب با قطر میلگردها است. در حین عملیات حرارت دهی فشار لازم توسط پمپ هیدرولیک وارد می‌شود تا عملیات اتصال کامل شود. قطر ناحیه برآمده جوش نباید از 1.4 برابر قطر میلگرد و طول ناحیه برآمده جوش نباید از 1.1 برابر قطر میلگرد کمتر باشد.

مقایسه وصله پوششی در مقابل وصله مکانیکی

پوشش آرماتورها از مدت‌ها پیش به‌عنوان روشی مؤثر و اقتصادی در نظر گرفته‌شده است، اما درخواست طراحان امروز، اجبار سازندگان بر در نظر گرفتن جایگزین‌هایی برای وصله پوششی است.

در اغلب سازه‌های بتنی مسلح، بعضی از آرماتورها بایستی وصله شوند. طول مورد نیاز یک میلگرد می‌تواند بیش از طول گیرایی فولاد باشد یا به‌اندازه‌ای بلند باشد که بتواند به‌آسانی حمل نمود. در هر دو مورد، نصب کننده‌های آرماتور کار را دو یا بیشتر قطعه‌ای که می‌بایست به هم وصله شوند، به اتمام می‌رساند.

وصله پوششی که نیازمند همپوشانی دو میلگرد موازی است، از مدت‌ها پیش به‌عنوان روش وصله اقتصادی، مؤثر موردپذیرش واقع‌شده است. وصله پوششی معمولاً تماسی است، اما در اعضای خمشی میلگردها می‌توانند به فاصله‌ای به‌اندازه ۶اینچ جدا از هم قرار گیرند. پیوستگی بین فولاد و بتن بار را از یک میلگرد به بتن و آنگاه از بتن به دیگر آرماتور (به‌صورت ادامه‌دار) انتقال می‌دهد. این انتقال بار با تغییر شکل‌ها یا دندانه‌های آرماتور تحت تأثیر قرار می‌گیرد.

در پروژه‌هایی با اندازه میلگرد کوچک مثل نمره ۸، تنش تسلیم نسبتاً پایین در فولاد و ساختمان‌هایی با ارتفاع ۱۵طبقه یا کمتر، وصله پوششی در طولانی‌مدت خوب عمل می‌کند. در سال‌های اخیر، اگرچه تغییری وجود داشته است اما با ادامه تحقیقات طراحی‌های مورد تقاضای بیشتری در بتن مصلح جدید و توسعه طراحی دوگانه سازه‌های بتنی/فولادی طراحان را مجبور به در نظر گرفتن جایگزین‌هایی برای وصله پوششی نموده است. قاب‌های ساختمانی بتنی به سمت ۱۰۰طبقه و بیشتر رفته است.

 کاربرد طراحی کنونی برای قاب‌های سازه‌ای از اندازه میلگرد ۸الی ۱۱با تنش تسلیم ۶۰یا ۷۵ksi(کیلو پاسکال بر اینچ مربع) استفاده می‌کند؛ و مقاومت‌های ۸۰۰۰تا ۱۲۰۰۰پاسکال بر اینچ مربع در آیین‌نامه موردقبول است و بیشتر استفاده می‌شود. استفاده از بتن‌های با مقاومت بالاتر طول پوشش کمتر را مجاز می‌کند. گرچه، این بتن‌ها بیشتر مستعد شکافته شدن هستند، سؤالات زیادی درباره کفایت و قابل اعتماد بودن وصله‌های پوششی وجود دارد.

بستری از آرماتورهای نمره ۱۸قفل و بست شده، ساخته‌شده نزدیک Olmstead توسط گروه مهندسی ارتش آمریکا. هر میلگرد از ۵قسمت تشکیل شده است، به طول ۴۹تا ۶۰پا که انتهای آن با وصله‌های مکانیکی مخروطی شکل متصل شده است. با استفاده از یک محرک میلگرد که به‌صورت خاص طراحی‌شده و قدرت آن از یک مته حفاری گرفته می‌شود، کارگران قادرند هم‌زمان به‌صورت محکم همه ۵میلگرد را به‌یک‌باره متصل کنند. وصله مخروطی شکل به تنظیم شدن وصله‌ها کمک می‌کند، زمان وصله شدن از برای هر میلگرد از ۵یا ۶میلگرد تا ۲دقیقه کاهش می‌یابد. گروه نیاز به اتصال میلگردها تا دستیابی به ۹۰درصد مقاومت نهایی آن دارند ksi 81 و الزام دیگری از استاندارد آیین‌نامه ساختمان دست‌یابی به مقاومت تسلیم ۱۲۵درصد برای وصله‌های مکانیکی است.

محدودیت‌های آیین‌نامه در وصله پوششی

کارهای تحقیقاتی روی فولاد مسلح کننده مدتی قبل موسسه بتن آمریکا را متقاعد به ممنوعیت وصله پوششی برای میلگردهای ۱۴و ۱۸نموده است، زیرا نیروهای میلگرد برای وصله شدن بتن بزرگ هستند و اثر وصله پوششی را تخریب می‌کنند. آیین‌نامه ساختمان ACI 318-95 الزامات بتن مسلح (منابع ۱)، نیز اکنون وصله‌های پوششی را در عضوهای کششی (بخش ۱۲.۱۵.۵) و در مناطق مفصل پلاستیک (بخش ۲۱.۳.۲) ممنوع نموده است.

هیئت آیین‌نامه طرح (BOCA، ICBO و SBCCI) به محدودیت‌های یکسان توافق دارند. بر اساس Cagley و Apple این تصمیمات با مسئولیت هیئت اجرایی آیین‌نامه اصول وصله پوششی را زیر سؤال برد که دلیل آن‌ها وجود بتن در انتقال بارها در کشش و برش است. بتن به‌خصوص در هردوی این ویژگی‌ها ضعیف هستند.

جایگزین‌های وصله پوششی

یکی از جایگزین‌های پوشش وصله نموده میلگردها، مماس نمودن و جوش کردن آن‌ها بر اساس دستورالعمل انجمن جوش آمریکا است (ACI 318-95، بخش ۱۲.۱۴.۳.۲). جوش کردن اغلب گران است و زمانی مورد اعتماد است که از جوش‌پذیری با مشخصات خواص شیمیایی آن اطمینان اصل شود.

میلگردها را همچنین می‌توان با انواعی از اتصالات مکانیکی متصل نمود (ACI 318-95، بخش ۱۲.۱۴.۳). بیشتر این اتصالات خاص است و شامل استوانه‌ای جهت تنظیم میلگردها و نگهداری آن‌ها در یک موقعیت می‌شود. برای اتصالات کششی و برخی اتصالات فشاری، استوانه نیروی فشاری و کششی مستقیماً از یک میلگرد به دیگری منتقل می‌کند. اتصال غلاف (استوانه) به میلگرد با بندکشی، قالب‌گیری یا پر کردن فضای خالی بین میلگرد و غلاف با یک فلزمذاب برقرار می‌شود. آیین‌نامه ساختمان اتصالات را ملزم به تحمل ۱۲۵درصد مقاومت تسلیم ویژه میلگرد می‌کند.

وصله‌های مکانیکی ازدحام آرماتور را کاهش داده و نسبت‌های فولاد به بتن را بهبود می‌بخشد. با استفاده از وصله‌های مکانیکی در تقاطع تیر-ستون طراح آزادی عمل استفاده از میلگردهای با قطر بزرگ‌تر در یک ستون کوچک‌تر دارد.

 مزایای وصله‌های مکانیکی

وصله‌های مکانیکی مزایای زیر را به سازندگان ارائه می‌دارد.

استحکام سازه را بهبود می‌بخشد. وصله‌های مکانیکی به‌صورت مداوم مسیر بار مسلح کننده را مستقل از شرایط یا حضور بتن حفظ می‌کند. مادامی‌که این وصله‌ها در مناطقی کششی به‌اندازه ۱۲۵درصد مقاومت تسلیم میلگرد را توسعه می‌بخشند، عملکرد آن نیز در مناطق سخت شونده کرنشی خوب فرض می‌شود. در کاربردهای لرزه‌ای، وصله‌های مکانیکی استحکام سازه‌ای را زمانی که میلگردها تحت تنش در حدود غیر الاستیک هستند، حفظ می‌کند.

وصله‌های پوششی اغلب منطقه مفصل پلاستیک را برخلاف آیین‌نامه نقض می‌کند. وصله‌های مکانیکی را می‌توان به‌آسانی خارج از این مناطق تنش بالا قرار داد.

اتکایی بر بتن برای انتقال بار ندارد. در مناطق با شرایط یخ و آب شدن و مناطق ساحلی، خوردگی آرماتور می‌تواند باعث پوسته‌شدن بتن شود. چون وصله‌های پوششی بار را از میان بتن اطراف آن منتقل می‌کند، زمانی که بتن از بین برود، اثر وصله پوششی از بین می‌رود. وصله‌های مکانیکی برای انتقال بار به بتن متکی نیست.

حذف محاسبات وصله پوششی. وصله پوششی محاسبات اضافی مورد نیاز برای تعیین طول پوشش مورد نیاز و خطاهای محاسباتی ذاتی را دور می‌زند.

کاهش هزینه مصالح. به دلیل اینکه به همپوشانی نیازی نیست، آرماتور کمتری مصرف می‌شود، هزینه برخی از مصالح کاهش می‌یابد. این صرفه‌جویی می‌تواند بخصوص برای کارهایی که میلگرد نیاز به روکش اپوکسی دارد، مهم باشد، چون آیین‌نامه‌های ساختمانی ملزم به ۵۰درصد هم‌پوشانی بیشتر در این‌گونه آرماتورها می‌نمایند.

کوپلرها می‌توانند به دور میلگردهایی که قابلیت چرخش ندارند، بگردند، مثل میلگردهای قلاب در این ستون

کاهش ازدحام آرماتور. یکی از گلایه‌هایی که کارگران پرداخت بتن مطرح می‌کنند، این است که نمی‌توانند بتن را وارد محفظه و قفس آرماتورها کنند. پوشش‌ها به‌صورت مؤثر نسبت فولاد به بتن را دو برابر می‌کند و در نتیجه ازدحام مانع از جریان و توزیع درشت‌دانه‌ها می‌شود و کارایی ویبراتور را محدود می‌کند. اگر چه در ACI 318-95 نسبت فولاد به بتن کم‌تر از ۸درصد قید شده است، پیروی از این قاعده و دستیابی به یک طراحی متعادل به علت وجود میلگردهای اضافی در منطقه پوشش، دشوار است. وصله‌های مکانیکی به‌صورت عمده این ازدحام را کاهش می‌دهد.

ملاحظات مخارج

باوجوداینکه مزیت‌های وصله مکانیکی به‌خوبی شناخته‌شده است، نگرانی اصلی هزینه بالای آن درجایی است که آیین‌نامه استفاده از وصله پوششی را ممنوع کرده است؛ اما واقعاً هزینه وصله مکانیکی درواقع بیش از وصله پوششی است؟ اگر که این‌گونه است، ما به تفاوت آن چقدر است؟

 برای پاسخ به این سؤال، کاگلی (Cagley) و همکاران، مهندسان سازه‌ای، دو سازه‌ای طراحی خودشان را مورد مطالعه قرار دادند. هر پروژه نیاز به تقریباً ۱۰۰۰۰یارد مکعب بتن دارد و هردو بر اساس الزامات ACI 318-95 طراحی‌شده است. سازه اول یک پارکینگ ۱۲طبقه در هریسبورگ (Harrisburg) است. دیگیری یک آزمایشگاه شیمی سه طبقه برای موسسه ملی استاندارد و تکنولوژی (NIST) است. وصله‌های پوششی در ساختمان پارکینگ استفاده‌شده و وصله مکانیکی در سازه NIST، زیرا در آن پروژه وصله پوششی نسبت فولاد-بتن را بالای حد مجاز ۸درصد در منطقه وصله می برد. چون تیرهای سازه NIST به وصله نیاز ندارند، یک تحلیل هزینه تنها برای فولاد ستون آن انجام شده است.

قلاب‌های استاندارد مورد نیاز در انتهای آرماتورها اغلب ایجاد ازدحام فولاد می‌کند و جایگذاری بتن دشوار می‌شود. بعلاوه، محدودیت‌های فضا می‌تواند مانع استفاده از آرماتور بزرگ‌تر می‌شود و فضای کافی برای قلاب‌ها و خم‌های بزرگ که آیین‌نامه ملزم نموده است، وجود نخواهد داشت. مهارهای مکانیکی مثل مهار مخروطی نشان داده شده از ناحیه انتهایی می‌تواند در بسیاری از موارد جایگزین قلاب استاندارد شود.

این مهار مخروطی شکل یک سری را در انتهای آرماتور شکل می‌دهد که جایگزین قلاب استاندارد می‌شود.

زمانی که توسعه آتی یا تغییرات ساخت پیش‌بینی می‌شود، مهار در دو انتها، محکم می‌شود و یکی از دو انتها قبل از بتن‌ریزی با استفاده از یک محافظ بند پلاستیکی بسته می‌شود. بتن می‌تواند بعدها برای نمایش مهار شکسته شود و در میلگردهای جدید برای توسعه آتی وصله زده شود.

برای تعیین هزینه کار، از پنج پیمانکار نصب آرماتور برای مقایسه هزینه‌های نصب وصله پوششی و وصله بندکشی شده مکانیکی سؤال شد. نتیجه بر این بود که هزینه‌های نصب برابر بود. با در نظر گرفتن تیرها (معمولاً طول پوشش بیشتری دارند) هزینه وصله پوششی بیش از مقدار اشاره‌شده در جدول است. نتایج نشان می‌دهد که هزینه‌های ارتقای یک سازه با استفاده از وصله‌های مکانیکی کمتر ۰.۲درصد کل هزینه ساخت بوده است. با در نظر گرفتن وصله‌های تیر، مقایسه حتی بیشتر به نفع وصله‌های مکانیکی بوده است.

گزارش کاگلی (Cagley) نتیجه می‌دهد که مزیت‌های اضافه‌شده سازه‌ای و اقتصادی وصله‌های مکانیکی نسبت به پوشش‌ها نسبت مزیت به هزینه را بسیار مطلوب نموده است زیرا وصله‌های مکانیکی به سازه سفتی و استحکام و تداوم مسیر بار می‌دهد که پوشش‌ها این امر را ارائه نمی‌دهند. نویسندگان تحقیقات اضافی را بر عملکرد وصله پوششی با مصالح با مقاومت بالا پیشنهاد نموده‌اند.

نکاتی اساسی پیرامون طول گیرایی و وصله آرماتور

تعیین طول گیرایی و وصله آرماتورها طبق ضوابط موجود در مبحث نهم مقررات ملی، در هر شکل و شرایطی که باشد جزو مسائل پیچیده‌ای نبوده؛ اما از آن‌طرف در نظر گرفتن نکاتی ظریف درعین‌حال اساسی که در نتیجه حصول سال‌ها تجربه‌ در طراحی و نظارت بر اجرا حاصل شده است شاید برای همه مهندسین مخصوصاً در فرصت کوتاه عملی نباشد. در این مقاله قصد دارم برخی از این نکات باارزش را با شما در میان بگذارم.

 مفهوم طول گیرایی

قطعات بتن‌آرمه باید به‌گونه‌ای ساخته شوند که نیروهای کششی و فشاری ایجاد شده در آرماتورهای آن به‌طور کامل به بتن منتقل گردند. تنها با ایجاد قلاب استاندارد در آرماتورها، نمی‌توان آن‌ها را در بتن مهار نمود. توجه نمایید که آرماتورها باید تا حد تسلیم (Ab*Fy) در داخل قطعه بتنی پیش روند بدون اینکه کمترین لغزشی بین سطح مشترک آن‌ها با بتن به وجود آید در غیر این صورت مقاومت قطعه بتن‌آرمه مختل می‌گردد و به آن حدی که طراح در نظر داشته نخواهد رسید؛ بنابراین علاوه بر ایجاد قلاب در انتهای آرماتور، طولی مستقیمی نیز باید به آن اضافه گردد که طول گیرایی نامیده می‌شود.

تعریف طول گیرایی آرماتور قلاب‌دار

طبق بند 9-21-2-1-2 مقررات ملی ویرایش 92، طول مستقیم میلگرد از انتهای آزاد تا شروع قلاب بعلاوه شعاع قلاب انتهایی بعلاوه قطر میلگرد به‌عنوان طول گیرایی میلگرد قلاب‌دار پذیرفته می‌شود. در شکل زیر این مقوله به‌صورت شفاف ترسیم‌شده است.

 توجه: ایجاد قلاب استاندارد در انتهای آرماتور خود، دارای دو شرط مقدار شعاع خم و حداقل طول مستقیم بعد از خم (در انتهای آزاد) است که مورد دوم آن (طول مستقیم) برای قلاب 90 و 180 درجه به ترتیب حداقل 12 و 4 برابر قطر آرماتور (db) است. این طول مبادا با طول گیرایی اشتباه گرفته شود!

طول گیرایی آرماتور تیر در ستون

همان‌طور که اشاره شد ضوابط نسبتاً ساده‌ای جهت تعیین پارامترهای مربوطه وجود دارد اما نکات آن چیست؟ در محل اتصال تیر به ستون کناری ساختمان (تیر غیر ممتد) هنگام تأمین طول گیرایی میلگرد تیر با قلاب استاندارد در ستون نکته مهم، انتخاب سایز آرماتور طولی تیر است؛ اما چرا؟

طبق رابطه ارائه شده (9-21-5) به‌طور مثال برای آرماتور نمره 22، طول گیرایی میلگرد قلاب‌دار برابر 407 میلی‌متر است همچنین با رجوع به شکل بالا باید حداقل به‌اندازه 50 میلی‌متر هم کاور از انتهای قلاب در داخل ستون در نظر گرفته شود. پس حداقل بعد ستون در ساختمان (در راستای آرماتور) برای استفاده از آرماتور T22 برابر 457 (بگوییم 500) میلی‌متر است.

 توجه: در رابطه فوق ضریب تخفیفی بنام K1 به مقدار 0.7 وجود دارد که اگر پوشش بتن پیرامون قلاب در دو امتداد تأمین گردد، می‌توان از آن بهره برد. در جداول کپی/پیستی نقشه‌ها که با توجه به سایز آرماتور، طول گیرایی و وصله را ارائه می‌دهد اغلب از این تخفیف استفاده‌شده است.

توصیه نگارنده این است که تا جای ممکن در پروژه خود برای هر نمره از آرماتور مطابق روابط معتبر ارائه شده، طول‌های مهار، وصله و خم را محاسبه نمایید و در نقشه روی آرماتورها در محل مربوطه قید نمایید. بااین‌حال نسخه کامل جدول برای دوستانی که وقت ندارند! در زیر قرارگرفته است.

 نکته بعدی آنکه در رابطه طول گیرایی برای آرماتورهای فاقد قلاب، ضریبی بنام آلفا آورده شده که گویای آن است اگر زیر آرماتور افقی (در ناحیه گیرایی) بیش از 30 سانتیمتر بتن قرارگرفته باشد، می‌بایست 30% به طول گیرایی بیفزاییم.

 منظور آیین‌نامه از این بند این است که آرماتورهای فوقانی تیر اگر به‌صورت بدون قلاب در بتن مهار می‌شوند، دارای طول گیرایی به‌اندازه 1.3 برابر بیشتر از آرماتورهای تحتانی باشند. خب در نقشه‌ها که تمام آرماتورها در انتهای تیرهای غیر ممتد به‌صورت خم‌شده ترسیم می‌شود پس باید نگران چه بود؟

 طول همپوشانی

اول اینکه در تیرهای ممتد باید طول گیرایی آرماتورهای فوقانی که در تیرهای دهانه بعدی خود تکرار نمی‌شوند با رعایت این نکته مهار شوند (در نقشه زیر به طول گیرایی آرماتور فوقانی T20 برابر 60 سانتی‌متر توجه نمایید) و نکته دوم آنجاست که در بند 9-21-4-2-1 مقررات ملی ویرایش 92 برای تعیین طول پوشش یا همپوشانی وصله میلگرد عنوان‌شده که حداقل برابر 1.3 برابر رابطه طول گیرایی میلگرد کششی بدون قلاب (9-21-1) باشد. به‌این‌ترتیب دومرتبه باید ضریب 1.3 را جهت تعیین طول همپوشانی اثر داد، پس:

طول وصله پوششی میلگرد پایین تیر (یا فونداسیون) برابر است با: 1.3×(ld)

طول وصله پوششی میلگرد بالای تیر (یا فونداسیون) برابر است با: 1.3×1.3×(ld)

توجه نمایید در روابط بالا فرض بر آن است که ضریب آلفای مورد بحث از رابطه ld خارج‌شده است.

 طول انتظار آرماتور ستون در فونداسیون

این موضوع نیز از پرتکرارترین سؤالاتی است که در ذهن طراح شکل می‌گیرد. طول انتظار چقدر باشد تا هم جوابگوی طول وصله باشد هم هنگام وصله کردن مانند شکل زیر دچار خمیدگی نگردد.

طبق ضوابط آیین‌نامه، محل وصله آرماتور ستون باید در یک‌سوم میانی ارتفاع ستون قرار گیرد. به‌عنوان‌مثال برای آرماتور T32 در قاب با شکل‌پذیری زیاد مقدار طول وصله پوششی (با کمک گرفتن از مقدار مناسب خاموت در ناحیه وصله آرماتور ستون)، برابر 1500 میلی‌متر تعیین می‌شود.

اگر ارتفاع آزاد ستون نیز 3.6 متر باشد، محل شروع وصله 1200 میلی‌متر بالاتر از روی فونداسیون باید قرار گیرد (یک‌سوم میانی طول عضو). پس حداقل طول انتظار آرماتور T32 در ستون از روی فونداسیون برابر 1500+1200=2700 میلی‌متر باید در نظر گرفته شود. برای تعیین طول کل آرماتور انتظار باید آن قسمت از طولی که داخل فونداسیون مهار شده است نیز به این عدد اضافه شود. پس:

 طول گیرایی میلگرد قلاب‌دار در کشش: 590 میلی‌متر (البته به ضخامت فونداسیون توجه نمایید حداقل 70 سانتیمتر باشد)

طول مستقیم قلاب: 12d = 384mm

درمجموع طول آرماتور انتظار رند شده برابر 3.7 متر به دست می‌آید. در نقشه زیر توجه فرمایید برای آرماتور ریشه نمره 25، طول همپوشانی را 130 انتخاب نمودم و با توجه به ضخامت 90 سانت فونداسیون برای طول مدفون و خم نیز به ترتیب 80 و 30 لحاظ کرده‌ام که نتیجتاً طول کل آرماتور مزبور 240 سانت شود و بدون پرت از هر شاخه 12 متری بتوان 5 شاخه به دست آورد.

 استفاده از نرم‌افزارهای نقشه‌کشی تحت اتوکد موجب تسریع در فرآیند تولید نقشه و حذف یکسری کارهای تکراری بخصوص برای ساختمان‌های بتنی می‌گردد. یکی از مزایای این نرم‌افزارها، اعمال ضوابط آیین‌نامه برای قطع و خم آرماتورها به‌صورت خودکار در نقشه‌ها است.

بااین‌حال ضمن احتمال بروز خطای انسانی حین کار، مکانیزم نرم‌افزار به‌خودی‌خود نیز در خصوص رعایت موضوع قطع و خم دارای محدودیت و نقصان بوده و دوباره‌کاری‌هایی را باید به‌صورت دستی در نقشه منظور نمود. شکل زیر نمونه‌ای از نقشه ترسیم‌شده توسط نرم‌افزارهای مزبور است که در پروسه کنترل مضاعف موارد ذکر شده در آن اصلاح‌شده است.

 طمئناً کنترل چمنین حجمی از اطلاعات آرماتورها در نقشه بسیار وقت‌گیر است؛ اما پیشنهاد ما این است که برای کنترل این موارد در نقشه با کمک نرم‌افزاری جامع تحت اکسل به‌سرعت این فرآیند را انجام دهید. محصول "اکسل شیت طراحی مهار و وصله آرماتور" که توسط مؤلف تحت اکسل برنامه‌نویسی شده است؛ دربرگیرنده کلیه روابط و پارامترهای مربوطه مطابق مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 92 است. این محصول جهت کنترل و تعیین طول مهار و وصله آرماتورها در کلیه اعضای بتنی (اعم از تیر، ستون، فونداسیون و دیوار) مطلوب است.

دریافت فایل مقاله:node_24685-bar.pdf

دریافت فایل ضمیمه

PDF

برای مشاهده کامل این محتوا می بایست مبلغ مورد نیاز را از اعتبار خود پرداخت کنید

نوع فایل دریافتی :
PDF
اعتبار مورد نیاز : 500 تومان
دریافت فایل PDF و حمایت از ترجمه کنندگان500 تومان
پرداخت 500 تومان و مشاهده محتوا
درباره نویسنده
عکس‌های SEYEDMEGHDAD-YOUSEFI

سیدمقداد یوسفی کنعانی

دارای سرتیفیکت طراحی حرفه ای سازه های فلزی و بتنی
سوالات مرتبط
عکس کاربر
0پاسخ
محل وصله آرماتورها در فونداسیون ، تیر و ستون ها
محل دقیق وصله یا هم پوشانی میلگردها در قسمت های مختلف سازه ( فونداسیون ، ستون و تیر ) کجاست؟
عکس کاربر
1پاسخ
مقدار Pu بر اساس الزامات خمش و برش و قطع میلگردها حداکثر چقدر می‌تواند باشد؟
سوال مربوط به درس سازه های بتن آرمه۲ فصل پیوستگی و قطع مهار آرماتور است صورت سوال ضمیمه شده است
عکس کاربر
2پاسخ
فاصله میلگرد رکابی در ارتفاع دیوار برشی حائل
سلام و خسته نباشیدخیلی ممنون از سایت خوب و اطلاعات مفیدی که در اختیار مهندسین میزارین.سوالی داشتم از خدمت شما.تو یه سوالی در نظام مهندسی طراحی یه دیوار برشی حائل در برابر فشار خاک،که از میلگردهای رکابی به قطر 12 میلیمتر استفاده شده بود که فاصله میلگردهای رکابی در ارتفاع دیوار 200 میلیمتر و در جهت طول دیوار 300 میلیمتر بود.حالا سوالم اینه که منظور از این فاصله،فاصله مرکز به مرکز میلگردهای رکابیه؟؟؟یا فاصله اینور تا اونور میلگرد رکابی؟یعنی ما در طول دیوار میلگرد رکابی رو میزاریم بعد از بر این میلگرد رکابی تا بر اون یکی میگرد باس 300 میلیمتر باشه ؟؟؟یا نه میلگرد رکابی رو میزاریم از مرکز به مرکز میلگرد رکابی باس 300 میلیمتر باشه؟؟؟
ورود به بخش پرسش و پاسخ
  • برای ارسال دیدگاه وارد شوید یا ثبت نام کنید .
  • در دانشنامه 808 بیشتر بخوانید ...

    تقویم آموزشی

    21 اسفند 1399
    موسسه آموزش عالی مهر اروند
    5 خرداد 1400
    موسسه آموزش عالی وحدت
    31 تير 1400
    دانشگاه جامع علمی کاربردی سازمان همیاری شهرداری ها

    موسسه 808 نماینده موسسات جهانی در ایران

    پکیج استثنایی 808