اتصالات پیچ و مهره سازه های فولادی

چکیده:
یکی از مهم ترین اجزای سازه های فولادی که وظیفه ی انتقال نیروهای اعضا به یکدیگر و به تکیه گاه ها را بر عهده دارد، اتصالات میان اعضا می باشد. اتصالات پیچی به دلیل سرعت بسیار بالا در اجرا و اطمینان از رفتار آن ها به گونه ی مورد انتظار و شکل صنعتی مطلوب ساخته سازه ای، از بهترین انواع اتصال در سازه های فولادی بوده که در سال های اخیر مورد توجه فراوان قرار گرفته است. اما، در روند ساخت این نوع سازه ها، با توجه به تکنولوژی تولید و ساخت در کشور ما، مواردی از عدم اجرای دست و اصولی دیده می شود. در این مقاله تلاش شده است تا با گرداوری نکات آیین نامه ای و روند تولید با توجه به فرآوری و تکنولوژی موجود، نکاتی را در طراحی، اجرا و از همه مهم تر بازرسی سازه های فولادی با اتصالاتی پیچی ارایه گردد.

واژگان کلیدی: اتصالات سازه های فولادی، عملکرد اصطکاکی و اتکایی، پیش تنیدگی، آزمایش های پیچ و مهره ای

پیشگفتار

اتصالات در همه ی سازه ها از جمله ساز های فولادی یکی از اجزای سازه بوده و عامل اصلی یکپارچگی سیستم های سازه ای می باشد. به طور کلی تعریف نوع قاب نیز بر اساس نوع و رفتار اتصال صورت میگیرد. یک اتصال ضعیف و نامناسب می تواند منجر به یک سری زوال های پی در پی و بنیادی در سازه های فولادی گردد. از آن جا که زوال دیگر اعضای سازه ای خیلی کم اتفاق می افتد، بسیاری از زوال های سازه ای ناشی از طراحی ضعیف اتصالات و یا ضعف در جزییات اجرایی می باشد که با اندکی دقت در نحوه ی شکست بیشتر سازه های فولادی تحت بارگذاری های گوناگون، قابل مشاهده است که ضعف اتصال چگونه می تواند عاملی بسیار تعیین کننده در خرابی سازه های فولادی باشد.

انواع عملکرد اتصالات پیچی:

انواع اتصال های پیچی: به طور کلی دو فلسفه در عملکرد اتصالات پیچی که عبارتند از: اتصال اتکایی و اتصال اصطکاکی.

۱-۲٫ عملکرد اتصال اتکایی: در عملکرد اتکایی، پیچ درون سوراخ صفحات اتصال قرار می گیرد و مهره بسته می شود. هنگامی که بار خارجی به پیچ وارد میشود، قطعات اتصال لغزش پیدا می کنند که در اثر آن، یک نیروی فشاری به لبه های اتصال وارد می شود که تبدیل به نیروی برشی در پیچ می گردد. این اتصال تنها برای حالت بارگذاری ثقلی می باشد و در طرح لرزه ای نباید از این نوع عملکرد در اتصال استفاده نمود. در این نوع اتصال هیچ نیروی پیش تنیدگی در پیچ ایجاد نمی شود و برای اجرای این اتصال، تنها سفت کردن پیچ به وسیله ی کارگر کفایت می کند.

۲-۲٫ عملکرد اتصال اصطکاکی: هنگامی که پیچد درون سوراخ صفحات اتصال قرار می گیرد، علاوه بر مهره باید از واشر نیز استفاه نمود. باید توجه شو که واشر مصرفی در اتصال اصطکاکی نباید از نوع واشر فنری باشد بر اساسا بند ۱۰-۳-۵-۳ مبحث دهم ویرایش ۱۳۸۷، در طراحی لرزه ای تنها باید از این فلسفه ی طراحی در اتصال استفاده شود. به عبارتی دیگر، در رطاحی همه ی اتصالات قاب های خمشی و قاب های دوگانه و نیز اتصالات بادبندی و وصله ی ستون های باربر جانبی در قاب های ساده باید از این نوع عملکرد استفاده نمود. در این نوع اتصال، علاوه بر سفت کردن نخستین پیچ، باید به مقداری که در طراحی مشخص شده است، نیروی پیش تنیدگی نیز در پیچ ایجاد شود. با اعمال نیروی پیش تنیدگی، در پیچ تحت کشش قرار گرفته و با اعمال بار، بین صفحات اتصال اصطکاک به وجود می آید که باعث عدم لقی و کارکرد کامل اتصال می شود. باید در نظر داشت که شکل پیچ در اتصال اصطکاکی با شکل پیچ در اصتلا اتکایی متفاوت است. به طوری که پیچ های اتصال اصطکاکی دارای سرپیچ بزرگتر هستند.

۱-۲-۲-: زمانی که یک پیچ بر مقاومت بدون کشش اولیه، تحت اثر نیروی کششی خارجی قرار می گیرد، نیروی کششی درون پیچ با نیوی اعمال شده برابر می گردد. در صورتی که پیچ پییش تنیده (پیش کشیده) شده باشد، درصد بسیار زیادی از نیروی کششی خارجی صرف ایجاد نیروهای فشاری و یا گیره ای اعمال شده به اجزای اتصال می شود. به دلیل آن که به طور معمول کشش به وجود آمده در پیچ های پرمقاومت ناشی ا نیروی کششی خارجی در لحظه ی جدا شدن قطعات از یکدیگر نزدیک به ده درصد بیش از کشش در آغاز بارگذاری می باشد، لذا باید همه ی پیچ هایی که تحت اثر کشش مستقیم قرار دارند، پیش کشیده شوند.

۲-۲-۲-: الزامات ضریب اصطکاک سطوح فولادی در اتصالات اصطکاکی: به طور کلی اصطکاک حاصل دو عامل می باشد، یکی زبری سطح و دیگری نیوی پیش تنیدگی. در طراحی فرض بر رنگ نشدن و وجود زبری مناسب سطوح اتصال می باشد، در نتیجه هنگامی که قطعات نصب می شوند، باید همه ی سطوح اتصال (شامل سطوح مجاور سرپیچ ها و مهره ها) از قسمت های پیوسته شده و دیگر مواد زاید عاری بوده و به ویژه سطوح تماس اتصالات اصطکاکی باید به طور کامل تمیز باشد و اثری از پوسته ی زنگ، رنگ، لاک، انواع روغن و مصالح دیگر در آن ها وجود نداشته باشد. بنابراین پس از این که اتصال به وجود آمد، محل همه ی پیچ های بسته شده رنگ آمیزی می شود.

۳-۲٫ محدودیت های اتصالات پیچی: بر اساس فصل ۱۰-۱-۱۰ مبحث دهم، برای اتصالات زیر باید از اتصال اصطکاکی با پیچ پرمقاومت یا اتصال جوشکاری شده استفاده شود:

۱-۳-۲- وصله ی ستون ها در سازه های با ارتفاع ۶۰ متر و بیشتر.

۲-۳-۲ وصله ی ستون ها در سازه های با ارتفاع بین ۳۰ تا ۶۰ متر در صورتی که نسبت بعد کوچک پلان به ارتفاع در آن ها از ۴۰ درصد کمتر باشد.

۳-۳-۲٫ وصله ی ستون ها در سازه های با ارتفاع کمتر از ۳۰ متر در صورتی که نسبت بعد کوچک پلان به ارتفاع در آن ها از ۲۵ درصد کمتر باشد.

۴-۳-۲٫ در سازه های با ارتفاع بیش از ۴۰ متر، برای اتصال همه ی تیرها و شاه تیرها به ستون ها و یا اتصالات هر نوع تیر یا شاه تیری که مهار ستون ها با آن ها مرتبط باشد.

۵-۳-۲٫ همه ی سازه هایی که جرثقیل های با ظرفیت بی از ۵ تن تحمل می کنند. وصله ی خرپاها یا تیرهای شیب دار سقف، اتال خرپاها به ستون ها، وصله ی ستون ها، مهار ستون ها، مهار زانویی بین خرپای تیر سقف و ستون و تکیه گاه های جرثقیل مشمول این امر می باشند.

۶-۳-۲- در اتصالات تکیه گاه های اعضایی که ماشین های متحرک یا بارهای زنده از نوعی را تحمل می کنند که تولید ضربه و یا معکوس شدن تنش ها را به همراه داشته باشند.

۷-۳-۲٫ هر اتصال دیگری که در نقشه های طرح و محاسبه قید شده باشد.

تاریخچه پیچ و مهره در ایران
تاریخچه پیچ ومهره در [[ایران]] قدمت پیچ و مهره در [[ایران]] نزدیک به یک قرن می‌باشد ولی از سال۱۳۲۰ رسمیت پیدا کرده است. از جمله بنیانگذاران صنف پیچ و مهره در [[ایران]] می‌توان به آقای ”’ابوالفتاح اعتصامی”’ اشاره نمود که نسبتی هم با شاعره پر آوازه ایران خانم [[پروین اعتصامی]] داشته و نزدیک به ۷۰ سال پیش در این صنف فعالیت داشتند و خدمات بسیار شایانی هم از خود به جای گذاشتند.
اولین بار در سال ۱۳۳۳ دستگاه‌های تولید پیچ و مهره توسط شخصی به نام آقای ارجمند وارد [[ایران]] شد. در آن زمان پیچ و مهره به صورت پرسی و پرچ تولید می‌شد و با این کیفیتی که الان در [[بازار]] موجود است وجود نداشت. قبل از تشکیل اتحادیه‌ها ابتدا پیچ و مهره، یراق آلات و ابزار با هم به صورت صنف همگن فعالیت می‌کردند تا اینکه در سال ۱۳۵۱ با تشکیل اتحادیه ابزار، پیچ و مهره هم زیر مجموعه اتحادیه [[ابزار]] قرار گرفت. در ابتدای [[انقلاب اسلامی]] مجموعه۳۰–۲۵ واحد صنفی وجود داشت که خوشبختانه در سال ۱۳۸۵ با تشکیل اتحادیه پیچ و مهره این رقم به ۳۰۰ واحد صنفی رسید و امروز نزدیک به ۸۰۰ واحد صنفی در [[تهران]] وجود دارد که تحت پوشش اتحادیه مذکور در توزیع این کالای حیاتی نقش بسزایی دارند.

پیچ

پیچ نوعی از اتصالات است که به صورت استوانه ای رزوه شده می باشد که معمولا از جنس فلزی یا فولادی می باشد
<ref>http://tehranpich.com/ES/ProdGroupsDesc.aspx?ParentID=1&PGLevel=1&PGPath=1&CountryID=-1</ref>
== انواع رزوه پیچ ==
نوع خط الراس های حلزونی یا نوع رزوه به صورت رزوه مثلثی ، رزوه مربعی ، رزوه ذوزنقه ای و رزوه نیم دایره ای و غیره میباشد که سطح استوانه پیچ را احاطه کرده است
== موارد استفاده پیچ ==
پیچ ها (screw ) گاهی اوقات برای محکم کردن درون سطحی فرو میروند که نوک رزوه تیزی دارند
گاهی اوقات نیز پیچ ( bolt ) با مهره مناسب به صورت نری و مادگی برای اتصال قطعات به یکدیگر استفاده میشود
== انواع گل پیچ ==
سر پیچ یا اصطلاحاً گل پیچ انواع مختلفی دارد نظیر سر شش گوش ، سر چهار گوش ، خزینه آلنی ، خزینه پیچ گوشتی خور ، اتاقی ، بدون سر ، تی ، سر پهن ، سر سوراخدار ، بکسی
== کاربرد پیچ ==
پیچ کاربرد فراوانی در زندگی روزمره بشر دارد و طیف استفاده از آن در صنعت و زندگی روزمره بشری بسیار گسترده است نظیر استفاده از پیچ در پریز برق یا استفاده از پیچ پالایشگاه های صنعتی یا استفاده از پیچ در صنایع پزشکی یا استفاده از پیچ در صنعت خودروسازی و …
== انواع پیچ ==
طیف گسترده ای از پیچ نظیر سر شش گوش ، آلنی ، سر مته ای ، اتاقی ، استوانه ای ، سر خزینه ، خروسکی ، چوب ، ام دی اف ، سر چهار گوش و غیره وجود دارد
== تاریخچه پیچ ==
[[File:پیچ تی.jpg|thumb|پیچ تی]]
در حالی که فرضیه‌های جدید، پیچ ارشمیدس (که نوعی پمپ برای انتقال آب و به شکل پیچ بوده) را به سِناخِریب یا [[سن‌ناشریب]] (۷۴۵–۶۸۱ پیش از میلاد)، پادشاه آشور نسبت می‌دهند، یافته‌های باستان‌شناسی و شواهد تصویری تنها در دوره هلنی ۱پدیدار می‌شوند و نظرات متداول هم بر یونانی بودن اختراع مذکور تأکید دارد و احتمالاً مربوط به قرن سوم قبل از میلاد و توسط [[ارشمیدس]] می‌باشد. اگرچه آن مستندات شبیه یک پیچ است اما در معنای معمول کلمه یک پیچ نیست.
پیچ بعدها توسط ریاضی‌دان یونانی آرشیتاس تارنتوم توصیف شد (۳۵۰–۴۲۸ قبل از میلاد). تا قرن اول قبل از میلاد، پیچ‌های چوبی عموماً در مناطق مدیترانه ایی برای صنایعی نظیر روغن گیری و شراب سازی به کار می‌رفت. از پیچ‌های فلزی به عنوان وسیله‌ای برای بستن اتصالات به دلیل کمیاب بودن کمتر در اروپای قبل از قرن ۱۵ استفاده می‌شد.
رایبنسکی۲ اشاره می‌کند که پیچ‌های چرخشی در قرون وسطی وجود داشته‌اند، اگرچه احتمالاً تا سال ۱۸۰۰ کاربرد گسترده ایی نداشته‌اند.
انواع اتصالات (از جمله میخ و خار، چفت و بست و زبانه‌ها و…) با شکل‌های متنوع خود، تا قبل از گسترش پیچ‌های چرخشی بیشتر در نجاری و آهنگری کاربرد داشته‌اند تا در ماشین آلات صنعتی. همچنین پیش از اواسط قرن ۱۹، چفت‌هایی با خار و پرچ، در کشتی سازی به کار می‌رفتند.
پیچ فلزی تا زمانی که ابزار ماشینی برای تولید انبوه تا پایان قرن ۱۸ گسترش نیافته بود، به عنوان بست کاربرد عمومی پیدا نکرده بود. این پیشرفت در دهه ۱۷۶۰ و ۱۷۷۰ توسط دو رویداد جداگانه که به سرعت با هم پیوند خوردند، شکوفا شد. اولین رویداد، تولید انبوه پیچ‌های چوب (به معنای پیچ‌های فلزی برای اتصال چوب) جهت امور تخصصی، تک منظوره و ماشین‌های تولید با ظرفیت بالا و کم هزینه بود و دیگری تولید پیچ در مدل‌های متنوع (با توجه به نیاز روزانه در ماشین آلات صنعتی) بود.

اولین اتفاق توسط برادران وایت (ژاب و ویلیام) در استافورد شایر بریتانیا رخ داد؛ که در ۱۷۶۰ دستگاهی را که امروزه ممکن است ما آن را به عنوان دستگاه تولید پیچ اولیه و ابتدایی بشناسیم، به ثبت رساندند. این دستگاه برای تبدیل پیچ‌های هرز به پیچ‌های مطلوب استفاده می‌شد و شیار آن توسط یک سوهان چرخنده، زمانی که محور اصلی ساکن بود بریده می‌شد. اما تا سال ۱۷۷۶ برادران وایت موفق به راه‌اندازی کارخانه پیچ چوب نشدند. تجارت آن‌ها با شکست مواجه شد اما مالکان جدید به آن رونق بخشیدند و در سال ۱۷۸۰، آن‌ها روزانه ۱۶۰۰۰ پیچ در روز تنها توسط ۳۰ کارگر، تولید می‌کردند. نوعی از تولید صنعتی با خروجی زیاد که امروزه به تولید مدرن شهرت دارد ولی در زمان خود یک انقلاب محسوب می‌شد.
در سال ۱۷۷۷ ابزار ساز انگلیسی جسی رامزدرن در حال کار برای حل مشکل بریدن پیچ، اولین دستگاه تراشکاری پیچ را به صورت موفقیت آمیزی اختراع کرد. مهندس انگلیسی به نام هنری مادسلای (۱۸۳۱–۱۷۷۱) با توسعه دستگاه تراشکاری پیچ خود در بین سال‌های (۱۸۰۰–۱۷۹۷) به شهرت رسید که شامل سه جزء اساسی پیچ سربی، بخش تنظیم برش و سیستم زنجیری چرخ دنده بود که همگی به نحوی مناسب برای ماشین‌های صنعتی مورد استفاده قرار گرفتند. او توانست بین اختراع برادران وایت و رامزدرن نوعی یکپارچگی که برای تولید پیچ چوب به کار می‌رفتند بوجود آورد. این تصور که جیمز ناسمیث آنچه را که مادسلای اختراع کرده بود همگانی کرده است اشتباه است. اگرچه دستگاه تراشکاری وی به محبوبیت آن کمک کرده است.

این پیشرفت‌ها در بین سال‌های ۱۸۰۰–۱۷۶۰ توسط برادران وایت و مادسلای به موضوعی قابل بحث در بین صنعتگران بزرگ به دلیل افزایش قابل توجه اتصالات پیچی تبدیل شد. یکسان‌سازی شکل‌های پیچ تقریباً بلافاصله شروع شد اما به سرعت تکمیل نشد. پیشرفت‌های بعدی برای تولید انبوه در طول قرن ۱۹ با کاهش قیمت این پیچ‌ها ادامه یافت. بطوریکه با گسترش و توسعه دستگاه تراشکاری در سال ۱۸۴۰ و دستگاه‌های اتوماتیک پیچ در سال ۱۸۷۰ به طرز قابل توجهی از هزینه تولید اتصالات پیچی توسط ماشین‌های تولید اتوماتیک کاسته شد.
در طول قرن ۱۹متداول‌ترین شکلهای سرپیچ (مدل پیچ‌های نوک تیز) پیچ‌های چاک دار، مربعی و شش گوش بودند. تراشیدن این مدل‌ها راحت و به اندازه کافی نیز کاربری داشتند. رابینسکی اختراعات زیادی در رابطه با پیچ‌های نوک تیز انجام داد اما به دلیل مشکلات و هزینه بالا در آن زمان به ثبت نرسید. در ۱۹۰۸ رابرتسون کانادایی، اولین کسی بود که پیچ آلنی را با طراحی درست و عملکرد واقعی با قالب گیری فلز سرد به اندازه مناسب بجای اینکه با قیچی بریده شود یا در جاهای ناخواسته قرار بگیرد تولید کرد (با ابعاد و زوایای تیزتر و باریک‌تر) که سرش به آسانی اما دقیق کوبیده می‌شد. در سال ۱۹۱۱ پیچ شش گوش تولید شد. در اوایل سال ۱۹۳۰ پیچ چهارسو خور (Phillips-head) توسط هنری فیلیپ اختراع شد.
استاندارد ISO تولید پیچ در اواخر سال ۱۹۴۰ برای بهبود فرم‌های تولید پیچ طراحی شد.
همچنین در پایان لازم است ذکر شود که یکی از پیشرفت‌های فنی قابل توجه که منجر به انقلاب صنعتی در اواخر قرن نوزدهم گردید استفاده از پیچ‌های مناسب برای کنترل و حفظ تعادل اجسام بجای چفت و بست کردن و اتصالات غیراصولی بود. پیچ‌ها انواع مختلفی دارند ولی دو نوع ساده و زاویه دار آن (conical) بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند.
[[پرونده:screws.jpg|frame|انواع پیچ در مقایسه با یک سکه ۲۵ سنتی دلار آمریکا (به قطر ۲۴ میلیمتر).]]*.<ref>http://www.tehranpich.com/history/Pich.aspx</ref>

== تاریخچه پیچ و مهره در ایران ==
تاریخچه پیچ ومهره در [[ایران]] قدمت پیچ و مهره در [[ایران]] نزدیک به یک قرن می‌باشد ولی از سال۱۳۲۰ رسمیت پیدا کرده است. از جمله بنیانگذاران صنف پیچ و مهره در [[ایران]] می‌توان به آقای ”’ابوالفتاح اعتصامی”’ اشاره نمود که نسبتی هم با شاعره پر آوازه ایران خانم [[پروین اعتصامی]] داشته و نزدیک به ۷۰ سال پیش در این صنف فعالیت داشتند و خدمات بسیار شایانی هم از خود به جای گذاشتند.
اولین بار در سال ۱۳۳۳ دستگاه‌های تولید پیچ و مهره توسط شخصی به نام آقای ارجمند وارد [[ایران]] شد. در آن زمان پیچ و مهره به صورت پرسی و پرچ تولید می‌شد و با این کیفیتی که الان در [[بازار]] موجود است وجود نداشت. قبل از تشکیل اتحادیه‌ها ابتدا پیچ و مهره، یراق آلات و ابزار با هم به صورت صنف همگن فعالیت می‌کردند تا اینکه در سال ۱۳۵۱ با تشکیل اتحادیه ابزار، پیچ و مهره هم زیر مجموعه اتحادیه [[ابزار]] قرار گرفت. در ابتدای [[انقلاب اسلامی]] مجموعه۳۰–۲۵ واحد صنفی وجود داشت که خوشبختانه در سال ۱۳۸۵ با تشکیل اتحادیه پیچ و مهره این رقم به ۳۰۰ واحد صنفی رسید و امروز نزدیک به ۸۰۰ واحد صنفی در [[تهران]] وجود دارد که تحت پوشش اتحادیه مذکور در توزیع این کالای حیاتی نقش بسزایی دارند.<ref>http://www.tehranpich.com/history/historyboltiran.aspx</ref>

== منابع ==
{{پانویس}}{{داده‌های کتابخانه‌ای}}

[[رده:اتصالات]]
[[رده:پیچ‌ها]]
[[رده:چوب‌کاری]]
[[رده:درودگری]]
[[رده:فلزکاری]]
[[رده:ماشین‌های ساده]]
[[رده:مقاله‌های دانشنامه رشد]]