اتصالات پیچ و مهره سازه های فولادی
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.

آشنایی با روش های تولید پیچ:

۱-۳٫ روش های نورد و ساخت پیچ: پیچ ها به طور کلی به دو روش فورج سرد و فورج گرم تولید می شوند. روش فورج سرد دارای عیوب کمتر و کیفیت بهتری نبست به فورج گرم می باشد. همچنین باید دانست که در حال حاضر در کشور ما، تنها تا سایز M24 به روش فورج سرد تولید می شود که به این نکته در طراحی باید توجه نمود.

۲-۳٫ روش های پوشش دهی پیچ بر اساس ASTM: ممکن است پس از ساخت، پیچ ها برای جلوگیری از خوردگی پوشش دهی شوند. روش های پوشش دهی عبارتند از:

الف_ پوشش گالوانیزه ی سرد یا الکترولیز،

ب- پوشش گالوانیزه ی مکانیکی (که در ایران کمتر تکنولوژی آن وجود دارد).

پ – پوشش گالوانیزه ی گرم یا غوطه وری گرم

ت- پوشش غیر گالوانیزه یا رنگی.

آیین نامه ی ASTM به طور اکید توصیه می کد که برای پیچ های رده ی ۱۰٫۹ از هیچ پوشش فلزی استفاده نشود، چرا که امکان به وجود آمدن ترک های هیدروژنی در پیچ وجود خواهد داشت. در نتیجه باید توجه داشت که در محیط های خورنده از پوشش های غیر گالوانیزه با گالوانیزه در مرحله ی اسیدشویی ست که باعث فعال شدن یون هیدروژن در فولاد پیچ می شود، در حالی که در روش غیرگالوانیزه، از روش شات بلاست یا پاشش ریزدانه ی فولادی به جای اسیدشویی استفاده می شود.

آزمایش های پیچ، مهره و واشر:

به طور کلی آزمایش های زیر برای ست پیچ و مهره و واشر انجام می شود:

۱-۴٫ آزمایش های ابعادی

۲-۴٫ آزمایش های متالوژیکی

۳-۴٫ آزمایش های مکانیکی

۴-۴٫ آزمایش های پوشش مقاوم خوردگی

آزمایش های ابعادی و نیز متالوژیکی در هنگام تولید پیچ و مهره و واشر، در کارخانه ی سازنده انجام می شود. آزمایش های مکانیکی پس از تولید پیچ و مهره و واشر، در کارخانه ی سازنده یا آزمایشگاه های مقاومت مصالح انجام می گیرند. آزمایش های مکانیکی برای مهندسان طراح و بازرسان دارای اهمیت می باشد. به طور کلی آزمایش های مکانیکی شامل آزمایش های کشش، سختی سنجی و ضربه می شود. آزمایش کشش خود شامل سه نوع آزمایش می شود که عبارتند از : آزمایش بار گواه، آزمایش کشش گوه ای بر روی نمونه ی کامل و ازمایش کشش بر روی نمونه ی ماشین کاری شده.

۱-۴-۴٫ آزمایش ضربه: در آزمایش ضربه که به آن تاب نمونه ی زخم دار نیز می گویند، یک نمونه از مصالح مورد استفاده را برداشته، به کمک دستگاه پاندول دار و سقوط آزاد پاندول، قطعه شکسته شده و خمیزان انرژی جذب شده ی آن را اندازه گپیری می کنند. آزمایش ضربه برای پیچ اجباری نیست اما در صورت امکان باید آن را انجام داد.

۲-۴-۴٫ آزمایش کش: این آزمایش از آزمایش های بسیار معمول باری پیچ می باشد. در آزمایش کشش، پس از بستن کامل پیچ با یک مهره از رده ی مقاومتی بالاتر بر روی دستگاه کشش، با سرعتی مناسب پیچ تا حد تنش تسلیم زیر کشش قرار گرفته و سپس به مدت ده ثانیه در همین حالت باقی می ماند سپس بار کششی از روی پیچ برداشته می شود. در این آزمایش هیچ گونه شکست یا افزایش طول همیشگی در پیچ نباید وجود داشته باشد.

۳-۴-۴٫ آزمایش کشش گوه ای: پس از آزمون کشش این آزمایش بر روی پیچ انجام می شود. الزام آیین نامه برای انجام آزمایش کشش بر روی نمونه ی کامل و واقعی پیچ و مهره ی استفاده شده در پروژه است، مگر در مورادی که محدودیت ظرفیت دستگاه آزمایش وجود دارد و یا طول پیچ خیلی کوتاه است که در این حالت از نمونه ی ماشین کاری شده استفاده می شود. در این آزمایش باید دست کم به مقدار چهار رزوه ی کامل از پیچ بین فک های دستگاه قرار بگیرد. حداکثر سرعت دستگاه نباید از mm/min 25 بیشتر باشد. شکست به وجود آمده تنها باید در بدنه ی پیچ باشد و در صورت بروز شکست در محل اتصال سرپیچ به بدنه، حتی اگر به مقاومت مورد نیاز نیز رسیده باش، نمونه مورد پذیرش نیست. این شکست در پیچ های ساخته شده به روش فورج گرم بیشتر مشاهده می شود و بر همین اساس تا حد امکان باید از پیچ های ساخته شدهبه روش فوج سرد استفاده شود. از آن جایی که در ایران و در حال حاضر تنها تا قطر M24 به روش فورج سرد تولید می شود، در طراحی باید تلاش نمود تا از قطرهای بالاتر ازاستفاده نشود.

۴-۴-۴- آزمایش سختی سنجی: این آزمایش در رده ی آزمایش های غیرمخرب پیچ بوده و برای آگاهی از میزان سختی قطعه و برابری آن با مقدار استاندارد انجام می شود. سختی سنجی برای بخش انتهایی، سطح صاف بدنه و سطح صاف سرپیچ انجام می شود. به طور کلی از سه روش برای آزمون سختی سنجی استفاده می شود که عبارتند از: روش برینل، روش راکول و روش ویکرز.

۵-۴-۴٫ برای مهره از آزمایش کشش استفاده نمی شود و تنها ازآمایش های بار گواه و سختی سنجی بر روی مهره ها انجام می گیرد. برای واشر نیز تنها آزمایش سختی سنجی انجام می شود.

۶-۴-۴٫ جهت انجام آزمایش های لازم برای پیچ و مهره و واشر، باید تعداد نمونه ی لازم بر اساس جدول موجود در نشریه ی ۲۶۴ (آیین نامه ی اتصالات) استفاده شود. باید دانست که از این جدول تنها می توان تعداد نمونه جهت انجام آزمایش برای پیچ ای پوشش دهی شده به هر دو روش گالوانیزه و غیر گالوانیزه را ارایه داده است که برابر جدول زیر می باشد:

۵-۴٫ تعریف محموله ی تولیدی: به محصولاتی که از نپز ابعادی دارای مشخصات یکسان بوه و همه ی آن ها از یک شماره ی ذوب تولیدی مواد اولیه ساخته شده باشند یک محموله ی تولیدی یا یک بج می گویند. در نتیجه، برای انجام آزمایش های لازم پیچ، مهره و واشر، تعداد نمونه بر اساس هر یج تعریف می شود.

مشخصات پیچ های تولیدی در ایران:

۱-۵: تنش گسیختگی FU در پیچ که با توجه به نحوه ی تولید پیچ های پرمقاومت در ایران، طراحان باید به مورد مهمی در طراحی سازه توجه کند. در تولید پیچ، به دلیل استفاده ی تولیدکنندگان از فن آوری و تجهیزات آلمانی، آیین نامه ی مرجع DIN آلمان می باشد، اما آیین نامه ی طراحی براساس مبحث دهم، برگرفته از علایم استانداردهای آمریکایی می باشد. در آیین نامه های آمریکایی، رده ی پیچ بر اساس مقاومت طبقه بندی شده است در حالی که در آیین نامه های آلمانی بر اساس شکل عملکرد پیچ دسته بندی صورت گرفته است. طراح باید به این نکته توجه داشته باشد که در محاسبات و نیز نقشه ها از علامت های آلمانی استفاده کنند چرا که پیچ موجود در بازار ایران بر این اساس می باشد.

۱-۱-۵ دسته بندی پیچ براساس مبحث دهم از مقررات ملی ساختمان براساس جدول زیر است:

کد پیچ

استحکام کششی نهایی Fu

تنش مجاز کششی Fy

A307

۴۲۰۰ kg/cm

۳۰۰۰ kg/cm

A 325

d < 25.mm.8250 kg/cm

d < 25 m.m , 6400 kg/cm

d>25mm,7250 kg/cm

d< 25mm,5600 kg/cm

A 490

۱۰۰۰۰ kg/cm

۹۰۰۰ kg/cm

کد پیچ

ردهی مقاومت

استحکام کششی

تنش مجاز کششی F

نوع عملکرد

مقدار رزوه

DIN931

۸٫۸

۸۰۰۰ KG/CM

۶۴۰۰ KG/CM

اتکایی

نیم روزه

۱۰٫۹

۱۰۰۰۰ KG/CM

۹۰۰۰ KG/CM

DIN933

۸٫۸

۸۰۰۰kg/cm

۶۴۰۰ kg/cm

اتکایی

تمام روزه

۱۰٫۹

۱۰۰۰۰ kg/cm

۹۰۰۰ kg/cm

DIN6914-HV

۱۰٫۹

۱۰۰۰۰ kg/cm

۹۰۰۰kg/cm

اصطکاکی

نیم رزوه

۲-۵: تعریف رده ی مقاومتی پیچ: رده ی مقاومتی در پیچ ها براساس DIN با سه عدد ۱۲٫۹,۱۰٫۹,۸٫۸ تعریف شده است که در ایران رده ی ۱۲٫۹ تولید نمی شود. البته این آیین نامه رده های مقاومتی ۵٫۶,۴٫۶ را نیز برای پیچ های معمولی تعریف نموده است. از آن جا که با توه به بند ۱۰-۳-۵-۳ مبحث دهم ویرایش ۱۳۸۷، در اتصالات لرزه ای تنها باید از پیچ های پرمقاومت استفاده شود، این نوع پیچ ها در طراحی اتصالات اصطکاکی کاربردی ندارد، ضمن آن که تولید این نوع پیچ نیز در کشور ما بسیار محدود می باشد. این عدد معرف مقدار تنش جاری شدن و تنش گسیختگی پیچ می باشد. به عنوان مثال، در رده ی مقاومتی ۸٫۸، منظور از ۸ اول حداقل مقاوت نهایی پیچ برابر ۸۰۰۰ Kg/m و منظور از ۸٫ مقدار تنش جاری شدن پیچ برابر با ۰٫۸*۸۰۰۰=۶۴۰۰ Kg/cm می باشد.

آشنایی با وسایل بستن و پیش تنیدگی در اتصالات:

۱-۶٫ وسایل دستی: این ابزار شامل آچار رینگی، بست (Spanner) و ابزاری از این دست بوده که بیشتر برای بستن پیچ ها در اتصلاات اتکایی کاربرد دارد. این ابزار برای پیش تنیدگی اتصالات اصطکاکی کاربردی ندارد.

۲-۶٫ وسایل ماشینی: چون یک کارگر تانایی لازم برای پیش تنیدگی پیچ های اتصالات اصطکاکی را ندارد، به ناچار باید از وسایل ماشینی برای این مقصود استفاده نمود. این وسایل امل ابزار مختلفی ست که پرکاربردترین آن ها عبارتند از:

۱-۲-۶ آچار هیدرولیک: این وسیله با فشار روغن کار کرده و در سازه های فولادی کاربرد زیادی نداشته و بیشتر در مخازن تحت فشار استفاده می شود.

۲-۲-۶ آچار بادی: در کشور ما، برای سازه های فولادی بیشتر از این وسیله استفاده می شود. این ویسله دارای انواع و اندازه های گوناگون بوده و کارکردن آن با فشار زیاد می باشد. به همین دلیل باید از کمپرسور باد برای تامین نیروی آن استفاده نمود. در این روش با استفاده از باد پرفشار و ضربه زدن، پیچ ها سفت می شود.

۳-۲-۶ آچار برقی: این وسایل همان گونه که از نامشان پیداست با برق کار می کند. این ابزار در کشور ما رایج نیست که شاید به دلیل گرانی ابزار و هزینه ی تامین و نگهداری بالا باشد.

۳-۶٫ به طور کلی به ابزار سفت کردن و پیش تنیدن پیچ ها Impactor گفته می شود می شود نکته ی مهم هنگام استفاده از این ابزار عدم آگاهی از میزان گشتاور ایجاد شده و میزان پیش تنیدگی پیچ می باشد که مورد بسیار مهمی در زمینه ی ایجاد یک اتصال درست در هنگام اجراست.

۱-۳-۶: ترک متر (Torque Meter): همان گونه که اشاره شد، با ساتفاده از ابزار دستی یا ماشینی برای سفت کردن پیچ ها ی اتصال سازه، نمی توان میزان گشتاور ایجاد شده و پیش تنیدگی حاصل از آن را به دست آرد. برای رسیدن به پیش تنیدگی در پیچ های یک مجموعه اتصال، باید میزان گشتاور پیچشی مشخص شود که برای این کار از وسیه ای به نام ترک متر استفاده می شود. این وسیله دارای نشانگری ست که به کمک آن می توان مقدار گشتاور پیچشی وارد بر پیچ را اندازه گیری نمود.

۲-۳-۶: چندکاره (MultiPlayer): در مورد پیچ های تا سایز M20 (سایزهای پایین) می توان انتظار داشت که نیروی یک کارگر معمولی توان سفت کردن آن را داشته باشد، اما، برای سایزهای بزرگتر از آن که نیروی کارگری تامین کننده ی میزان سفت شدگی نیست، باید از دستگاه چندکاره که در اصطلاح به آن مولتی پلایر گفته می شود استفاده نمود. این دستگاه دارای انواع گوناگونی است که براساس شاخصه ی نسبی با افزایش نیوی دست کارگر تقسیم بندی شده است. به عنوان مثال، مولتی پلایر، ۱:۲ میزان نیروی دست کارگر را دو برابر و ولتی پلایر ۱:۵ میزان نیروی دست کارگر ار پنج برابر می کند.

۳-۳-۶: به طور ممول در پروژه های ساخمانی، از ترکیب ترک متر و مولتی پلایر برای سفت کردن و پیش تنیدن پیچ های اتصالات سازه های فولادی استفاده می شود.

روش های پیش تنیدن در پیچ های اتصالات فولادی:

استانداردهای گوناگون هر کدام روش هایی را برای پیش تنیدگی پیچ ها معرفی کرده و به رسمیت شناخته اند. یکی از معتبرترین استانداردها در این زمینه، استاندارد کمیه ی RCSC که از کمیته های زیمجموعه ی AISC می باشد بوده و چهار روش کاربردی را برای پیش تنیدگی در پیچ معرفی نموده است:

۱-۷٫ استفاده از آچار کالیبره: در این روش به طور روزانه از هر پیچ تعداد سه نمونه ی پیچ، مهره و واشر انتخاب شده و کالیبره می شود. به منظور کالیبراسیون نمونه ها از یک دستگاه (اسکید مور ویلهلم) استفاده می شود و به کمک ترک متر میزان گشتاور مشخص براساس مشخصات نقشه ها یا جدول ۱۰و۴و۴ آیین نامه ی مبحث دهم تنظیم شده و برای همه ی پیچ های مشابه مکاربردی در همان روز به کار گرفته می شود. نکته ی بیار مهم در عدم برابری میزان پیش تنیدگی بین پیچ ها با مقدار ی گشاور اعمال شده ی ثابت است. یعنی وقتی برایسه نمونه پیچ یک میزان گشتاور اعمال شود، مقدار نیوی پیش تنیدگی نمیاش داده شده در دستگاه اسکید مور ویلهلم متفاوت است. بررسی های نشان داده که از میزان گشتاور اعمال شده، حدود هتاد درصد صرف غلبه بر اصطکاک موجود بین رزوه ها و نیز اصطکاک بین سطح مهره بر روی واشر شده و تنها کمتر از بیست درص گشتاور اعمال شده جهت پیش تنیدگی به کار می رود. در نتیجه آیین نامه کالیبراسیون، با این روش را با توجه به دما، شرایط محیطی و مسایلی از این دست برای هر بچ به صورت روزانه بهرسمیت می شناسد.

۲-۷٫ استفاده از واشرهای ویژه (DTI Washers): این واشرها دارای برامدگی هایی ست که برای هر سیا پیچ کالیبره شده است. روش کار به این صورت است که آن را درون اتصال قرار داده و پیچ سفت شده، سپس با اعمال نیروی بیشتر تا حد پیش تنیدگی برای ن سایز، برآمدگی های روی واشر تخت می شود. پس از آن با چشم و یا با استفاده از فیلر کنترل انجام می گیرد که تخت شدگی کامل واشر نشانه ی رسیده به میزان پیش تنیدگی لازم برای پیچ می باشد. در این روش نیازی به استفاده از ترک متر نمی باشد. البته نوع دیگری از این واشرها موجود است که به جای برآمدگی دارای یک نوع کپسول سیلیکونی رنگی ست که با رسیدن به پیش تنیدگی لازم، کپسول سیلیکونی ترکیده و رنگی قرمز از خود تراوش می کند که به راحتی و با چشم، می توان پیچ های پیش تنیده را از غیر پیش تنیده تشخیص داد. به منظور اطمینان از کیفیت واشرهای DTI ، باید همه ی الزامات استاندارد ASTM F 959M در ساخت، تولید و بازرسی این قطعات به کار گرفته شده باشد.

۳-۷٫ استفاده از بولت های ویژه (Twist off Bolt): این روش که گاهی به آن TC Bolt نیز می گویند، این نوع پیچ ها دارای یک قسمت اضافی پایینی بوده که با سفت شدن کامل پیچ به وسیله ی آن آچارهای ویژه ی خود، مهره در حهت عقربه های ساعت چرخانده شده، و بخش اضافی را در خلاف حرمت عقربه های ساعت می چرخاند، که این باعث بریده شدن قسمت اضافی پایینی پیچ شده که نشانه ی پیش تنیدگی پیچ می باشد. این روش بسیار دقیق اما غیرکاربردی ست، چون نیاز به فضای کافی برای قرارگیری آچار مخصوص داشته و همچنین برای سفت کردن پیچ تنها باید از آچارهای ویژه استفاده نمود.

۴-۷٫ استفاده از چرخش مهره: در این روش ابتدا پیچ ها را تا اندازه ای که قابل سفت شدن می باشد، بسته و سپس، روی بدنه مهره و میله ی پیچ را علامت گزاری کرده، آن گاه به میزان دوری که براساس طول و قطر در آیین نامه مشخص شده، تولید کننده پیچ و مهره چرخش اضافه بر مهره اعمال می شود. طبق جدول ۱۰و۴و۲ مبحث دهم چرخش لازم برای پیش تنیده کردن پیچ ها آورده شده که تنها برای سطوح بدون شیب کاربرد دارد. برای همه ی سطوح می توان از جدول زیر استفاده نمود:

وضعیت قرارگیری سطوح اتصال بر روی هم

طول پیچ

هر دو سطح شیب دار کمتر از ۱:۲۰

یک سطح شیب دار کمتر از ۱:۲۰

سطوح روی هم بدون شیب

۳/۲ دور

۲/۱ دور

۳/۱ دور

برابر یا کمتر از چهار برابر قطر

۶/۵ دور

۳/۲ دور

۲/۱ دور

بزگتر از چهار بابر تا کوچکتر مساوی هشت برابر قطر

یک دور کامل

۶/۵ دور

۳/۲ دور

بزرگتر از هشت برابر تا کوچکتر مساوی دوازده برابر قطر

۵-۷٫ در اتصلات پیچی سوراخ ها بر روی خط مستقیم در جهت نیرو یا عمود بر آن در یک یا چند ردیف تعبیه می گردد. چنان چه تعداد سوراخ ها زیاد باشد می توان شکل قرارگیری سوراخ ها را به صورت زیگراگ اجرا نمود. فاصله ی بین سوراخ ها به صورت یکنواخت و هماهنگ با قطر سوراخ انتخاب می شود.

انواع سوراخ ها: در اتصالات پیچی براساس آیین نامه های طراحی AISC و مبحث دهم از مقررات ملی ساختمانی ایران، انواع سوراخ به شرح زیر طبق بندی می شود:

الف سوراخ استاندارد گرد

ب سوراخ بزرگ شده گرد

سوراخ لوبیایی بلند

سوراخ لوبیایی کوتاه

ث سوراخ لوبیایی (بلند یا کوتاه) عمود بر جهت نیرو

۱-۸٫ آیین نامه ی AISC در اتصالات اصطکاکی تنش های مجاز برشی برای پیچ های پرمقاومت را براساس وضعیت سطوح ورق های در حال تماس و نیز نوع سوراخ بیان می کند. آیین نامه مذکور سطوح تماسی که تمیز بوده و لایه ای از اکسید اصل از نورد گرم در روی آن قرار داشته باشد را کلاس A می نامد و برای وضعیت های مختلف سطوح طی جدولی تنش های برشی مجاز را ارائه می کند.

۲-۸٫ مبحث دهم از مقررات ملی ساختمانی ایران تنش های مجاز برشی در اصالات اصطکاکی را بر اساس نوع سوراخ بیان می نماید. سوراخ استانارد طبق تعریف آیین نامه ی ایران سوراخی است که قطر آن ۲ میلی متر از قطر پیچ بیشتر است. در حالی که آیین نامه AISC سوراخی را استاندارد می نامد که قطر ن به طور دقیق برابر قطر پیچ باشد. از نظر اجرایی تعریف آیین نامه ی AISC امکان پذیر نیست، بلکه حتما می توان گفت که تعریف آیین نامه ی ایران برای سوراخ استاندارد نیز بسیار دشوار اجرا می گردد. در نتیجه در محاسبات بیشتر محاسبان فرض را غیراستاندارد بودن سوراخ ایجاد شده در حالت اصطکاکی (با توجه به بخش ب از بند ۱۰و۱و۱۰و۳ و بند ۱۰و۳و۵و۳ ویرایش ۱۳۸۷ مبحث دهم، اتصالاتی که در سیستم لرزه بر مشارکت ندارند) گذاشته و کنترل ها را بر اساس سوراخ بزرگ در نظر می گیرند، و در اتصالات اتکایی تاکید بر استاندارد بودن سوراخ دارند، چرا که در هر حال اجرای سوراخ استاندارد در عمل کار آسانی است.

۳-۸ فاصله ی بین سوراخ ها در بازه ی مقادیری مشخص می باشد. مقدار کمینه برای فاصله ی سوراخ ها به دو جهت است، یکی جلوگیری از گسیختگی و پارگی ورق و دیگری اجرایی بودن کار و فراهم کردن فضای مناسب برای بستن پیچ، مقدار پیشینه ی سوراخ ها پیروی سه دلیل است. نخست آن که بتوان توزیع به نسبت واقعی تری از نیروی در اتصال داشته و همنواختی یکسانی آن را در پیچ ها به وجود آورد، تا فرض صلب بودن ورق تامین شود، دوم این که با کم کردن فاصله، طول موج کمانشی حاصل از نیروی فشاری را نیز به کمترین مقدار ممکن رساند از کمانش موضعی جلوگیری شود، و آخرین دلیل هم این که از باز شدن درز بین ورق های اتصال و خطر زنگ زدگی ورق جلوگیری نمود.

۴-۸٫ فاصله ی کمینه بین سوراخ ها بر اساس جدول زیر در واحد کیلوگرم سانتی متر است

۵-۸ فاصله ی کمینه ی سوراخ ها با لبه ی کناری براساس جدول زر در واحد کیلوگرم سانتی متر است:

۶-۸:مبحث دهم از مقررات میل ساختمانی ایران محدودیت های زیر را برای سوراخ های اتصالات پیچی در نظر می گیرد:

الف) سوراخ های بزرگ فقط در اتصالات اصطکاکی مجاز است.

ب) سوراخ های لوبیایی کوتاه در تمام امتدادها در اتصالات اصطکاکی مجاز هستند و در اتصالات اتکایی امتداد طولی سوراخ باید عمود بر امتداد نیرو باشد.

ب) در اتصلالات اتکایی، سوراخ های لوبیایی بلند فقط در امتداد عمود بر مسیر نیرو مجاز هستنند و در اتصالات اصکاکی فقط می توانند در یکی از ورق های اتصال و در هر امتداد اختیاری وجود داشته باشد.

۷-۸ . سوراخ های لوبیای و بزرگ به دلایل زیر در اتصالات تعبیه می شوند:

الف. در اتصالات اتکایی و یا اصطکاکی که در آن ها به دلایلی نیروی پیش تنیدگی کاهش یا حذف می شود. هنگامی که اتصال تحت بارهای دینامیکی قرار می گیرد احتمال تماس تنه ی پیچ با دیواره سوراخ در دفعات مکرر وجود دارد. تعبیه ی سوراخ های بزرگ یا لوبیایی موجب عدم تماس تنه پیچ با دیواره ی سوراخ به ویژه دراثر پدیده ی خستگی خواهد شدو

ب. تعبیه ی سوراخ های بزرگ و لوبیایی شرایط مناسب تری برای مونتاژ، تنظیم و رواداری پیچ ها در اتصال فراهم می نماید.

پ تعبیه ی سوراخ های بزرگ و لوبیایی از وقوع تنش های ناشی از دما و نیز تنش های مرتبه ی دوم جلوگیری می کند.

۸٫۸ در رابطه با قطر پیچ، باید توجه داشتدر ایران قطرهای تولید نمی شود. در نتیجه در طراحی هیچ گاه از این دو نمره نباید استفاده کرد.

جمع بندی:

۱-۱۱ با توجه به این که در حال حاضر در کشور ما قطرهای M18 و M33 تولید نمی شود، در طراحی سازه های فولادی با اتصالات پیچ و مهره، از این دو سایز نباید استفاده کرد.

۲-۱۱٫ از آن جا که سیستم تولید پیچ و مهره در کشور ما و در حال حاشر براساس استانداردهای اروپایی می باشد، از مشخات پیچ بر اساسا DIN آلمان در طراحی و نقشه ها باید استفاده نمود.

۳-۱۱٫ با توجه به سیستم تولید پیچ در ایران، در طراحی اتصالات اصطکاکی، تنها از پیچ DIN 6914-HV باید استفاده شود. که این پیچ تنها دارای رده مقاومتی ۱۰٫۹ می باشد.

۴-۱۱ . با توجه به برتری روش تولیدی فورج سرد به فورج گرم و تولید قطعات پیچ تا سایز m24 به این روش در کشور ما، تلاش باید نمود تا در طراحی ها تا حد امکان بیش از این سایز استفاده نشود. همچنین در مشخصات نقشه ها و دستور کارهای ساخت و نصب، بر خرید پیچ های با پوشش غیرفلزی (رنگی) باید استفاده نمود.

۶-۱۱٫ تا حد امکان باید کوش شود که خرید پیچ و مهره از کارخانه ی سازنده صورت گیرد تا گواهی نامه های مرغوبیت و سایر گواهی های تطابق در دسترس باشد.

۷-۱۱٫ در هنگام نمونه گیری و انجام آزمایش توسط آزمایشگاه های مقاومت مصالح، بازرسی دقیق و مستقیم صورت پذیرد.

۸-۱۱٫ با توجه به شرایط موجود، روش چرخش اضافی مهره ارزان ترین و قابل اطمینان ترین روش پیش تنیدگی در اتصالات اصطکاکی در کشور ماست

مرجع طراحی اتصالات سازه های فولادی

معرفی کتاب:

طراحی اتصالات از مهم ترین بخش های طراحی در سازه های فولادی می باشد. به طور کلی تعریف نوع قاب نیز براساس نوع و رفتار اتصال صورت می گیرد.اتصالات به سه دسته ی مفصل، نیمه صلب و صلب تقسیم می شود که دو دسته ی اتصالات مفصلی و صلب بیشترین کاربرد را در طرای سازه های فولادی دارد.

در حال حاضر، همه ی این اتصالات بیشتر به دو روش جشی و پیچی اجرا می شوند و روش پرچی اکنون متداول نمی باشد. اتصالات از نظر محل آن نیز به چند دسته تقسیم می شود مانند اتصال تیر به ستون تیر به تیر ستون به کف ستون بادبند و غیره.

طراحی و محاسبه ی یک سازه به کمک نرم افزارهای رایج صورت می گیرد که به طور عموم طراحی اتصالات در حیطه ی طراحی نرم افزاری نبوده و به روش محاسبات دستی صورت می گیرد.

کتاب مرجع طراحی اتصالات سازه های فولادی که توسط مهندس امیر تولایی و مهندس علیرضا کافیان نگاشته شده است. روش جامع طراحی اتصالات را بر اساس فرمولر گام به گام جهت سهولت دستیابی به روش محاسبات اتصالات براساس نحوی اتصالات بر مبنای محل و نیز روش اتصال و دسته بندی نوع آن به تفکیک ارایه داده است که شامل تقسیم بندی زیر می باشد:

اتصالات تیر به ستون

اتصالات مفصلی

اتصالات به کمک نبشی جان

روش اتصال جوشی

روش اتصال پیچی

اتصال بانشیمن نبشی (تقویت شده)

روش اتصال جوشی

روش اتصال پیچی

اتصال بانشیمن براکت (تقویت شده)

روش اتصال جوشی

اتصالات صلب

اتصال با ورق نشیمن به بال

روش اتصال جوشی

روش اتصال پیچی

اتصال با ورق نشیمن به جان

روش اتصال جوشی

روش اتصال پیچی

اتصال با سخت کننده ی T به جان

روش اتصال جوشی

روش اتصال پیچی

اتصال فلنجی (ورق انتهایی)

اتصال شاخه درختی در قاب صنعتی (کنج زانویی)

اتصال ساعتی در قاب صنعتی

اتصالات نیمه صلب

عوامل موثر در قیمت پیچ

قیمت پیچ و مهره:

عوامل موثر در قیمت پیچ و مهره می تواند شامل عوامل زیر باشد:
1-جنس پیچ و مهره: پیچ و مهره ممکن است بسته به شرایط پیچ و مهره آهنی ،پیچ و مهره فولادی ، پیچ و مهره مسی ،پیچ و مهره برنجی ،پیچ و مهره استنلس استیل ،پیچ و مهره آلمینیومی و یا آلیاژی خاص باشند که هر کدام از این ها زیر مجموعه ها و استاندارد های خاصی دارد. مثلا پیچ و مهره های فولادی با گرید 8.8 و 10.9 و 12.9 مشخص می گردند. تعیین جنس پیچ و مهره در سفارش کالا بسیار مهم بوده و در تعیین قیمت بسیار موثر خواهد بود. استاندارد ASTM نیزجهت تعیین جنس پیچ و مهره می تواند موثر باشد بعنوان مثال پیچ ASTM A325 معادل پیچ و مهره فولادی شش گوش گرید 8.8 و ASTM A490 معادل پیچ و مهره شش گوش فولادی گرید 10.9 ( شامل پیچ و مهره HV ) می باشد.
2-ابعاد پیچ و مهره: ابعاد پیچ و مهره شامل موارد زیر می باشد:
گل پیچ یا آچار خور پیچ: گل پیچ ممکن است آچار خور ، پیچ آلنی ، پیچ گوشتی خور و یا گرد باشد که هر کدام از آنها زیر مجموعه های خود را دارند.
ارتفاع پیچ: بر اساس استاندارد هر گل پیچ ارتفاع خاصی دارد. ممکن است گل پیچ طوری طراحی شود که پس از بسته شدن کاملا در سطح فرو برود یا بایستی برای ایجاد فشار بیشتر ضخیم تر باشد.
طول پیچ:
قطر پیچ: در واقع میزان مته یا سوراخی که پیچ قرار است در آن قرار بگیرد و نیز محاسبات مقاومتی پیچ و نیرو های وارد بر پیچ و مهره در قطر پیچ تعیین کننده است.
طول رزوه: نوع رزوه ها نیز باید تعیین شوند که معمولا دو نوع دنده میلیمتر و دهنده اینچی پر مصرف ترین هستند اما مثلا در پیچ متری رزوه کبریتی هم استفاده می شود. برخی انواع دیگر رزوه که ممکن است از هم فاصله بیشتری داشته باشند نظیر پیچ MDF یا پیچ چوب یا دنده ها به هم نزدیکتر باشند(در مورد جاهایی که پیچ لرزش بیشتری را باید تحمل کند.)
در ایران استاندارد DIN آلمان که بر روی ابعاد پیچ تمرکز بیشتری دارد استفاده فراوانی دارد بعنوان مثال پیچ DIN 933 معروف به پیچ شش گوش تمام رزوه و پیچ DIN 931 معروف به پیچ شش گوش نیم رزوه و DIN 934 مهره های مربوطه است و پیچ DIN 6914 معرف پیچ شش گوش HV با مقاومت بالا و مهره DIN 6915 معرف مهره شش گوش HV وDIN 6916 واشر تخت HV مباشد.
3-پوشش پیچ و مهره: پس از تولید پیچ یا مهره معمولا بسته به شرایطی که قرار است پیچ و مهره در آن استفاده شود پیچ و مهره را پوشش دهی می کنند ، مثلا پیچ و مهره گالوانیزه گرم در محلول روی مذاب غوطه ور گشته و بین 40 تا 90 میکرون با پوشش روی پوشش دهی می شود. ویا پیچ و مهره گالوانیزه سرد که با عملیات الکترولیز پوشش دهی می شود یا پیچ داکرومات با عملیات داکروماتایز پوشش دهی می شود. البته پوشش ها انواع مختلفی دارند که موارد ذکر شده جزو پر کاربرد ترین آنها در مورد پیچ و مهره هستند. پوشش تفلون یا آبکاری PTFE و آبکاری کادمیوم که بیشترین کاربرد آنها در صنعت پترو شیمی است.
این ها مواردی هستند که برای تعیین قیمت پیچ و مهره بسیار موثر هستند. البته ممکن است پیچ و مهره از نوعی خاص باشند که بر اساس استاندارد های موجود نباشند در این صورت بایستی نقشه دقیق به همراه میزان مقاومت پیچ جهت سفارش ساخت پیچ ارائه گردد.