ابزارهای اتصال در سازه های فلزی در گروه ساخت اسکلت فلزی و اسکلت فلزی پیچ و مهره ای و ساخت سوله ابنیه پایدار
هرسازه فلزی ترکیبی از اعضای جدا از هم است که باید با روش های مناسبی به یکدیگر متصل شوند. در این مقاله وسایلی که برای اتصال قطعات فولادی مورد استفاده قرار می گیرند، شرح داده می شود.
پرچ:
پرچ از قدیمی ترین وسایلی است که از آن برای اتصال اعضای سازه های فلزی استفاده می شود. یک پرچ کوبیده نشده از یک تنه استوانه ای کوچک که سر آن دارای کلاهک می باشد تشکیل شده است. پرچ ها از فولاد معمولی ساخته می شوند. روش کوبیدن پرچ بدین ترتیب است که ابتدا آن را تا دمای سرخ شدن ًمعمولا گرم می کنند، سپس آن را توسط انبر مخصوصی درون سوراخ اتصال قرارداده و با ثابت نگه داشتن سرکلاهک دار آن، سر دیگر را می کوبند تا به فـــرم کلاهک درآید و پرچ محکم گردد. در طی این مراحل تنه پرچ، به طور کامل سوراخی را که در آن فرورفته، پر می کند.
در ساخت برج ایفل بیش از 18 هزار قطعه آهنی و دو میلیون و پانصد میخ و پیچ وپرچ به کار رفته و پنجاه مهندس و 132 کارگر بر روی آن کار کرده اند.
درحین سرد شدن، پرچ منقبض می شود که این انقباض باعث به وجود آمدن نیروی پیش تنیدگی در پرچ می شود. امروزه پرچ کاری در سازه های فلزی به دلایل زیر از رونق افتاده است:
1- پیشرفت فناوری جوشکاری سازه فلزی
2- تولید پیچ های پرمقاومت
3- احتیاج به نیروی انسانی زیاد و ماهر برای پرچ کاری
4- احتیاج به نظارت دقیق
5- تولید سروصدای زیاد در هنگام کوبیدن و خطر آتش سوزی در کارگاه
مقایسه استحکام ساختمان بتنی و اسکلت فلزی هنگام وقوع زلزله
رفتار اتصالات پرچی در سازه های فلزی:
رفتار اتصالات پرچی رفتار اتصالات پرچی به گونه ای است که با سرد شدن پرچ، در آن تمایل به کاهش طول پیدا می شود. اما تماس بین کلاهک پرچ با صفحه اتصال، با این تمایل مخالفت می کند که این موضوع باعث به وجود آمدن یک نیروی کششی در پرچ می شود که به آن نیروی پیش تنیدگی می گویند و در اثر این نیروی کششی صفحات اتصال به همدیگر فشرده می شوند. نیروی اصطکاک بین دو ورق از لغزش آن ها بر روی هم جلو گیری می کند. اما از آنجایی که در پرچ کاری مقدار نیروی پیش کشیدگی در پرچ بسته به وضعیت پرچ کاری بسیار متغیر است، نیروی اصطکاک هم وضعیت تثبیت شده ای نخواهد داشت.
پیچ:
یک اتصال پیچی از نظر اجرایی، سریعتر و عملی تر از سایر اتصالات است و با توجه به سرعت و آسانی اجرا بر دیگر اتصالات برتری دارد. اجزای تشکیل دهنده هر اتصال پیچی شامل سرپیچ، تنه پیچ، واشر و مهره است.
انواع پیچ باتوجه به جنس مصالح آن عبارتند از:
1- پیچ های معمولی:
که از آن ها فقط در اتصالات اتکایی استفاده می گردد، از فولاد با تنش نهایی Fuاز 4000تا 5000کیلوگرم بر سانتی مترمربع ساخته می شود.
این نوع پیچ، ارزان ترین نوع پیچ است، اما معلوم نیست اتصالی که با آن ساخته می شود، ارزان ترین باشد؛ زیرا به علت پایین بودن مقاومت، تعداد آن نسبت به پیچ های پرمقاومت بیشتر است. این نوع پیچ ها در ساختمان سازی سبک، اعضای مهاربندها و اعضای درجه دوم، خرپاهای کوچک، لاپه ها و کلیه اعضایی که بار وارد بر آن ها سبک و استاتیکی می باشد، و همچنین در عملیات مونتاژ مورد استفاده قرار می گیرند.
2- پیچ های پرمقاومت :
پیچ های پرمقاومت که از آن ها در اتصالات اتکایی و اصطکاکی استفاده می شود، از فولادهای پرمقاومت با مقاومت نهایی 8000 تا 10000 کیلوگرم بر سانتی مترمربع ساخته می شوند. قطر پیچ های پرمقاومت بین 12 تا 38میلی متر می باشد که استفاده از قطرهای 20و 22 میلی متر در ساختمان سازی معمول تر است. مشخصه مهم پیچ های پرمقاومت در این است که با سفت کردن معین مهره های آن ها، یک نیروی پیش تنیدگی در آن ها ایجاد می شود.
انواع سوراخ در ورق اتصال:
انواع سوراخ مورد استفاده در اتصال پرچی و پیچی عبارتنداز:
الف: سوراخ استاندارد
ب: سوراخ فراخ (بزرگ)
پ: لوبیایی کوتاه
ت: لوبیایی بلند در شکل7-5 انواع سوراخ به همراه میزان لقی مجاز نشان داده شده است و در این شکل d قطر اسمی پیچ می باشد.
سوراخ های فراخ فقط در اتصالات اصطکاکی مجاز می باشند. سوراخ های لوبیایی کوتاه در تمام حالات در اتصالات اصطکاکی مجاز هستند و در اتصالات اتکایی باید عمود بر امتداد نیرو باشد (عملکرد اتصال اتکایی و اصطکاکی در بخش بعد معرفی شده است). سوراخ های لوبیایی بلند در اتصالات اتکایی فقط در امتداد عمود بر مسیر نیرو مجاز هستند و در اتصالات اصطکاکی فقط می توانند در یکی از ورق های اتصال در هر امتداد اختیاری وجود داشته باشند.
رفتار برشی پیچ ها در اتصالات اتکایی
ساده ترین وسیله برای انتقال نیرو از یک عضو سازه فلزی به عضو دیگر، استفاده از پیچ های با عملکرد اتکایی می باشد. در حین انتقال نیرو از اتصال، بین تنه پیچ و جدار سوراخ، فشار تماسی زیادی که به تنش لهیدگی مشهور است، به وجود می آید. در این نوع اتصالات اصطکاک ناچیزی بین ورق ها وجود خواهد داشت.
پیچ هادر اتصالات اصطکاکی:
رفتار یک پیچ پرمقاومت اصطکاکی بسیار شبیه پرچ می باشد. اگر پیچ طبق یکی از روش های استاندارد محکم گردد، نیروی پیش تنیدگی آن مقدار مشخصی خواهد داشت. از آنجا که در این نوع اتصالات، نیروی اصطکاک ناشی از نیروی پیش کشیدگی توانایی انتقال نیروها را بین دو قطعه دارد، تحت بارهای خدمت، بین تنه پیچ و جدار سوراخ، نیروی لهیدگی ایجاد نمی شود.
سازوکار های خرابی پیچ و پرچ:
با افزایش بار در یک اتصال اتکایی یا اصطکاکی، نیروی اصطکاک دیگر قادر به مقابله با بارهای وارده نمی باشد. از این لحظه به بعد، نیروهای مقابله کننده همان تنش های لهیدگی بین تنه و جدار سوراخ و تنش برشی در پیچ خواهد بود. بنابراین انواع گسیختگی یک اتصال، چه اتکایی و چه اصطکاکی، مطابق با یکی از شکل های 7-9 خواهد بود.
فواصل سوراخ ها در ورق های اتصال:
فاصله مرکز به مرکز پیچ ها از یکدیگر نباید در هیچ حالتی از 3 برابر قطر آن ها کمتر باشد. حداقل فاصله مرکز پیچ از لبه ورق 2 برابر قطر پیچ در نظر گرفته می شود.
جوش:
جوشکاری عبارت است از اتصال و یکپارچه کردن مصالح به یکدیگر به کمک حرارت، با و یا بدون استفاده از فشار و یا مواد پرکننده اضافی. به مصالحی که باید به هم متصل گردند فلز مبنا و به ماده ای که این اتصال را برقرار می سازد فلز پرکننده یا فلز جوش گفته می شود. برای ذوب فلز مبنا و فلز جوش، حرارت به کار می رود تا مواد به صورت سیال در آمده و تداخل آن ها امکان پذیر شود. برای جوش فولاد ساختمانی، استفاده از انرژی برق به عنوان منبع ً معمول ترین روش های جوشکاری، خصوصا حرارتی است و بدین منظور اغلب از قوس الکتریکی استفاده می شود. قوس الکتریکی عبارت است از تخلیه بزرگ، بین فلز جوش (الکترود یا سیم جوش) و فلز مبنا که از میان ستونی از مواد گازی یونیزه به ًجریان نسبتا نام پلاسما انجام می پذیرد. در جوش قوس الکتریکی، عمل ذوب و اتصال با جریان مواد در طول قوس و بدون اعمال فشار صورت می گیرد
جوشکاری با استفاده از قوس الکتریکی:
جوشکاری با استفاده از قوس الکتریکی با الکترود روکشدار یکی از مهمترین، ساده ترین و شاید کارآمدترین روش هایی است که برای اتصال فولاد ساختمانی به کار می رود. در محاورات فنی، این روش به نام جوش دستی با الکترود خوانده می شود. حرارت لازم، با برقرار نمودن قوس الکتریکی بین الکترود روکشدار و اجزایی که باید متصل شوند، ایجاد می گردد.
درجریان جوشکاری، با ذوب الکترود و انتقال به فلز مبنا، الکترود روکشدار مصرف می شود. فلز الکترود تبدیل به ل جوشکاری تبدیل می گردد. روکش، ِ ماده پرکننده شده و قسمتی از روکش به گاز محافظ و قسمت دیگر آن به گ ل مانند از سیلیکات های سخت کننده و مواد دیگری، مانند فلورایدها، کربنات ها، اکسیدها، آلیاژهای ِ مخلوطی گ فلزی و سلولز است. این مخلوط، پخته و فشرده شده تا روکش سخت، خشک و متراکم را به وجود آورد.
روکش الکترود وظایف زیر را بر عهده دارد:
1- با ایجاد سپرگازی، هوا را جداساخته، قوس را تثبیت می کند. 2- مواد دیگری مانند احیاکننده ها را وارد فلز جوش می نماید تا بافت ساختمانی آن را بهبود بخشد. 3- با ایجاد یک روکش از گل جوشکاری روی حوضچه مذاب و جوش سخت شده، آن ها را در مقابل اکسیژن و نیتروژن هوا محافظت کرده، در ضمن مانع سرد شدن سریع جوش می گردد. روش های دیگر جوشکاری با قوس الکتریکی که اغلب به صورت اتوماتیک انجام می شود، عبارتند از جوشکاری زیرپودری، جوشکاری تحت حفاظت گاز و جوشکاری با سیم جوش توپودری که برای تشریح آن ها باید به کتب تخصصی مراجعه نمود. در این روش ها، الکترود به صورت مفتول پیوسته عاری از روکش بوده و عمل پوشش راپودر و یا گاز co2 انجام می دهد.
جوش پذیری فولادهای ساختمانی:
اغلب فولادهای ساختمانی استاندارد را می توان بدون تدابیر خاص و استفاده از روش های معین جوش کاری نمود. جوش پذیری فولاد، معرف درجه سهولت ایجاد یک اتصال ساختمانی سالم و بدون ک است. بعضی انواع فولادهای ساختمانی برای جوشکاری َرَت از انواع دیگر مناسب ترند. در جدول زیر ترکیب شیمیایی ایده آل فولادهای کربن دار را به نمایش می گذارد. اغلب فولادهای نرمه در این رده جای می گیرند، در حالی که مقادیر مطلوب برای فولادهای پرمقاومت ممکن است از حدود تحلیلی ایده آل نمایش داده شده در جدول زیر تجاوز کند.
نمونه جوش زیر پودری که در کارخانه گروه ابنیه پایدار انجام می شود.
انواع اتصالات جوشی:
اگر چه در عمل انواع و ترکیبات مختلفی از انواع اتصال یافت می شود، ولی پنج نوع اتصال جوشی اصلی وجود دارد که عبارتنداز لب به لب، رویهم، سپری، گونیا و پیشانی. در شکل زیر انواع آن نشان داده شده است.
اتصال لب به لب :
اتصال لب به لب اغلب برای متصل ساختن انتهای ورق های مسطح با مساوی مورد استفاده قرار می گیرد. امتیاز این نوع ً ضخامت های نسبتا اتصال اجتناب از خروج از مرکزیتی است که در اتصالات روی هم یک طرفه، به وجود می آید. وقتی که در اتصال لب به لب از جوش شیاری با نفوذ کامل استفاده شود، اندازه اتصال به حداقل خود رسیده و ظاهر آن بسیار خوشایندتر از انواع دیگر اتصالات می گردد.
اتصال پوششی (روی هم):
اتصال پوششی معمول ترین نوع اتصال است. این اتصال دو مزیت عمده دارد:
1- سادگی جفت و جورکردن: ساخت قطعات این نوع اتصال احتیاج به وقت زیاد، به میزانی که در انواع دیگر اتصالات جوشی مورد نیاز است، ندارد. قطعات می توانند برروی هم کمی جابجا گردند تا خطاهای کوچک ساخت را پوشانده یا تنظیم طول را عملی سازند.
2- سادگی اتصال دادن: لبه های قطعات متصل شونده احتیاج به آمادگی خاصی ندارند و اغلب برش عادی خورده یا با شعله بریده می شوند. در اتصال پوششی اغلب از جوش گوشه استفاده می گردد.
اتصال گونیا:
در ساخت مقاطع جعبه ای مستطیل شکلی که اتصال گونیا عمدتا تیرها و ستون های مقاوم در برابر پیچش را تشکیل می دهند، مورد استفاده قرار می گیرد.
اتصال پیشانی:
اتصال پیشانی اغلب نقش سازه ای به عهده ندارد و مورد استفاده آن در نگهداری دو یا چند صفحه در یک سطح و یا نگهداری معمولا امتداد اولیه عضو است.
انواع جوش:
انواع جوش، عبارتنداز: جوش شیاری، جوش گوشه، جوش کام و جوش انگشتانه هر نوع جوش مزیت هایی مخصوص به خود دارد که دامنه کاربرد آن را تعیین می نماید. نسبت تقریبی استفاده از این چهار نوع جوش در ساخت اتصالات ساختمانی به این ترتیب است: جوش شیاری 51 درصد، جوش گوشه 08 درصد و 5 درصد بقیه موارد، جوش های کام و انگشتانه و انواع دیگری از جوش های مخصوص به کار می روند.
جوش های شیاری:
مورد استفاده اصلی جوش شیاری متصل ساختن قطعات سازه ای است که در روی یک سطح و در امتداد هم قرار گرفته اند. از آنجا که جوش های شیاری اغلب به منظور انتقال کل نیروی قطعاتی که به وسیله ی این جوش متصل می شوند مورد استفاده قرار می گیرد، لذا باید جوش از مقاومتی هم اندازه با مقاومت قطعات متصل شونده، برخوردار باشد. چنین جوش شیاری به عنوان جوش شیاری با نفوذ کامل شناخته می شود. وقتی که درز جوش چنان طراحی شود که جوش شیاری در تمام عمق قطعات متصل شونده گسترش نیابد، به چنین جوشی، جوش شیاری با نفوذ نسبی اطلاق می شود. در طراحی این جوش ها الزامات خاصی را باید در نظر داشت. لبه درز جوش در اغلب جوش های شیاری باید به طرز مخصوصی آماده گردد. نام گذاری انواع درز جوش شیاری نیز با توجه به این امر انجام شده است.
جوش گوشه:
جوش گوشه به خاطر اقتصادی بودن آن، سادگی به کارگیری و قابلیت استفاده از آن در اغلب موارد جوشکاری، بیشتر از تمام انواع دیگر جوش بیشتر به کار می رود.
در این نوع اتصالات به خاطر رویهم گذاری قطعات احتیاج به دقت کمتری در جفت و جور کردن می باشد، در حالی که در مورد جوش شیاری باید قطعات را به دقت در یک امتداد قرارداد و شکافی در ریشه ی جوش بین آنها باقی گذاشت. جوش گوشه به خصوص برای جوشکاری در محل نصب و یا برای جفت کردن دوباره ی اعضا با رواداری های قابل قبولی ساخته شده اند ولی ً یا اتصالاتی که قبلا با هم جفت و جور نمی شوند، از مزیت های زیادی موقع نصب دقیقا برخوردار است.
جوش های کام و انگشتانه:
از موارد استفاده ی جوش کام و انگشتانه، انتقال برش در اتصالات پوششی است که طول جوش گوشه یا دیگر انواع جوش جوابگو نباشد. همچنین از این نوع جوش ها برای جلوگیری از کمانش قسمت های رویهم گذاشته شده، استفاده می شود.
تجهیزات مورد استفاده در جوشکاری دستی با الکترود روکش دار:
تجهیزات مورد نیاز برای جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود روکش دار، ساده و قابل حمل و نسبت به تجهیزات لازم برای انواع دیگر جوشکاری ارزان قیمت هستند. با اجرای تمهیدات لازم جهت تهویه ی کافی، جلوگیری از آتش سوزی و دیگر خطرات موجود، این نوع جوشکاری می تواند در محیط بسته و هوای آزاد و در هر مکان و موقعیتی انجام شود. به طور کلی سه نوع ماشین جوشکاری وجود دارد:
1- موتور- مولدها، شامل موتور درونسوز یا موتور برقی (موتور یکسوکننده ها (رکتیفایر)
2- مبدل
3- مبدل ها ( ترانس ها) دینام جوشکاری کارگاهی شامل یک دینام (ژنراتور) تولید جریان و یک الکتروموتور سه فاز است که با هم کوپل شده محور آن ها مشترک است. در یک سو، محور الکتروموتور و در سوی دیگر محور دینام تعبیه شده است.
مطلب فوق توسط دفتر فنی گروه ابنیه پایدار تهیه شده است که در زمینه ساخت و نصب انواع سازه های فلزی فعالیت دارد.
