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 تركیبی از اعضای جدا از هم است كه باید با روش های مناسبی به یکدیگر متصل شوند. در این مقاله وسایلی كه برای اتصال قطعات فولادی مورد استفاده قرار می گیرند، شرح داده می شود.
پرچ:
پرچ از قدیمی ترین وسایلی است كه از آن برای اتصال اعضای سازه های فلزی استفاده می شود. یک پرچ كوبیده نشده از یک تنه استوانه ای كوچک كه سر آن دارای كلاهک می باشد تشکیل شده است. پرچ ها از فولاد معمولی ساخته می شوند. روش كوبیدن پرچ بدین ترتیب است كه ابتدا آن را تا دمای سرخ شدن ًمعمولا گرم می كنند، سپس آن را توسط انبر مخصوصی درون سوراخ اتصال قرارداده و با ثابت نگه داشتن سركلاهک دار آن، سر دیگر را می كوبند تا به فـــرم كلاهک درآید و پرچ محکم گردد. در طی این مراحل تنه پرچ، به طور كامل سوراخی را كه در آن فرورفته، پر می كند.
در ساخت برج ایفل بیش از ۱۸ هزار قطعه آهنی و دو میلیون و پانصد میخ و پیچ وپرچ به کار رفته و پنجاه مهندس و ۱۳۲ کارگر بر روی آن کار کرده اند.
درحین سرد شدن، پرچ منقبض می شود كه این انقباض باعث به وجود آمدن نیروی پیش تنیدگی در پرچ می شود. امروزه پرچ كاری در سازه های فلزی به دلایل زیر از رونق افتاده است:
۱- پیشرفت فناوری جوشکاری سازه فلزی
۲- تولید پیچ های پرمقاومت
۳- احتیاج به نیروی انسانی زیاد و ماهر برای پرچ كاری
۴- احتیاج به نظارت دقیق
۵- تولید سروصدای زیاد در هنگام كوبیدن و خطر آتش سوزی در كارگاه
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 كه با سرد شدن پرچ، در آن تمایل به كاهش طول پیدا می شود. اما تماس بین كلاهک پرچ با صفحه اتصال، با این تمایل مخالفت می كند كه این موضوع باعث به وجود آمدن یک نیروی كششی در پرچ می شود كه به آن نیروی پیش تنیدگی می گویند و در اثر این نیروی كششی صفحات اتصال به همدیگر فشرده می شوند. نیروي اصطکاك بین دو ورق از لغزش آن ها بر روی هم جلو گیري مي كند. اما از آنجایی كه در پرچ كاری مقدار نیروی پیش كشیدگی در پرچ بسته به وضعیت پرچ كاری بسیار متغیر است، نیروی اصطکاك 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:
۱- پیچ های معمولی:
كه از آن ها فقط در اتصالات اتکایی استفاده می گردد، از فولاد با تنش نهایی Fuاز ۴۰۰۰تا ۵۰۰۰كیلوگرم بر سانتی مترمربع ساخته می شود.
این نوع پیچ، ارزان ترین نوع پیچ است، اما معلوم نیست اتصالی كه 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 كوچک، لاپه ها و كلیه اعضایی كه بار وارد بر آن ها سبک و استاتیکی می باشد، و همچنین در عملیات مونتاژ مورد استفاده قرار می گیرند.
۲- پیچ های پرمقاومت :
پیچ های پرمقاومت که از آن ها در اتصالات اتکایی و اصطکاکی استفاده می شود، از فولادهای پرمقاومت با مقاومت نهایی ۸۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰ کیلوگرم بر سانتی مترمربع ساخته می شوند. قطر پیچ های پرمقاومت بین ۱۲ تا ۳۸میلی متر می باشد که استفاده از قطرهای ۲۰و ۲۲ 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 شکل۷-۵ 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 اصطکاكی مجاز می باشند. سوراخ های لوبیایی كوتاه در تمام حالات در اتصالات اصطکاكی مجاز هستند و در اتصالات اتکایی باید عمود بر امتداد نیرو باشد (عملکرد اتصال اتکایی و اصطکاكی 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 اصطکاكی 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 كه به تنش لهیدگی مشهور است، به وجود می آید. در این نوع اتصالات اصطکاك ناچیزی بین ورق ها وجود خواهد داشت.
پیچ هادر اتصالات اصطکاكی:
رفتار یک پیچ پرمقاومت اصطکاكی 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 كه در این نوع اتصالات، نیروی اصطکاك ناشی از نیروی پیش كشیدگی توانایی انتقال نیروها را بین دو قطعه دارد، تحت بارهای خدمت، بین تنه پیچ و جدار سوراخ، نیروی لهیدگی ایجاد نمی شود.
سازوكار های خرابی پیچ و پرچ:
با افزایش بار در یک اتصال اتکایی یا اصطکاكی، نیروی اصطکاك دیگر قادر به مقابله با بارهای وارده نمی باشد. از این لحظه به بعد، نیروهای مقابله كننده 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 اصطکاكی، مطابق با یکی از شکل های ۷-۹ خواهد بود.
فواصل سوراخ ها در ورق هاي اتصال:
فاصله مركز به مركز پیچ ها از یکدیگر نباید در هیچ حالتی از ۳ برابر قطر آن ها كمتر باشد. حداقل فاصله مركز پیچ از لبه ورق ۲ برابر قطر پیچ در نظر گرفته می شود.
جوش:
جوشکاری عبارت است از اتصال و یکپارچه كردن مصالح به یکدیگر به كمک حرارت، با و یا بدون استفاده از فشار و یا مواد پركننده اضافی. به مصالحی كه باید به هم متصل گردند فلز مبنا و به ماده ای كه این اتصال را برقرار می سازد فلز پركننده یا فلز جوش گفته می شود. برای ذوب فلز مبنا و فلز جوش، حرارت به كار 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 كه 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 روكشدار یکی از مهمترین، ساده ترین و شاید كارآمدترین روش هایی است كه برای اتصال فولاد ساختمانی به كار 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 روكشدار و اجزایی كه باید متصل شوند، ایجاد می گردد.
درجریان جوشکاری، با ذوب الکترود و انتقال به فلز مبنا، الکترود روكشدار مصرف می شود. فلز الکترود تبدیل به ل جوشکاری تبدیل می گردد. روكش، ِ ماده پركننده شده و قسمتی از روكش به گاز محافظ و قسمت دیگر آن به گ ل مانند از سیلیکات های سخت كننده و مواد دیگری، مانند فلورایدها، كربنات ها، اكسیدها، آلیاژهای ِ مخلوطی گ فلزی و سلولز است. این مخلوط، پخته و فشرده شده تا روكش سخت، خشک و متراكم را به وجود آورد.
روكش الکترود وظایف زیر را بر عهده دارد:
۱- با ایجاد سپرگازی، هوا را جداساخته، قوس را تثبیت می كند. ۲- مواد دیگری مانند احیاكننده ها را وارد فلز جوش می نماید تا بافت ساختمانی آن را بهبود بخشد. ۳- با ایجاد یک روكش از گل جوشکاری روی حوضچه مذاب و جوش سخت شده، آن ها را در مقابل اكسیژن و نیتروژن هوا محافظت كرده، در ضمن مانع سرد شدن سریع جوش می گردد. روش های دیگر جوشکاری با قوس الکتریکی كه اغلب به صورت اتوماتیک انجام می شود، عبارتند از جوشکاری زیرپودری، جوشکاری تحت حفاظت گاز و جوشکاری با سیم جوش توپودری كه برای تشریح آن ها باید به كتب تخصصی مراجعه نمود. در این روش ها، الکترود به صورت مفتول پیوسته عاری از روكش 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 كاری نمود. جوش پذیری فولاد، معرف درجه سهولت ایجاد یک اتصال ساختمانی سالم و بدون ك است. بعضی انواع فولادهای ساختمانی برای جوشکاری َرَت از انواع دیگر مناسب ترند. در جدول زیر تركیب شیمیایی ایده آل فولادهای كربن دار را به نمایش می گذارد. اغلب فولادهای نرمه در این رده جای می گیرند، در حالی كه مقادیر مطلوب برای فولادهای پرمقاومت ممکن است از حدود تحلیلی ایده آل نمایش داده شده در جدول زیر تجاوز كند.
نمونه جوش زیر پودری که در کارخانه گروه ابنیه پایدار انجام می شود.
انواع اتصالات جوشی:
اگر چه در عمل انواع و تركیبات مختلفی از انواع اتصال یافت می شود، ولی پنج نوع اتصال جوشی اصلی وجود دارد كه 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 مركزیتی است كه در اتصالات روی هم یک طرفه، به وجود می آید. وقتی كه در اتصال لب به لب از جوش شیاری با نفوذ كامل 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:
۱- سادگی جفت و جوركردن: ساخت قطعات این نوع اتصال احتیاج به وقت زیاد، به میزانی كه در انواع دیگر اتصالات جوشی مورد نیاز است، ندارد. قطعات می توانند برروی هم كمی جابجا گردند تا خطاهای كوچک ساخت را پوشانده یا تنظیم طول را عملی سازند.
۲- 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 كه 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 كام و جوش انگشتانه هر نوع جوش مزیت هایی مخصوص به خود دارد كه دامنه كاربرد آن را تعیین می نماید. نسبت تقریبی استفاده از این چهار نوع جوش در ساخت اتصالات ساختمانی به این ترتیب است: جوش شیاری ۵۱ درصد، جوش گوشه ۰۸ درصد و ۵ درصد بقیه موارد، جوش های كام و انگشتانه و انواع دیگری از جوش های مخصوص به كار می روند.
جوش های شیاری:
مورد استفاده اصلی جوش شیاری متصل ساختن قطعات سازه ای است كه در روی یک سطح و در امتداد هم قرار گرفته اند. از آنجا كه جوش های شیاری اغلب به منظور انتقال كل نیروی قطعاتی كه به وسیله ي 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 كامل شناخته می شود. وقتی كه درز جوش چنان طراحی شود كه 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 كارگیری و قابلیت استفاده از آن در اغلب موارد جوشکاری، بیشتر از تمام انواع دیگر جوش بیشتر به كار می رود.
در این نوع اتصالات به خاطر رویهم گذاری قطعات احتیاج به دقت كمتری در جفت و جور كردن می باشد، در حالی كه 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 كردن دوباره ی اعضا با رواداری های قابل قبولی ساخته شده اند ولی ً یا اتصالاتی كه قبلا با هم جفت و جور نمی شوند، از مزیت های زیادی موقع نصب دقیقا برخوردار است.
جوش های كام و انگشتانه:
از موارد استفاده ی جوش كام و انگشتانه، انتقال برش در اتصالات پوششی است كه طول جوش گوشه یا دیگر انواع جوش جوابگو نباشد. همچنین از این نوع جوش ها برای جلوگیری از كمانش قسمت های رویهم گذاشته شده، استفاده می شود.
تجهیزات مورد استفاده در جوشکاری دستی با الکترود روكش دار:
تجهیزات مورد نیاز برای جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود روكش دار، ساده و قابل حمل و نسبت به تجهیزات لازم برای انواع دیگر جوشکاری ارزان قیمت هستند. با اجرای تمهیدات لازم جهت تهویه ی كافی، 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 كلی سه نوع ماشین جوشکاری وجود دارد:
۱- موتور- مولدها، شامل موتور درونسوز یا موتور برقی (موتور یکسوكننده ها (ركتیفایر)
۲- مبدل
۳- مبدل ها ( ترانس ها) دینام جوشکاری كارگاهی شامل یک دینام (ژنراتور) تولید جریان و یک الکتروموتور سه فاز است كه با هم كوپل شده محور آن ها مشترك است. در یک سو، محور الکتروموتور و در سوی دیگر محور دینام تعبیه شده است.
