وسایل اتصال در سازه فولادی

هر ساختمان فلزی ترکیبی از اعضای جدا از هم است که باید با روش های مناسبی به یکدیگر متصل شوند. برای اتصال قطعات فولادی برحسب مورد از وسایل اتصال مختلف شامل پرچ، پیچ و جوش استفاده 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 معمولاً از فولاد معمولی ساخته می شوند. روش کوبیدن پرچ بدین ترتیب است که ابتدا آن را تا دمای سرخ شدن گرم می کنند، سپس آن را توسط انبر مخصوصی درون سوراخ اتصال قرارداده و با ثابت نگه داشتن سر کلاهک دارآن، سر دیگر را می کوبند تا به فرم کلاهک درآید و پرچ محکم شود. در طی این مراحل تنه پرچ، به طور کامل سوراخی را که در آن فرورفته، پر می کند.در حین سرد شدن، پرچ منقبض می شود که این انقباض باعث به وجود آمدن نیروی پیش تنیدگی در پرچ می شود. امروزه پرچ کاری به دلایل زیر از رونق افتاده است.

• پیشرفت فناوری جوشکاری
• تولید پیچ های پرمقاومت
• احتیاج به نیروی انسانی زیاد و ماهر برای پرچکاری
• احتیاج به نظارت دقیق
• تولید سروصدای زیاد در هنگام کوبیدن و خطر آتش سوزی در کارگاه

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 پرچکاری مقدار نیروی پیش کشیدگی در پرچ بسته به وضعیت پرچکاری 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.

پیچ های معمولی

پیچ های معمولی که از آن ها فقط در اتصالات اتکایی استفاده می شود، از فولاد با تنش نهایی از 4000 تا 5000 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع ساخته می شود. این نوع پیچ، ارزا نترین نوع پیچ است، اما معلوم نیست اتصالی که با آن ساخته می شود، ارزا نترین 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 است، و همچنین در عملیات مونتاژ مورد استفاده قرار می گیرند.

پیچ های پرمقاومت

پیچ های پرمقاومت که از آ نها در اتصالات اتکایی و اصطکاکی استفاده می شود، از فولادهای پرمقاومت با مقاومت نهایی 8000 تا 10000 کیلوگرم بر سانتیمترمربع ساخته می شوند. قطر پیچ های پرمقاومت بین 12 تا 38 میلی متر بوده که استفاده از قطرهای 20 و 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 به شرح زیر است.

• سوراخ استاندارد
• سوراخ فراخ (بزرگ)
• لوبیایی کوتاه
• لوبیایی بلند

سوراخ های فراخ فقط در اتصالات اصطکاکی مجاز هستند. سوراخ های لوبیایی کوتاه در تمام حالات در اتصالات اصطکاکی مجاز هستند و در اتصالات اتکایی باید عمود بر امتداد نیرو باشد.. 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

ساد ه ترین وسیله برای انتقال نیرو از یک عضو فولادی به عضو دیگر، استفاده از پیچ های با عملکرد اتکایی است. 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 ها در اتصالات اصطکاکی

رفتار یک پیچ پرمقاومت اصطکاکی بسیار شبیه پرچ است. اگر پیچ طبق یکی از روش های استاندارد محکم شود، 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.

روش ایجاد نیروی پیش تنیدگی در پیچ های پرمقاومت

برای ایجاد نیروی پیش تنیدگی در پیچ های پرمقاومت دو روش زیر معمول تر از سایر روش ها است.

• استفاده از آچارهای مدرج (تُرک متر)
• سفت کردن مجدد مهره ها به مقدار معین، بعد از محکم شدن اولیه آن ها

در روش اول، توسط آچارهای دستی و یا مکانیکی مخصوصی که در روی آن ها وسیله ای برای اندازه گیری لنگر پیچشی وارد بر مهره وجود دارد، لنگر پیچشی مشخصی بر مهره وارد می آورند. سفت کردن مجدد مهره ها به مقدار معین بعد از محکم شدن اولیه آن ها، ارزان ترین و قابل اطمینا نترین روشی است که برای ایجاد نیروی پیش تنیدگی در پیچ ها وجود دارد.

در این روش بعد از اینکه پیچ به طور اولیه محکم شد، مهره را به مقدار مشخصی مجدداً سفت می نمایند که این عمل باعث به وجود آمدن کرنش مشخصی در پیچ می شود. اگر برای سفت کردن مهره ها از روش های دستی استفاده نمایید، محکم شدن اولیه وقتی است که یک کارگر معمولی با یک آچار معمولی، کوشش کامل خود را برای سفت کردن پیچ به کار ببرد. در روش های ماشینی، محکم شدن اولیه پس از وارد شدن چند ضربه توسط دستگاه ایجاد می 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 نیست. از این لحظه به بعد، نیروهای مقابله کننده همان تنش های لهیدگی بین تنه و جدار سوراخ و تنش برشی در پیچ 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.حداکثر فاصله پیچ تا لبه نباید از 12 برابر ضخامت ورق ناز کتر تجاوز نماید، ضمناً نباید این فاصله از 15 سانتیمتر بیشتر شود.