اطلاعات تخصصی انواع پیچ و مهره و واشر

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.

1. 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.

1. 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.

1-2. عملکرد اتصال اتکايي: در عملکرد اتکايي، پيچ درون سوراخ صفحات اتصال قرار مي گيرد و مهره بسته مي شود. هنگامي که بار خارجي به پيچ وارد ميشود، قطعات اتصال لغزش پيدا مي کنند که در اثر آن، يک نيروي فشاري به لبه هاي اتصال وارد مي شود که تبديل به نيروي برشي در پيچ مي گردد. اين اتصال تنها براي حالت بارگذاري ثقلي مي باشد و در طرح لرزه اي نبايد از اين نوع عملکرد در اتصال استفاده نمود. در اين نوع اتصال هيچ نيروي پيش تنيدگي در پيچ ايجاد نمي شود و براي اجراي اين اتصال، تنها سفت کردن پيچ به وسيله ي کارگر کفايت مي کند.

2-2. عملکرد اتصال اصطکاکي: هنگامي که پيچ درون سوراخ صفحات اتصال قرار مي گيرد، علاوه بر مهره بايد از واشر نيز استفاه نمود. بايد توجه داشت که واشر مصرفي در اتصال اصطکاکي نبايد از نوع واشر فنري باشد بر اساسا بند 10-3-5-3 مبحث دهم ويرايش 1387، در طراحي لرزه اي تنها بايد از اين فلسفه ي طراحي در اتصال استفاده شود. به عبارتي ديگر، در طراحي همه ي اتصالات قاب هاي خمشي و قاب هاي دوگانه و نيز اتصالات بادبندي و وصله ي ستون هاي باربر جانبي در قاب هاي ساده بايد از اين نوع عملکرد استفاده نمود. در اين نوع اتصال، علاوه بر سفت کردن نخستين پيچ، بايد به مقداري که در طراحي مشخص شده است، نيروي پيش تنيدگي نيز در پيچ ايجاد شود. با اعمال نيروي پيش تنيدگي، در پيچ تحت کشش قرار گرفته و با اعمال بار، بين صفحات اتصال اصطکاک به وجود مي آيد که باعث عدم لقي و کارکرد کامل اتصال مي شود. بايد در نظر داشت که شکل پيچ در اتصال اصطکاکي با شکل پيچ در اصتلا اتکايي متفاوت است. به طوري که پيچ هاي اتصال اصطکاکي داراي سرپيچ بزرگتر هستند.

1-2-2-: زماني که يک پيچ بر مقاومت بدون کشش اوليه، تحت اثر نيروي کششي خارجي قرار مي گيرد، نيروي کششي درون پيچ با نيروي اعمال شده برابر مي گردد. در صورتي که پيچ پييش تنيده (پيش کشيده) شده باشد، درصد بسيار زيادي از نيروي کششي خارجي صرف ايجاد نيروهاي فشاري و يا گيره اي اعمال شده به اجزاي اتصال مي شود. به دليل آن که به طور معمول کشش به وجود آمده در پيچ هاي پرمقاومت ناشي از نيروي کششي خارجي در لحظه ي جدا شدن قطعات از يکديگر نزديک به ده درصد بيش از کشش در آغاز بارگذاري مي باشد، لذا بايد همه ي پيچ هايي که تحت اثر کشش مستقيم قرار دارند، پيش کشيده شوند.

2-2-2-: الزامات ضريب اصطکاک سطوح فولادي در اتصالات اصطکاکي: به طور کلي اصطکاک حاصل دو عامل مي باشد، يکي زبري سطح و ديگري نيروي پيش تنيدگي. در طراحي فرض بر رنگ نشدن و وجود زبري مناسب سطوح اتصال مي باشد، در نتيجه هنگامي که قطعات نصب مي شوند، بايد همه ي سطوح اتصال (شامل سطوح مجاور سرپيچ ها و مهره ها) از قسمت هاي پيوسته شده و ديگر مواد زايد عاري بوده و به ويژه سطوح تماس اتصالات اصطکاکي بايد به طور کامل تميز باشد و اثري از پوسته ي زنگ، رنگ، لاک، انواع روغن و مصالح ديگر در آن ها وجود نداشته باشد. بنابراين پس از اين که اتصال به وجود آمد، محل همه ي پيچ هاي بسته شده رنگ آميزي مي شود.

 

3-2. محدوديت هاي اتصالات پيچي: براي اتصالات زير بايد از اتصال اصطکاکي با پيچ پرمقاومت يا اتصال جوشکاري شده استفاده شود:

1-3-2- وصله ي ستون ها در سازه هاي با ارتفاع 60 متر و بيشتر.

2-3-2 وصله ي ستون ها در سازه هاي با ارتفاع بين 30 تا 60 متر در صورتي که نسبت بعد کوچک پلان به ارتفاع در آن ها از 40 درصد کمتر باشد.

3-3-2. وصله ي ستون ها در سازه هاي با ارتفاع کمتر از 30 متر در صورتي که نسبت بعد کوچک پلان به ارتفاع در آن ها از 25 درصد کمتر باشد.

4-3-2. در سازه هاي با ارتفاع بيش از 40 متر، براي اتصال همه ي تيرها و شاه تيرها به ستون ها و يا اتصالات هر نوع تير يا شاه تيري که مهار ستون ها با آن ها مرتبط باشد.

5-3-2. همه ي سازه هايي که جرثقيل هاي با ظرفيت بيشتر از 5 تن تحمل مي کنند. وصله ي خرپاها يا تيرهاي شيب دار سقف، اتصال خرپاها به ستون ها، وصله ي ستون ها، مهار ستون ها، مهار زانويي بين خرپاي تير سقف و ستون و تکيه گاه هاي جرثقيل مشمول اين امر مي باشند.

6-3-2- در اتصالات تکيه گاه هاي اعضايي که ماشين هاي متحرک يا بارهاي زنده از نوعي را تحمل مي کنند که توليد ضربه و يا معکوس شدن تنش ها را به همراه داشته باشند.

7-3-2. هر اتصال ديگري که در نقشه هاي طرح و محاسبه قيد شده باشد.

    آشنايي با روش هاي توليد پيچ:

1-3. 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.

2-3. 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.

آيين نامه ي ASTM به طور اکيد توصيه مي کد که براي پيچ هاي رده ي 10.9 از هيچ پوشش فلزي استفاده نشود، چرا که امکان به وجود آمدن ترک هاي هيدروژني در پيچ وجود خواهد داشت. در نتيجه بايد توجه داشت که در محيط هاي خورنده از پوشش هاي غير گالوانيزه با گالوانيزه در مرحله ي اسيدشويي ست که باعث فعال شدن يون هيدروژن در فولاد پيچ مي شود، در حالي که در روش غيرگالوانيزه، از روش شات بلاست يا پاشش ريزدانه ي فولادي به جاي اسيدشويي استفاده مي شود.

    آزمايش هاي پيچ، مهره و واشر:

به طور کلي آزمايش هاي زير براي ست پيچ و مهره و واشر انجام مي شود:

1-4. آزمايش هاي ابعادي

2-4.  آزمايش هاي متالوژيکي

3-4. آزمايش هاي مکانيکي

4-4. آزمايش هاي پوشش مقاوم خوردگي

آزمايش هاي ابعادي و نيز متالوژيکي در هنگام توليد پيچ و مهره و واشر، در کارخانه ي سازنده انجام مي شود. آزمايش هاي مکانيکي پس از توليد پيچ و مهره و واشر، در کارخانه ي سازنده يا آزمايشگاه هاي مقاومت مصالح انجام مي گيرند. آزمايش هاي مکانيکي براي مهندسان طراح و بازرسان داراي اهميت مي باشد. به طور کلي آزمايش هاي مکانيکي شامل آزمايش هاي کشش، سختي سنجي و ضربه مي شود. آزمايش کشش خود شامل سه نوع آزمايش مي شود که عبارتند از : آزمايش بار گواه، آزمايش کشش گوه اي بر روي نمونه ي کامل و ازمايش کشش بر روي نمونه ي ماشين کاري شده.

1-4-4. 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 میزان انرژی جذب شده ی آن را اندازه گپری می کنند. آزمایش ضربه برای پیچ اجباری نیست اما در صورت امکان باید آن را انجام داد.

2-4-4. آزمایش کشش: 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.

3-4-4. 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 مي شود. در اين آزمايش بايد دست کم به مقدار چهار رزوه ي کامل از  پيچ بين فک هاي دستگاه قرار بگيرد. حداکثر سرعت دستگاه نبايد از mm/min 25 بيشتر باشد. شکست به وجود آمده تنها بايد در بدنه ي پيچ باشد و در صورت بروز شکست در محل اتصال سرپيچ به بدنه، حتي اگر به مقاومت مورد نياز نيز رسيده باش، نمونه مورد پذيرش نيست. اين شکست در پيچ هاي ساخته شده به روش فورج گرم بيشتر مشاهده مي شود و بر همين اساس تا حد امکان بايد از پيچ هاي ساخته شدهبه روش فورج سرد استفاده شود. از آن جايي که در ايران و در حال حاضر تنها تا قطر M24 به روش فورج سرد توليد مي شود، در طراحي بايد تلاش نمود تا از قطرهاي بالاتر ازاستفاده نشود.

4-4-4- آزمايش سختي سنجي: اين آزمايش در رده ي آزمايش هاي غيرمخرب پيچ بوده و براي آگاهي از ميزان سختي قطعه و برابري آن با مقدار استاندارد انجام مي شود. سختي سنجي براي بخش انتهايي، سطح صاف بدنه و سطح صاف سرپيچ انجام مي شود. به طور کلي از سه روش براي آزمون سختي سنجي استفاده مي شود که عبارتند از: روش برينل، روش راکول و روش ويکرز.

5-4-4. براي مهره از آزمايش کشش استفاده نمي شود و تنها از آمايش هاي بار گواه و سختي سنجي بر روي مهره ها انجام مي گيرد. براي واشر نيز تنها آزمايش سختي سنجي انجام مي شود.

6-4-4. جهت انجام آزمايش هاي لازم براي پيچ و مهره و واشر، بايد تعداد نمونه ي لازم بر اساس جدول موجود در نشريه ي 264 (آيين نامه ي اتصالات) استفاده شود. بايد دانست که از اين جدول تنها مي توان تعداد نمونه جهت انجام آزمايش براي پيچ اي پوشش دهي شده به هر دو روش گالوانيزه و غير گالوانيزه را ارايه داده است که برابر جدول زير مي باشد:

5-4. تعریف محموله ی تولیدی: به محصولاتی که از نظر 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.

1. مشخصات پیچ های تولیدی در ایران:

1-5: 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.

1-1-5 دسته بندی پیچ براساس مبحث دهم از مقررات ملی ساختمان براساس جدول زیر است:

2-5: تعريف رده ي مقاومتي پيچ: رده ي مقاومتي در پيچ ها براساس DIN با سه عدد 12.9,10.9,8.8 تعريف شده است که در ايران رده ي 12.9 توليد نمي شود. البته اين آيين نامه رده هاي مقاومتي 5.6,4.6 را نيز براي پيچ هاي معمولي تعريف نموده است. از آن جا که با توه به بند 10-3-5-3 مبحث دهم ويرايش 1387، در اتصالات لرزه اي تنها بايد از پيچ هاي پرمقاومت استفاده شود، اين نوع پيچ ها در طراحي اتصالات اصطکاکي کاربردي ندارد، ضمن آن که توليد اين نوع پيچ نيز در کشور ما بسيار محدود مي باشد. اين عدد معرف مقدار تنش جاري شدن و تنش گسيختگي پيچ مي باشد. به عنوان مثال، در رده ي مقاومتي 8.8، منظور از 8 اول حداقل مقاوت نهايي پيچ برابر 8000 Kg/m و منظور از 8. مقدار تنش جاري شدن پيچ برابر با 0.8*8000=6400 Kg/cm مي باشد.

1. آشنایی با وسایل بستن و پیش تنیدگی در اتصالات:

1-6. 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.

2-6. وسایل ماشینی: چون یک کارگر توانایی لازم برای پیش تنیدگی پیچ های اتصالات اصطکاکی را ندارد، به ناچار باید از وسایل ماشینی برای این مقصود استفاده نمود. این وسایل در اصل ابزار مختلفی ست که پرکاربردترین آن ها عبارتند از:

1-2-6 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.

2-2-6 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.

3-2-6 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.

3-6. 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.

1-3-6: تورک متر (Torque Meter): همان گونه که اشاره شد، با استفاده 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 آورد. 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.

2-3-6: 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 نیروی دست کارگر تقسیم بندی شده است. به عنوان مثال، مولتی پلایر، 1:2 میزان نیروی دست کارگر را دو برابر و مولتی پلایر 1:5 میزان نیروی دست کارگر ار پنج برابر می کند.

امتیاز : 4 | نظر شما : 1 2 3 4 5 6
+ نوشته شده در سه شنبه 18 شهريور 1393ساعت 2:33 توسط محمدرضا کریمی | تعداد بازديد : 1141 | |