اتصالات مکانیکی برای آرماتور، تضمین کیفیت و استحکام
اتصال اورلپ با کنار هم قرار دادن دو آرماتور به موازات یکدیگر ایجاد می‌شود. روش اتصال پوششی یا اورلپ یک روش قدیمی‌برای اتصال آرماتورها درسازه‌های بتنی است که شاید به اشتباه یک روش ارزان تلقی می‌گردد. در این روش انتقال نیرو از طریق گیرایی بتن و آرماتور امکان پذیر است نیروی یک آرماتور ابتدا به بتن و سپس از بتن به آرماتور بعدی منتقل می‌شود. به طور کلی پیوستگی بتن و آرماتور وابستگی زیادی به زایده‌های روی آرماتور دارد (آجهای عرضی) نتایج حاصل از تحقیقات، ملاحظات طراحی در سازه‌های بتنی، مواد و مصالح جدید و سایر تحولات در صنعت ساخت و ساز و جایگزین بهتری برای اتصال اورلپ را طلب میکند، از نقطه نظر اجرایی و اقتصادی اتصال اورلپ برای آرماتور با قطر کم، فولاد و بتن با استحکام پایین و همچنین تعداد طبقات کم در ساختمان مناسب است.در نوشته ذیل به مقایسه اتصال اورلپ و اتصال مکانیکی خواهیم پرداخت و همچنین دو نوع کوپلر متداول (کوپلر رزوه مستقیم و کوپلر رزوه مخروطی ) را بررسی خواهیم کرد.
مشکلات اتصال اورلپ
سالیان سال است که بسیاری از مهندسین ساختمان،معماران و متخصصین متوجه شده اند که روش اتصال اورلپ در قبال داشتن مزایای اندک معایب بسیاری دارد.
با رجوع به ACI R 21.3.2.3 در میابیم که اتصالات اورلپ برای آرماتورهای با سایز بالا همچون آرماتور ۲۵ و ۲۸ و ۳۲ و ۳۶ چگونه خواهد بود اینها المانهای اصلی یک سازه بتنی را تشکیل می‌دهند و لذا هر گونه شبهه ای در این خصوص بایستی به روشنی برطرف گردد.
طی سالیان متمادی و برای اطمینان بیشتر در قابلیت و کارایی اتصال اورلپ طول اتصال پوششی مرتباً افزایش یافته است و هچنین استفاده از اتصال اورلپ در بعضی نقاط به طور کلی ممنوع می‌باشد. ( بند ۶٫۲٫۱٫۵٫۲۰ آبا و ACI R 21.3.2.3 , ACI 12.15.5 )
دیاگرام توزیع نیروهای وارده به بتن از آرماتورهادر اتصال اورلپ
نگاه دقیق تر به اشکالات اتصال اورلپ اسا و بنیان این اتصال را متزلزل میکند اتصال اورلپ برای انتقال نیروهای کششی بسیار ضعیف عمل میکند.
یک آرماتور فولادی در یک سازه بتنی فقط بایستی نیروهای کششی و فشاری را منتقل نماید همانطور که در تصویر شماره ۱ نشان داده شده است انتقال نیرو در راستای محور آرماتور می‌باشد. روش انتقال نیرو در روش اورلپ به گونه ای است که نیروهای اضافی در بتن ایجاد میکند که این نیروها در جهت جدا کردن آرماتورها از یکدیگر عمل می‌کنند لذا کاور بتن باید استحکام کافی و مورد نیاز را تامین کند تا بر این نیرو Bursting ) فایق آید.
لذا به همین دلیل برای میلگردهای سایز بالا بایستی طول بیشتر اورلپ را در طراحی سازه در نظر گرفت.
برای طراحی صحیح یک اتصال اورلپ بایستی موارد لازم مطابق ACI12.2 بشرح ذیل مد نظر قرار گیرند :
۱ – نوع فولاد : هرچه نقطه تسلیم آرماتور مصرفی بالاتر باشد طول مورد نیاز برای اورلپ بیشتر خواهد بود .
۲ – کیفیت سطح آرماتور : میلگردهایی که پوشش اپوکسی دارند طول اورلپ آنها ۵۰% بیشتر از آرماتورهای بدون پوشش باید باشد.
۳ – سایز آرماتور : سایز بزرگ آرماتور نیاز به طول اورلپ بیشتر است.
۴ – رده بتن : بتن ضعیف تر نیازمند طول اورلپ بیشتر است.
۵ – موقعیت قرار گرفتن اتصال در سازه : کارآیی اتصال اورلپ بستگی به موقعیت قرارگیری آرماتور ، موقعیت اتصال اورلپ روی آرماتور ، فاصله آرماتورها از یکدیگر و فاصله از لبه‌های عضو بتنی دارد.
۶- بار طراحی : طول مورد نیاز برای اتصال اورلپ در آرماتورهای کششی خیلی بلندتر از آرماتورهای فشاری می‌باشد. طول اتصال اورلپ برای بار فشاری نمی‌تواند استحکام اتصال تمام کششی را تامین نماید و لذا به هنگام اعمال نیروهای غیر قابل اتنظار در سازه ، اتصال اورلپ توان تحمل را نخواهد داشت.
به عنوان نتیجه گیری بایستی نکات ذیل را در طراحی اتصالات اورلپ در نظر گرفت :
۱ – اتصال اور لپ باید در نقطه ای در نظر گرفته شود که حداقل تنش و نیرو در آن نقطه وجود دارد.
۲ – در هر مقطع به تعداد محدود اتصال اورلپ در نظر گرفته شود.
۳ – میلگرد تقویتی برای آرماتورهای سایز بالا مورد استفاده قرار گیرد. در تراز اورلپ تعداد میلگردهای موجود در مقطع دو برابر هستند که باعث افزایش تراکم آرماتور می‌شوند و این وضعیت باعث عدم جریان مطلوب بتن خواهد شد که در نتیجه کیفیت بتن در این ناحیه بسیار پایین است در حالیکه مطابق بند ۲۰-۵-۲-۲ آیین نامه بتن ایران حداکثر نسبت آرماتور به بتن در ترازو اورلپ به میزان ۶% مجاز است اما با توجه به تراکم آرماتور در تراز اورلپ رعایت کردن این نسبت بسیار دشوار است.
اتصال اورلپ : آرماتور اضافی در مقطع
اتصال مکانیکی:نسبت فولاد به بتن ایده آل است
که درصد فولاد را افزایش میدهد
چون استحکام اتصال اورلپ مستقیما بستگی به کاور بتن و کیفیت آن دارد لذا هرگونه ضعف بتن منتهی به از هم گسیختگی اتصال اورلپ خواهد شد.همچنین یکی از ضعف‌های اتصال اورلپ این است که در محدوده غیر الاستیک عملکرد بسیار ضعیفی دارد.
 |
|
|
|
|
 |
| اتصال مکانیکی بطور مستقل از بتن و کیفیت آن عمل میکند و با صدمه دیدن بتن این اتصال همچنان انتقال نیرو را انجام میدهد. |
|
|
|
|
در مناطق مرطوب و ساحلی،خوردگی آرماتور می‌تواند
به لایه لایه شدن و خرد شدن کاور بتن منجر گردد
ولذابدون داشتن کاور مناسب در این مناطق،اتصال اورلپ بی اثر بوده و انتقال نیرو عملاً ازیک آرماتور به آرماتور بعدی وجود ندارد. |
مزایای اتصالات مکانیکی
اتصالات مکانیکی نوعی از قطعات مکانیکی هستند که بین دو قطعه آرماتور قرار می‌گیرند و باعث می‌شوند که آرماتور در محل اتصال رفتاری شبیه به یک آرماتور یکپارچه داشته باشد. اتصالات مکانیکی آرماتورها را به صورت سر به سر به یکدیگر وصل میکند، این اتصال بسیاری از مزایای یک آرماتور یکپارچه را تامین میکند.
سالها قبل، جوشکاری قوسی تنها راه یکپارچه نمودن دو قطعه آرماتور بود اما امروزه اتصالات مکانیکی بیشماری وجود دارند که می‌تواند یک اتصال دقیق و مطمئن را به سادگی و با سرعت امکانپذیر کنند.
اتصال اورلپ میزان آرماتور را دو برابر میکند که باعث تراکم آرماتور شده و در نتیجه عبور دانه‌های شن و جریان مطلوب بتن ریزی غیر ممکن می‌گردد.
اتصالات مکانیکی تراکم آرماتور را کاهش داده و امکان بتن ریزی مطلوب را فراهم میکند.
اتصال مکانیکی تراکم آرماتور را کاهش داده و امکان بتن ریزی مطلوب را فراهم میکند.
قابلیت اطمینان به اتصالات مکانیکی بسیار بیشتر از اتصال اورلپ می‌باشد چرا که در پروسه انتقال نیرو از یک آرماتور به آرماتور بعدی هیچگونه وابستگی به بتن وجود ندارد و اضافه بر آن یک اتصال مکانیکی بسیار قوی تر و مستحکم تر از اتصال اورلپ می‌باشد چرا که مطابق ACI و آیین نامه بتن ایران (آبا) میزان استحکام مورد نیاز برای یک اتصال مکانیکی حداقل ۲۵% بیشتر از استحکام طراحی برای اتصال در نظر گرفته می‌شود.
اتصالات مکانیکی توانایی و استحکام بیشتری را طی پروسه انتقال نیرو از خود نشان می‌دهند. تحمل فوق العاده در برابر بارهای پریودیک و همچنین حفظ یکپارچگی سازه در برابر حوادث طبیعی همچون زلزله و حوادث ساخته دست بشر همچون لرزه‌های ناشی از انفجارات از جمله مزایای اتصالات مکانیکی می‌باشند.
از نگاه سازه ای، مهمترین مزیت استفاده از اتصالات مکانیکی حصول اطمینان از انتقال نیرو در شبکه آرماتور بدون وابستگی به وضعیت و شرایط بتن می‌باشد. مضاف بر آن، اتصالات مکانیکی باعث کاهش تراکم آرماتور به دلیل حذف اتصال اورلپ می‌شوند.
اتصال اورلپ : تراکم آرماتور باعث جلوگیری از جریان مطلوب بتن می‌گردد که در نتیجه استحکام سازه در محل اورلپ به شدت کاهش خواهد یافت
اتصال مکانیکی : آرایش منظم و فاصله کافی بین آرماتورها فضای لازم برای جریان مطلوب بتن را فراهم می‌سازد
اتصالات اورلپ باعث دو برابر شدن نسبت فولاد به بتن می‌گردد و همچنین مشکلات عدیده ای را به هنگام جاگذاری آرماتورها و بتن ریزی به وجود
می‌آورد . حذف اورلپ همچنین باعث افزایش فضای لازم برای عملیات پیش تنیدگی post tensioning خواهد شد.
از منظر طراحی، اتصالات مکانیکی می‌تواند به عنوان یک ابزار نسبت آرماتور به بتن را کاهش داده و امکان استفاده از آرماتورهای با قطر بالا را در ستونهای کوچک فراهم آورد در نتیجه با کوچک شدن ستونها سطح مفید و قابل استفاده افزایش خواهند یافت که مزیت قابل توجهی به شمار می‌آید.
در حال حاضر انواع اتصالات مکانیکی در شکلها و ابعاد مختلف و بنا به نیاز مصرف کننده در بازار‌های جهانی و همچنین بازار کشور خودمان قابل دستیابی هستند.
متداولترین اتصالات مکانیکی با بهره گیری از مدلی مشابه پیچ و مهره میلگردها را به یکدیگر متصل نموده و یک آرماتور یکپارچه ایجاد میکند در همین گروه از اتصالات مکانیکی دیگری وجود دارد که اتصال دو میلگرد با قطرهای متفاوت را به یکدیگر مهیا می‌سازد همچنین اتصال مکانیکی با رزوه‌های چپ گرد و راست گرد که کارایی فراوانی دارد.
مقایسه کوپلر رزوه مستقیم و کوپلر رزوه مخروطی
در حال حاضر دو نوع کوپلر در بازار مصرف متداول است، کوپلر با رزوه مستقیم و کوپلر با رزوه مخروطی در اینجا می‌خواهیم مزایا و معایب هر یک را بیان کرده و در نهایت بهترین را معرفی کنیم . با توجه به افزایش روز افزون استفاده از اتصالات مکانیکی در کشورمان لازم است مصرف کنندگان عزیز با شناخت کامل از محصولات ارایه شده در بازار نسبت به ارزیابی و مقایسه آنها با یکدیگر اقدام نموده و سپس نسبت به انتخاب محصول مناسب اقدام نمایند.
کوپلر با رزوه مستقیم
۱ – ایجاد رزوه مستقیم در انتهای میل گرد و همچنین داخل کوپلر باعث درگیری کامل رزوه‌های کوپلر با رزوه‌های انتهای میل گرد می‌شود چرا که رزوه‌ها در امتداد دو خط موازی ایجاد شده و فقط تلرانس بین رزوه‌های کوپلر و آرماتور بایستی کنترل گردد تا از حد مجاز فراتر نرود که این تلرانس به راحتی با استفاده از ابزارهای کنترل Go و Not Go قابل کنترل است در حالی که در روش رزوه مخروط تطابق زاویه مخروط‌های ایجاد شده روی کوپلر و رزوه‌های آرماتور به راحتی امکانپذیر نبوده و کافی است زوایای مخروط حتی در حد ۰٫۵ درجه متفاوت باشند در این صورت قسمتی از رزوه‌های کوپلر و آرماتور با یکدیگر درگیر نشده و انتقال نیرو توسط بخش کوچکی از رزوه‌ها انجام خواهد گرفت که در نتیجه کاهش استحکام اتصال مکانیکی مخروطی را در پی خواهد داشت.
۲ – طول کوپلر رزوه مستقیم حدود ۳۰% از طول کوپلر مخروطی کوتاهتر است که در نتیجه باعث کاهش قیمت و صرفه جویی در مواد اولیه خواهد شد.
۳ – رزوه مخروطی با ابزار برش و به روش براده برداری ایجاد می‌شود که مستلزم انتخاب صحیح ابزار و مراقبت از کارکرد صحیح آن است، به زبان
ساده تر استهلاک ابزار رزوه کاری به روش رزوه مخروط بسیار شدید بوده و در نتیجه پس از تولید بسیار اندک رزوه مخروطی نیاز به تعویض ابزار می‌باشد یا در غیر این صورت کیفیت رزوه کاری به سرعت کاهش یافته و عملا رزوه‌های ایجاد شده قادر به انتقال نیروی وارده به آرماتور نخواهد بود .
کوپلر با رزوه مخروطی
۴ – کوپلرهای رزوه مخروط استحکام کششی را در حد رزوه‌های مستقیم برآورده نمی‌کنند و عموماً به هنگام تست کشش، میل گرد رزوه شده از داخل کوپلر خارج شده و یا از محل رزوه‌ها گسیخته می‌شود در صورتی که در کوپلرهای رزوه مستقیم عموماً گسیختگی روی میل گرد و دور از کوپلر اتفاق می‌افتد.
کوپلر رزوه مستقیم پس از تست کشش
۵ – برای بستن کوپلرهای رزوه مخروط حتما بایستی از آچار مخصوص گشتاوری (ترک متر) استفاده گردد، در صورتی که برای بستن کوپلرهای رزوه مستقیم نیازی به استفاده از آچار مخصوص نمی‌باشد و بستن میل گرد‌ها تا آخرین رزوه به معنی اتمام مرحله بستن کوپلر است.
۶- در کوپلرهای رزوه مخروط امکان ایجاد رزوه چپ گرد بر روی آرماتور وجود نداشته و در نتیجه محصولی به نام کوپلر چپ و راست در این نوع قابل ساخت نیست در صورتی که در روش رزوه مستقیم ایجاد رزوه چپ گرد به سادگی ایجاد رزوه راست گرد می‌باشد.
۷ – نظارت بر بستن صحیح در کوپلرهای رزوه مخروطی نیاز به کنترل با اچار گشتاوری داشته و الزاماً نیازمند افراد متخصص می‌باشد در صورتی که در کوپلرهای افراد متخصص می‌باشد در صورتی که در کوپلرهای رزوه مستقیم، بستن تا آخرین رزوه آرماتور درون کوپلر به معنی صحیح بودن این پروسه است.
۸- تنها امتیاز کوپلرهای رزوه مخروطی درگیری آسان آرماتور و کوپلر در ابتدای مرحله بستن است که به دلیل شکل مخروطی رزوه‌ها جاگذاری آرماتور درون کوپلر به راحتی انجام می‌گیرد.
با توجه به مقایسه فوق الذکر می‌توان نتیجه گیری نمود که کوپلرهای رزوه مستقیم از جهت فنی و کاربردی بسیار بهتر از کوپلرهای رزوه مخروطی بوده و قابلیت اعتماد این نوع کوپلرها بسیار بیشتر از نوع مخروطی است.
کوپلر رزوه مستقیم
انواع اتصالات مکانیکی
تعدادی از این اتصالات امکان اتصال آرماتور را به آرماتور انتظار با طول بسیار کوتاه فراهم می‌آورند، اکثر دست اندرکاران سازه‌های بتنی با این مشکل روبرو بوده اند که در اثر اشتباه محاسباتی و یا اشتباه آرماتور بند طول میلگرد انتظار به حد کافی پیش بینی نشده است و لذا امکان اورلپ کاملاً منتفی است لذا جهت خروج از بن بست اتصالات مکانیکی ویژه ای طراحی و ساخته شده اند که بطور متداول در دو نوع در دسترس می‌باشند، نوع اول با استفاده از گروت (Grout) و نوع دوم با استفاده از پبچهای جانبی وظیفه مهار نمودن و اتصال آرماتورها را بر عهده دارند. در عمل استفاده از کوپلرهای پیچی بسیار ساده تر از نوع دوم می‌باشد.
کوپلر پیچی
نوع دیگری از کوپلرها بجای خم انتهای میل گرد (قلاب) مورد استفاده قرار می‌گیرند ان نوع کوپلرها که به صورت رزوه ای تولید می‌شوند به انتهای میل گرد بسته شده و توان تحمل نیروهای وارده در امتداد میل گرد را دارند و همچنین با تکیه بر تئوری مخروط برشی در بتن طول مهاری مورد نیاز با استفاده از این نوع کوپلرها کاهش می‌یابد
باید توجه نمود که یکی از مزایای با اهمیت اتصالات مکانیکی امکان استفاده از آنها در هر نقطه از سازه بتنی وجود دارد و عملاً محدودیتهای اتصال اورلپ با جایگزین نمودن اتصال مکانیکی بطور کامل از بین می‌رود که این ویژگی خاص علاوه بر ایجاد فضای بهتر برای طراحی سازه جهت استفاده بهینه از مصالح، صرفه اقتصادی را نیز برای هر پروژه به ارمغان می‌آورد.
کوپلر موقعیت که برای اتصال دو سازه بتنی مجزا به یکدیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد
ارزیابی‌های انجام گرفته در جهت مقایسه هزینه اتصالات مکانیکی با اتصال اورلپ نشان میدهد که اتصالات مکانیکی هزینه اضافه به یک پروژه ساختمانی تحمیل نمی‌کند و با توجه به مزایای آن که قبلاٌ اشاره گردید حتی کاهش هزینه را نوید میدهد، امید است طراحان و مهندسین ساختمان با در نظر گرفتن کلیه پارامترها و مهم تر از همه با هدف حفظ سرمایه‌های ملی و با بکارگیری شیوه‌های مطمئن در ساخت و ساز تحول مورد انتظار را در این صنعت پدید آورند.
منابع:
۱ – آیین نامه بتن ایران
۲- مقررات ملی ساختمان
۳ – وب سایت گروه صنعتی سهند ( بنیانگذار اتصالات مکانیکی آرماتور در ایران ) www.sahandsplices.com
۴ – ACI 318
۵ – Mechanical butt splices vs. Lap Splicing, study conducted by Cagley and associates
۶ – ACI STRUCTURAL JOURNAL Title no.104-S12
۷- coupler.ir
——————————————————
منبع:e-pm.ir
