در مقاله حاضر به ارزیابی و معرفی پروسه جوش سر به سر میلگرد که قابلیت و امکان جایگزین آن با وصله میلگردها (اورلپ) یا این که شیوه های مکانیکی، در سازهای بتنی میباشد، پرداخته شد‌ه‌است.

داده ها و نتیجه های تست ها و پژوهش ها انجام یافته در درون و آن سوی مرز گردآوری گردیده و این نحوه با دو طریق دیگر وصله کردن میلگرد (وصله ی مکانیکی یا این که کوپلینگ، وصله ی پوششی یا این که اور لپ) مقایسه و معایب و مزایای هرمورد گزینه آنالیز قرار گرفته و گزارش شد‌ه‌است.

 

پیشگفتار

با بسط ساخت و سازها و بخصوص به کار گیری بسیار زیاد بتن در صنعت ساختمان (یکی ازپر مصرف ماده نیا بعداز آب) و به جهت ضعف کشش بتن، به کار گیری از میلگرد بمنظور ارتقا مقاومت منطقه کششی بتن، امری انکار ناپذیر میباشد.

میلگردها علاوه بر تحمل کشش، توان تحمل نیروهای فشاری را نیز داراست و میتواند در ارتقا گنجایش فشاری قطعات بتن آرمه نیز مفید باشد.

علی رقم ضرورت به کارگیری از میلگرد در بتن، وجود آن منجر به بوجود آمدن مشکلاتی در اعضای بتن آرمه میشود که می بایست آنالیز شوند . برای مثال این مشکلات باعث پیوستگی در بین بتن و میلگرد، توان جابجایی نیروی کششی بتن پس از ترکخوردگی به میلگرد، به خصوص در طی وصله میلگردها و همینطور اشغال کردن فضایی که بایستی بتن ریزی و ویبره گردد، بخصوص در زمان وصله میلگردها و افزایش وزن بنا اشاره نمود .

علاوه بر مورد های نام برده شده، میلگردهای فولادی دارنده اندازه محدودی می باشند و در سازهای مرتفع یا این که اعضای دارنده طول زیاد مجبور به اتصال میلگردها به نحوه های گوناگون به یکدیگر الزامی میباشد.

 

. اتصال یا این که وصله میلگرد نا مطلوب به خودی خود یک کدام از نقاط ضعف مهم در اعضای بتن آرمه به حساب آورده می شود .

چون با اعتنا به نوع وصله، در وصله های اورلپ در زمان هم پوشانی وصله دو میلگرد، به خصوص در شرایطی‌که میلگردها دارنده قطر زیاد و بتن دارنده مقاومت مقداری باشد، نیاز به ارتقاء طول اورلپ دو میلگرد شده و در‌این‌صورت‌ تراکم میلگردها در محل وصله زیاد می شود و براین اساس امکان ویبره مطلوب با مشکل مواجه می شود.

در اینگونه شرایطی عدم پیوستگی مطلوب بتن و میلگرد اتفاق می افتد. پیوستگی ضعیف دربین بتن و میلگردهای دور و بر، بر عملکرد بنا بتنی در زمان افتتاح و پایانی،بخصوص در بخشهای زلزله خیز که انتظار شکل پذیری زیادی در بناها نیاز است، موثر میباشد.

بنابراین دلایل  و دلایل دیگر ، در مقررات های طراحی بناهای بتن آرمه تاکید بر عدم وصله ی میلگردها در نقاط بحرانی میباشد.

نظارت های انجام یافته حاکی از آن میباشد که نوشته‌ی‌علمی تحقیقاتی نشان بر کاربرد میلگردهای با جوش سر به سر در بنا های بتنی، در دسترس نیست .

از آن‌جا که، در بعضی از پروژه های این مرزو بوم(کشور ایران)، از سیستم فورجینگ استفاده می شود . جدیدا، در قسمت عمران دانشگاه شهید باهنر کرمان، طرح ریزی نسبتاً کاملی انجام شده است ، تا کارکرد جوش سر به سر میلگردها در بخشهای بتنی و مقایسه آنها با وصله های اورلپ خصوصا در نواحی بحرانی، به طور آزمایشگاهی بررسی شود.

اکنون به طور اجمالی به معرفی شیوه های متعارف وصله کردن میلگردها، شیوه کوپلینگ و اورلپ، پرداخته گردیده است و بعد از آن پروسه فورجینگ بصورت کاملتر بررسی و پرداخته می شود. در انتها  مزایا و معایب هر شیوه نام برده و بایکدیگر مقایسه می شوند.

ضمنا نحوه وصله اتکایی که در مبحث نهم ضوابط ملی ساختمان نیز آورده گردیده است به جهت محدودیت و کاربرد نادر، در این مقاله آنالیز نمی شود.

 

اتصال فورجینگ (جوش سر به سر میلگرد با گاز اکسی استیلن و فشار)

جوش فورجینگ یا این که جوش فشار گاز در ده سال 1930 میلادی به صورت مشابهی در ایالات متحده و ژاپن اختراع و بسط یافت.

از این تکنولوژی در آغاز برای جوشکاری ریل های سامانه ریلی و لوله ها، به صورت وسیع به کار گیری شد.

بدلیل زلزله خیز بودن مملکت ژاپن و نیاز به به کار گیری از اتصالات با استحکام بالا برای ارتقا مقاومت ساختمان ها در قبال ز‌لزله انگیزه توسعه و پیشرفت جوش فورجینگ در‌این سرزمین بود.

امروزه نیز این طریق در اکثر بنا های درست شده یا این که در درحال حاضر ایجاد کرد مملکت ژاپن استعمال می توان به طوری که 90 درصد بنا ها را شامل میشود و انگیزه آن همت و مزایای عالی نسبت به راه‌های وصله ی میلگرد میباشد .

همانطور که در ابتدا اشاره شد، محاسبه های متعددی شکل گرفت تا تلاش این نوع وصله (جوش رمز به راز) در کاربردهای بتن دارای سلاح آیتم تحلیل قرار گیرد، لاکن اینگونه موردی مشاهده نشد .

 

وصله پوششی(اورلپ)

این شیوه معمولی ترین و شاید شایع ترین شیوه وصل کردن دو میلگرد میباشد که با کنار هم هم قرار دادن دو میلگرد در قسمتی از طول آنان عملی می‌گردد.

مبحث نهم ضوابط ملی ساختمان به کارگیری از این نحوه برای میلگردهای با قطر کمتر از 36 میلی متر که به طور گروهی تحت عنوان یک گروه استفاده نشوند را مجاز می داند .ظوابط بتن ایالات متحده نیز به کارگیری از این نحوه را برای میلگردهای با سایز بیشتر از 11 میلی متر مگر در حالت  های خاص مجاز ندانسته اند .

 

در بقیه آئیننامه نیز به همین ترتیب به کارگیری از این شیوه برای قطرهای بالای میلگرد محدودیت قرارداده شده است.

برای مثال میتوان به آئیننامه های ژاپن و کره جنوبی نیز اشاره نمود که حداکثر سایز مجاز میلگرد برای هم پوشانی را به 16 میلی متر محدود شده است.

وصله ی پوششی در ازای داشتن مزایای اندک معایب بسیار متعددی نیز دارد که در این باره می شود به ظوابط بتن ایالات متحده اشاره نمود که‌این اتصال را در قبال بارهای زمان ای اعتقاد و باور قسمت ندانسته و تیتر گردیده که از محدوده الاستیک بیرون میگردد .

 

همینطور با افزایش قطر میلگرد، طول وصله نیز افزایش مییابد که این کار باعث می شود هزینه ها بیشتر شود. عیب دیگری که در ازای ارتقا طول وصله دیده شده، باعث افزایش وزن بنا میباشد و به این علت نیروهای وارد شده به بنا نیز بیشتر میگردند. ولی با دقت به وزن بالای بنا های بتنی این اضافه وزن قابل گذشت است می توان آنرا نادیده گرفت.

 

فرصت حرارت دهی به میلگردها

فرصت حرارت دهی به میلگردها با دقت به قطر میلگرد مختلف میباشد .

این مقادیر به طور تجربی بدست امده که در جدول آورده شد‌ه‌است . این مجال برای سایزهای دیگر می قدرت با اعتنا به مقادیر داده گردیده تقریب زد.

 

کوپلینگ (وصله مکانیکی)

این شیوه با بکارگیری از وسایل مکانیکی خاص بوجود می آید.

در این اتصال قطعه واسط که می بایست وضعیت خاصی از مقاومت و جنس داشته باشد، دو سر میلگرد را که از گذشته در کارگاه رزوه گردیده است را به هم متصل می نماید.

این اتصال بخش اعظمی از مزایای یک اتصال یکدست را تامین می نماید، تراکم آرماتورها را کاهش داده و قابلیت و امکان بتن ریزی و ویبره مناسب را آماده می سازد.

همینطور این اتصال از حیث مقاومت بسیار قدرتمند تر از اتصال هم پوشانی میباشد.

 

فرآیند جوشکاری فورجینگ

این نحوه با تولید حرارت بالا حاصل از سوختن گاز اکسیژن و استیلن نزدیک به 1300-1200 درجه سانتیگراد که دمایی کمتر از نقطه ذوب فولاد میباشد و همینطور انجام فشار جاری ساختن میگیرد.

برای اعمال جوش راز به رمز نخست میلگردها در گیره ی منحصر بسته می گردند و سطح آن‌ها با فشار ناشی از جک هیدرولیک متصل به گیره به یکدیگر مماس می‌گردد . آن گاه به وسیله مشعل منحصر به فرد جوشکاری، منطقه ای که بایستی متصل گردد حرار ت دهی میگردد.

. درین مرحله عملیات انجام فشار به میلگرد در محدوده ی فشار مجاز برای هر قطر میلگرد جاری ساختن می گردد و بسته به قطر میلگرد بعداز سپری شد چندین ثانیه عملیات جوشکاری خاتمه میابد

این طرز جز نحوه های ذوبی بدون نقص به شمار نیامده و یک روند جوشکاری در موقعیت خمیری و فاز جامد و با جابجایی اتم های دو سطح بوده و از این رو تغییر و تحول فاز در سطح جوش گردیده به وجود نمی آید و ساختار مولکولی، خاصیت متالوژی و مکانیکی فلز مراقبت میگردد.

در بنا شده در این روند تغییر و تحول شیمیایی ساخت و ساز نمی‌شود

همان طور که اشاره شد، پیش از اجرا مراحل جوش فورجینگ، سطح میلگردها می بایست به وسیله دستگاه اره برش سرد حاشیه سازی و مهیا خواهد شد.

این دستگاه که منحصر به فرد روند جوش فورجینگ است، در هنگام برشکاری تنها براده های آهن به خارج پرتاب می نماید و مانند بقیه دستگاه های برشکاری ساخت و ساز جرقه نمی نماید، از این رو بدین دستگاه اره برش سرد گفته می‌شود.

علاوه بر این، دستگاه مذکور دارنده گیره ای برای قفل کردن میلگرد میباشد و این کار موجب میشود خطای انسانی از در بین برود و سطحی با زاویه 90 سکو نسبت به محور میلگرد به وجود آید و وقتی که میلگردها به طور رمز به رمز مقابل هم قرار د اده می‌شوند تماما بهم چسبیده و نباید فضایی فی مابین آنان ساخت‌و‌ساز گردد .

 

مقاومت جوش فورجینگ

حاصل آزمایشات کششی انجام یافته مثال های میلگرد با جوش سر به سر نشانه داده میباشد که باخت در میلگرد اساس پیش آمده میباشد و خیر در محل جوش . همینطور در تست خمش صورت گرفته ذیل زاویه خمش 180 جايگاه هیچگونه عیبی در محل جوش گردیده مشاهده نگردید .

 

دلایل بهتر بودن جوش فورجینگ

مقاوم سازی و اجرای خوب

کاهش وسعت و تراکم میلگردها در نقاط اتصال و قابلیت و امکان بتن ریزی و ویبره بهتره، آرایش و پیرایش منظم آرماتورها که موجب محافظت دانه بندی مناسب بتن میشود، در امتداد قرار به چنگ آوردن آرماتورها و در فیض جابجایی بدون واسطه و مستقیم نیرو از میلگردی به میلگرد دیگر در مقاطع بتن آرمه، قابلیت و امکان ساخت وصله در هرجا از بنا (در حالی که وصله پوششی مطابق دین طومار های پباده سازی بتن دارای سلاح، دارنده محدودیت عدم استعمال در محل های بحرانی بنا می‌باشند)، باتوجه به کاهش وسعت میلگرد در محل اتصال، پیوستگی بتن و میلگرد ارتقا می‌یابد.

باتوجه به اینکه در محل اتصال ارتقاء قطر وجود داراست، لذا مقاومت درین منطقه ارتقاء یافته و گسیختگی در محلی دورتر از محل جوش گردیده حادثه می افتد .

صرفه جوی میلگرد و لوازم

صرفه جویی 15 تا 30 د رصد در مصرف میلگرد با حذف اورلپ و پرت آرماتور، اتصال میلگردهای غیر قابل مصرف (پرت) به یکدیگر و به کار گیری دوباره از آنها، ترمیم میلگردها و بولت های شکسته، قابلیت و امکان اضافه نمودن طبقه حدس نشده بر روی ریشه های کوتاه وکاهش حمل و نقل ها با اعتنا به کاهش مصالح مصرفی .

 

مقایسه سه طریق اتصال

در مسئله بررسی، محاسبه و مقایسه سه نحوه اتصال گزینه مشاجره، اطلاعت و مقاله‌ها بسیار محدودی وجود دارااست که اکثر آن‌ها برای فرصت و موقعیت خاص قابل قبول میباشند. در‌این قسمت عملکرد گردیده مقایسه ای کلی و اجمالی از نگاه فرصت، ارتفاع اتصال، مقاومت، عبوردانه ها، ابزارهای ما یحتاج، قطعه واسط برای اتصال و هزینه صورت بپذیرد.

فورجینگ مقاومت تر است

از دید مقاومت طبق نتیجه ها نتایج از آزمایشات، طرز فورجینگ در نقطه اتصال دارا مقاومتی بیش از فلز مبنا میباشد . در کوپلینگ مقاومت اتصال شدیداً به مقاومت کوپلر متعلق میباشد و در شکل مطلوب بودن کیفیت و فرآورده کوپلر می‌تواند مقاومتی درحد فورجینگ داشته باشد.

در وصله ی پوششی نیز مقاومت کمتری نسبت به دو شیوه فوق بدست می‌آید که شدیداً به خطاهای انسانی متعلق میباشد، به طوری که در‌حالتی که سیم آرماتوربندی که بوسیله آرماتوربند بسته میگردد، خیل خوب سفت نگردد یا این که به تعداد و فاصله کافی نباشد، قابلیت و امکان ساخت‌و‌ساز ضعف مقاومتی در‌این حیطه وجود دارااست. به این ترتیب از حیث مقاومت نیز می قدرت فورجینگ و کوپلینگ را برابر و آن‌گاه ها، اورلپ را مطلوب دانست .

فورجینگ زمان کمتری نیاز دارد

فرصت اعمال هر اتصال کوپلینگ مشتمل بر فرصت موردنیاز برای رزوه کردن دو سر اتصال شونده و فرصت موردنیاز برای بستن کوپلر میباشد. در اتصال فورجینگ این مجال صرفا به به عبارتی مجال حرارت دهی میلگردها محصور میگردد. در اتصال هم پوشانی این مجال بسیار معدود و درحد یک‌سری ثانیه برای بستن سیم آرماتوربندی میباشد. مجموعاَ و طبق بررسی‌ها و پژوهش ها قبلی می قدرت این سه نوع اتصال را از حیث زیاد بودن مجال ایفا پروسه به ترتیب کوپلینگ، فورجینگ و اورلپ منزلت بندی کرد .

 

عبور سنگدانه های بتن در اتصال فورجینگ راحتتر است

در اتصال فورجینگ و کوپلینگ به جهت عدم تراکم میلگرد در محل اتصال، عبور سنگدانه ها خیلی راحت از اورلپ اعمال میگردد. اما با مقایسه در میان کوپلینگ و فورجینگ و با اعتنا به حجمی که کوپلر اشغال می نماید، میشود فورجینگ را تا حدی مطلوبتر دانست .

به این ترتیب از این حیث می شود به ترتیب مطلوب بودن برای عبور سنگدانه ها، نخست فورجینگ، کوپلینگ و بعد از آن هم پوشانی را بیان کرد .

 

 

فورجینگ طول اتصال مناسب تر است

ارتفاع لازم در طرز جوش فورجینگ به اندازه قطر به عبارتی میلگرد میباشد که در واقع به عبارتی حیطه نیز حرارت دهی می گردد. در روش کوپلینگ این ارتفاع بایستی به اند ازه ای باشد که بتوان رزوه و بستن کوپلر را اعمال اعطا کرد. به طور تقریبی این ارتفاع نزدیک به 5 تا 10 سانتی متر میباشد. در اتصال به روش اورلپ نیز این ارتفاع بسیار زیاد و حدودا قابل مقایسه با نحوه های فوق وجود ندارد. به این ترتیب از حیث ارتفاع اتصال با صرف لحاظ کردن از اختلاف اندک فورجینگ و کوپلینگ می اقتدار این دو ر ا بسیار مطلوب تر از اورلپ دانست.

 

هزینه کوپلینگ و فروجینگ بیشتر است

این فاکتور قادر است ذیل موقعیت گوناگون مثلا بعد ها پروژه، قطر میلگردها، محل اعمال پروژه و غیره گوناگون باشد . ولی طبق بعضا تجربیات و پژوهش ها، هزینه کوپلینگ از فورجینگ بیشتر میباشد .

بدین ترتیب از حیث مطلوب بودن بها و نادر هزینه بودن، می شود به ترتیب اورلپ، فورجینگ و کوپلینگ را مثال زد.

ابزارهای لازم برای ایفا فرآیند اتصال فورجینگ

در اتصال فورجینگ تمامی وسایل تحت عنوان واحد فشار و حرارت موردنیاز میباشد . برای اتصال کوپلینگ به دستگاهی برای رزوه کردن انتهای میلگردها و در اورلپ صرفا به یک انبردست نیاز میباشد . درنهایت از این لحاظ میشود از لحاظ معدود بودن امکانات لازم به ترتیب اورلپ، کوپلینگ و فورجینگ را مثال زد .

در اتصال کوپلینگ به کوپلر و در هم پوشانی به سیم آر ماتور بندی نیاز میباشد در حالی که در فورجینگ به قطعه ی واسط نیاز نیست 

 

سخن آخر

با اعتنا به استدلال ها و مقایسه های صورت گرفته نتیجه ها ی ذیل مشخص می شود:

با توجه به اینکه در مملکت از سیستم فورجینگ در تنی چند از پروژه های بنا های بتنی بکارگرفته شده و می‌شود، مورد نیاز میباشد دراین باره پژوهش ها آزمایشگاهی دقیقی شکل گیرد، تا بتوان پیرو نحوه های جایگذین وصله ی پوششی مبادرت خواهد شد، به طوری که بتوان از آن در مقررات بتن کشور‌ایران، به کار گرفت .

در صنعت ساختمان سازی علاوه بر ایمنی و مقاومت، اقتصاد طرح نیز مطرح میباشد، از آن‌جا که، حذف میلگرد مستعمل در طی اورلپ با دقت به ابعاد پروژه میتواند در کاهش هزینه ها مفید باشد . علاوه بر این کاهش هزینه، مشاهده شوید که در شیوه های کوپلینگ و فورجینگ مقاومتی فراتر از وصله های پوششی را داشته باشد .