اتصالات مکانیکی برای آرماتور، تضمین کیفیت و استحکام
اتصال اورلپ با کنار هم قرار دادن دو آرماتور به موازات یکدیگر ایجاد می شود. روش اتصال پوششی یا اورلپ یک روش قدیمی برای اتصال آرماتورها درسازه های بتنی است که شاید به اشتباه یک روش ارزان تلقی می گردد. 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 می شود. به طور کلی پیوستگی بتن و آرماتور وابستگی زیادی به زایده های روی آرماتور دارد (آجهای عرضی) نتایج حاصل از تحقیقات، ملاحظات طراحی در سازه های بتنی، مواد و مصالح جدید و سایر تحولات در صنعت ساخت و ساز و جایگزین بهتری برای اتصال اورلپ را طلب می کند، 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 25 و 28 و 32 و 36 چگونه خواهد بود اینها المانهای اصلی یک سازه بتنی را تشکیل می دهند 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 می باشد. ( بند 6.2.1.5.20 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 می کند اتصال اورلپ برای انتقال نیرو های کششی بسیار ضعیف عمل می کند.
یک آرماتور فولادی در یک سازه بتنی فقط بایستی نیروهای کششی و فشاری را منتقل نماید همانطور که در تصویر شماره 1 نشان داده شده است انتقال نیرو در راستای محور آرماتور می باشد. روش انتقال نیرو در روش اورلپ به گونه ای است که نیروهای اضافی در بتن ایجاد می کند که این نیروها در جهت جدا کردن آرماتورها از یکدیگر عمل می کنند 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 :
1 – نوع فولاد : هرچه نقطه تسلیم آرماتور مصرفی بالاتر باشد طول مورد نیاز برای اورلپ بیشتر خواهد بود .
2 – کیفیت سطح آرماتور : میلگردهایی که پوشش اپوکسی دارند طول اورلپ آنها 50% بیشتر از آرماتورهای بدون پوشش باید باشد.
3 – سایز آرماتور : سایز بزرگ آرماتور نیاز به طول اورلپ بیشتر است.
4 – رده بتن : بتن ضعیف تر نیازمند طول اورلپ بیشتر است.
5 – 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 لبه های عضو بتنی دارد.
6- بار طراحی : طول مورد نیاز برای اتصال اورلپ در آرماتورهای کششی خیلی بلندتر از آرماتورهای فشاری می باشد. طول اتصال اورلپ برای بار فشاری نمی تواند 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 :
1 – اتصال اور لپ باید در نقطه ای در نظر گرفته شود که حداقل تنش و نیرو در آن نقطه وجود دارد.
2 – در هر مقطع به تعداد محدود اتصال اورلپ در نظر گرفته شود.
3 – میلگرد تقویتی برای آرماتورهای سایز بالا مورد استفاده قرار گیرد. در تراز اورلپ تعداد میلگرد های موجود در مقطع دو برابر هستند که باعث افزایش تراکم آرماتور می شوند 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 20-5-2-2 آیین نامه بتن ایران حداکثر نسبت آرماتور به بتن در ترازو اورلپ به میزان 6% 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 می دهد
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 ضعف های اتصال اورلپ این است که در محدوده غیر الاستیک عملکرد بسیار ضعیفی دارد.
 |
 |
|
| اتصال مکانیکی بطور مستقل از بتن و کیفیت آن عمل می کند و با صدمه دیدن بتن این اتصال همچنان انتقال نیرو را انجام میدهد. |
در مناطق مرطوب و ساحلی،خوردگی آرماتور می تواندبه
لایه لایه شدن و خرد شدن کاور بتن منجر گرددو لذابدون داشتن کاور مناسب دراین مناطق،اتصال اورلپ بی اثربوده و انتقال نیروعملاً از یک آرماتور به آرماتور بعدی وجود ندارد. |
مزایای اتصالات مکانیکی
اتصالات مکانیکی نوعی از قطعات مکانیکی هستند که بین دو قطعه آرماتور قرار می گیرند و باعث می شوند 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 می کند، این اتصال بسیاری از مزایای یک آرماتور یکپارچه را تامین می کند.
سالها قبل، جوشکاری قوسی تنها راه یکپارچه نمودن دو قطعه آرماتور بود اما امروزه اتصالات مکانیکی بیشماری وجود دارند که می تواند یک اتصال دقیق و مطمئن را به سادگی و با سرعت امکانپذیر کنند.
اتصال اورلپ میزان آرماتور را دو برابر می کند که باعث تراکم آرماتور شده و در نتیجه عبور دانه های شن و جریان مطلوب بتن ریزی غیر ممکن می گردد.
اتصالات مکانیکی تراکم آرماتور را کاهش داده و امکان بتن ریزی مطلوب را فراهم می کند.
 |
اتصال مکانیکی تراکم آرماتور را کاهش داده و امکان بتن ریزی مطلوب را فراهم می کند.
قابلیت اطمینان به اتصالات مکانیکی بسیار بیشتر از اتصال اورلپ می باشد 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 می باشد چرا که مطابق ACI و آیین نامه بتن ایران (آبا) میزان استحکام مورد نیاز برای یک اتصال مکانیکی حداقل 25% بیشتر از استحکام طراحی برای اتصال در نظر گرفته می شود.
اتصالات مکانیکی توانایی و استحکام بیشتری را طی پروسه انتقال نیرو از خود نشان می دهند. تحمل فوق العاده در برابر بارهای پریودیک و همچنین حفظ یکپارچگی سازه در برابر حوادث طبیعی همچون زلزله و حوادث ساخته دست بشر همچون لرزه های ناشی از انفجارات از جمله مزایای اتصالات مکانیکی می باشند.
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 می باشد. مضاف بر آن، اتصالات مکانیکی باعث کاهش تراکم آرماتور به دلیل حذف اتصال اورلپ می شوند.
اتصال اورلپ : تراکم آرماتور باعث جلوگیری از جریان مطلوب بتن می گردد 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 می سازد
اتصالات اورلپ باعث دو برابر شدن نسبت فولاد به بتن می گردد و همچنین مشکلات عدیده ای را به هنگام جاگذاری آرماتور ها و بتن ریزی به وجود
می آورد . حذف اورلپ همچنین باعث افزایش فضای لازم برای عملیات پیش تنیدگی post tensioning خواهد شد.
از منظر طراحی، اتصالات مکانیکی می تواند 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 می آید.
در حال حاضر انواع اتصالات مکانیکی در شکلها و ابعاد مختلف و بنا به نیاز مصرف کننده در بازار های 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 می کند در همین گروه از اتصالات مکانیکی دیگری وجود دارد که اتصال دو میلگرد با قطرهای متفاوت را به یکدیگر مهیا می سازد همچنین اتصال مکانیکی با رزوه های 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 می خواهیم 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
1 – ایجاد رزوه مستقیم در انتهای میل گرد و همچنین داخل کوپلر باعث درگیری کامل رزوه های کوپلر با رزوه های انتهای میل گرد می شود چرا که رزوه ها در امتداد دو خط موازی ایجاد شده و فقط تلرانس بین رزوه های 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 مخروط های ایجاد شده روی کوپلر و رزوه های آرماتور به راحتی امکانپذیر نبوده و کافی است زوایای مخروط حتی در حد 0.5 درجه متفاوت باشند در این صورت قسمتی از رزوه های کوپلر و آرماتور با یکدیگر درگیر نشده و انتقال نیرو توسط بخش کوچکی از رزوه ها انجام خواهد گرفت که در نتیجه کاهش استحکام اتصال مکانیکی مخروطی را در پی خواهد داشت.
2 – طول کوپلر رزوه مستقیم حدود 30% از طول کوپلر مخروطی کوتاهتر است که در نتیجه باعث کاهش قیمت و صرفه جویی در مواد اولیه خواهد شد.
3 – رزوه مخروطی با ابزار برش و به روش براده برداری ایجاد می شود 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 می باشد یا در غیر این صورت کیفیت رزوه کاری به سرعت کاهش یافته و عملا رزوه های ایجاد شده قادر به انتقال نیروی وارده به آرماتور نخواهد بود .
کوپلر با رزوه مخروطی
4 – کوپلرهای رزوه مخروط استحکام کششی را در حد رزوه های مستقیم برآورده نمی کنند و عموماً به هنگام تست کشش، میل گرد رزوه شده از داخل کوپلر خارج شده و یا از محل رزوه ها گسیخته می شود در صورتی که در کوپلرهای رزوه مستقیم عموماً گسیختگی روی میل گرد و دور از کوپلر اتفاق می افتد.
کوپلر رزوه مستقیم پس از تست کشش
5 – 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 نمی باشد و بستن میل گرد ها تا آخرین رزوه به معنی اتمام مرحله بستن کوپلر است.
6- 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 می باشد.
7 – نظارت بر بستن صحیح در کوپلرهای رزوه مخروطی نیاز به کنترل با اچار گشتاوری داشته و الزاماً نیازمند افراد متخصص می باشد در صورتی که در کوپلرهای افراد متخصص می باشد در صورتی که در کوپلرهای رزوه مستقیم، بستن تا آخرین رزوه آرماتور درون کوپلر به معنی صحیح بودن این پروسه است.
8- تنها امتیاز کوپلرهای رزوه مخروطی درگیری آسان آرماتور و کوپلر در ابتدای مرحله بستن است که به دلیل شکل مخروطی رزوه ها جاگذاری آرماتور درون کوپلر به راحتی انجام می گیرد.
با توجه به مقایسه فوق الذکر می توان 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 می آورند، اکثر دست اندرکاران سازه های 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 می باشند، 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 می باشد.
کوپلر پیچی
نوع دیگری از کوپلرها بجای خم انتهای میل گرد (قلاب) مورد استفاده قرار می گیرند ان نوع کوپلرها که به صورت رزوه ای تولید می شوند به انتهای میل گرد بسته شده و توان تحمل نیرو های 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 می یابد
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 می رود 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 می آورد.
ارزیابی های انجام گرفته در جهت مقایسه هزینه اتصالات مکانیکی با اتصال اورلپ نشان می دهد که اتصالات مکانیکی هزینه اضافه به یک پروژه ساختمانی تحمیل نمی کند و با توجه به مزایای آن که قبلاٌ اشاره گردید حتی کاهش هزینه را نوید می دهد، امید است طراحان و مهندسین ساختمان با در نظر گرفتن کلیه پارامترها و مهم تر از همه با هدف حفظ سرمایه های ملی و با بکارگیری شیوه های مطمئن در ساخت و ساز تحول مورد انتظار را در این صنعت پدید آورند.