امروزه استفاده از سازه های پیچ و مهره ای در صنعت به نحو چشمگیری افزایش یافته به طوری که این سازه ها در گذشته فقط شامل سوله های صنعتی و مجتمع های پتروشیمی و سازه های مورد استفاده در صنایع و گاز می شد. هم اکنون کاربرد این سازه ها در ساختمان های مسکونی اداری و تجاری که در شهرها نیز ساخته می شود با رشد چشمگیری روبرو بوده است. از مهمترین دلایل استفاده از اسکلت فلزی پیچ و مهره در کشورهای صنعتی عدم نیاز به جوشکاری زمان نصب سازه و در موقعیت های سخت همچنین سرعت اجرا در محل نصب نسبت به سازه های جوشی می باشد. همچنین اسکلت هایی که در محوطه پروژه های ساختمانی تولید میشوند بخاطر محدودیت در تامین برق مکفی و بکارگیری دستگاه های جوش مدرن )با نرخ نفوذ و استاندارد( عدم وجود ابزار صنعتی سنگین، تیم های مجرب رنگ آمیزی و زنگ زدایی صحیح و ... نه تنها فاقد کیفیت هستند بلکه کاملا دست و پا گیر و دارای پروسه ای زمان بر هستند که بلاشک منجر به ایجاد ترافیک در معابر و تزاحم همسایگان می شود.
روش سنتی ساخت اسکلت در محل از لحاظ اتصال و برپایی نیز علاوه بر موارد ذکر شده هزینه بالایی از بابت جرثقیل دارد. با توجه به زلزله خیز بودن کشور ما و حوادث ناگواری که در سال های گذشته خصوصا در بم صورت گرفت رویکرد و نگرشی جدید به تولید صنعتی و مدرن مقاومت قابل ملاحظه ای در مقایسه با اسکلت های سنتی دارد. نکته دیگر اقتصادی و پایین تر بودن هزینه تولید نسبت به روش سنتی معمول می باشد. کمبود عرضه و افزایش قیمت تیر آهن درصدی قابل توجه می گردد.
اتصالات در کلیه سازه ها از جمله سازه های فولادی یکی از اجزای اساسی سازه بوده و عامل اصلی یکپارچگی سیستم های سازه ای می باشند. یک اتصال ضعیف و نامناسب می تواند منجر به یک سری زوال های پی درپی و بنیادی در سازه فولادی گردد. از آنجا که زوال اعضای سازه ای خیلی کم اتفاق می افتد بسیاری از زوال های سازه ای ناشی از طراحی ضعیف در جزئیات اجرایی می باشد. در طراحی و اجرای اتصالات ساختمان های فولادی باید توجه ویژه ای بشود که حتی در ساختمان های در حال احداث نیز مشکلات متعددی دیده می شود که به هنگام زلزله شکست جوش و گسیختگی اتصال ساده و یا گیردار تیر به ستون ساختمان های فولادی زیاد تجربه شده است.
امروزه اجزای سازه ای فولادی توسط جوش یا پیچ و یا ترکیبی از این دو به یکدیگر متصل می گردند. تا چند دهه قبل اتصالات توسط جوش و یا پرچ انجام می شد. برای نخستین بار در سال 1947 " کمیته تحقیقاتی اتصالات پیچی و پرچی" آمریکا تشکیل شد. این کمیته اولین دستورالعمل خود را در سال 1951 منتشر کرد. در این دستورالعمل ضوابط جایگزین نمودن پیچ های پرمقاومت به جای پرچ ارائه گردید. از آن تاریخ به بعد استفاده از پیچ های با مقاومت زیاد بسیار رایج و مرسوم شد به طوریکه امروزه دیگر از پرچ استفاده نمی شود.
پرچ
پرچ نکوبیده از تنه استوانه ای که یک سر آن دارای کلاهک می باشد تشکیل می شود. پرچ ها معمولا از فولاد نرمه ساخته می شوند لیکن عمل گرم کردن پرچ و همچنین کوبیدن آن باعث تغییر در خواص مکانیکی می شود.
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 قرار داده و باعث نگه داشتن سر کلاهک دار آن، سر دیگر را می کوبند تا به فرم کلاهک در آمده و پرچ محکم گردد. در طی این مراحل تنه پرچ به طور کامل سوراخی را که در آن فرو رفته پر می کند. در حین سرد شدن، پرچ منقبض می شود که این انقباض باعث به و جود آمدن نیروی پیش تنیدگی در پرچ می شود. اما از آنجایی که نیروی پیش تنیدگی از پرچی
به پرچ دیگر فرق می کند، از آن نمی توان در محاسبات طراحی استفاده نمود. البته پرچ را به صورت هم می کوبند که در این پرچ ها دیگر نیروی پیش تنیدگی وجود ندارد.
دلایل استفاده پیچ به جای پرچ
1) برای نصب پیچ به دو کارگر معمولی نیاز است در صورتیکه یک پرچ توسط چهار کارگر ماهر اجرا می شد.
2) اجرای پرچ به علت حمل پرچ گداخته از محل کوره تا محل نصب یک عملیات نسبتا خطرناک و پر سروصدا است.
3) اجرای اتصالات پیچی بسیار سریع انجام می گیرد و زمان نصب را به طور چشمگیری کاهش می دهد.
با این ضوابط مربوط به ساخت و اجرای اتصالات پرچی کنار گذاشته نشده است و هنوز توسط آیین نامه AICS ارائه می شود. زیرا بسیاری از سازه های فولادی موجود در گوشه وکنار جهان دارای اتصالات پرچی می باشند و شناخت رفتار آن ها برای ارزشیابی مقاومت این سازه ها و ترمیم سازه های قدیمی الزامی می باشد. به طور کلی اصول آنالیز و طراحی اتصالات پرچی نظیر اتصالات پیچی می باشد با این تفاوت که خصوصیات مصالح آن ها متفاوت می باشد.
جوش
نوع دیگر عامل اتصال جوش است که بسیار مرسوم بوده و دارای چندین مزیت نسبت به پیچ می باشد. یک اتصال جوشی از نظر طراحی براساس مفاهیمی نسبتا ساده استوار می باشد. بعضی از اتصالات پیچی که طراحی و اجرای آنها پیچیده باشد با سهولت بیشتر توسط جوش طراحی و اجرا می شوند. به عنوان مثال برای ساخت یک تیر ورق با مقطع I شکل باید با استفاده از نبشی پرچ و یا پیچ مهره و واشر بال ها را به هم متصل کرد در صورتی که توسط جوش این تیر ورق به سادگی قابل ساخت می باشد.
از طرف دیگر جوش نیز مشکلات خاص خود را دارد و یکی از مهمترین موضوعات در هر ساختمان فولادی کنترل جوش کاری
آن است. جوشکاری باید توسط استادکاران ماهر انجام شده و جوش اجرا شده مورد بازرسی های لازم براساس نوع جوش قرار گیرد. بازرسی جوش عملیاتی دقیق زمان گیر و پر هزینه است.
جوش ها در همه بخش ها بایستی منطبق بر اطلاعات نقشه بوده و از لحاظ بعد و طول جوش و کنترل کیفیت لازم بررسی گردد. امروزه استفاده از پیچ به عنوان یک وسیله مناسب و قابل اطمینان در ساخت و اجرای سازه های فولادی بسیار رایج و متداول گردیده است. چون عموما در ساخت و تولید پیچ ها از فولاد های مخصوص با عملیات ویژه استفاده می کنند. مصالح پیچ ها دارای مقاومت گسیختگی به مراتب بالاتر از فولادهای ساختمانی معمولی می باشند. دست یابی به پیچ های پر مقاومت و با کیفیت مناسب موجب فراهم شدن افق های جدیدی در زمینه اتصالات انواع سازه های فولادی اعم از ساختمان پل و تاسیسات صنعتی گردیده است.
در سال های اخیر استفاده از پیچ به عنوان یک وسیله مناسب و قابل اطمینان در ساخت و اجرای سازه های فولادی 10 تا 40 طبقه در کشور متداول گردیده است.
مزایای سازه های پیچ و مهره ای
مزایای سازه های پیچ و مهره ای به شرح زیر است:
1) سرعت نصب
در اسکلت فلزی پیچ و مهره ای به دلیل حذف کامل جوشکاری در محل نصب سازه، فقط با جای گذاری قطعات و بستن تعدادی پیچ و مهره محدود می شود که این عامل باعث افزایش چشمگیر سرعت نصب می شود و خطاهای نصب به حداقل خود می رسد.
2) امکان باز نمودن سازه و استفاده مجدد
اعضای سازه های فولادی را که با پیچ به یکدیگر متصل شده اند می توان از هم جدا نمود و در محل دیگری مجددا آنها را به یکدیگر متصل و سازه جدیدی را احداث نمود.
این موضوع در اجرای سازه های موقت نظیر پل ها و داربست های غیر دائم اهمیت ویژه ای دارد.
3) سرعت اجرا
سرعت اجرای سازه های با اتصالات پیچ و مهره ای نسبت به اتصالات جوشی بالاتر و قابل لمس می باشد و زمان ساخت سازه های پیچ و مهره ای کمتر از سازه های با اتصالات جوشی است.
4) کیفیت ساخت
کیفیت ساخت سازه های با امکانات موجود در کارخانه و طبق نقشه های طراحی شده و تحت نظارت واحد کنترل کیفی قابل مقایسه با سازه های جوشی که در محل نصب سازه ساخته می شود نمی باشند و دارای کیفیت بسیار بالایی می باشد.
5) پرت مصالح
معمولا دست محاسب در انتخاب مقاطع IPE بسته می باشد و مجبور است با اضافه کردن ورق و جوشکاری اضافی به مقطع مورد نظر خود برسد. حال آنکه در ساختمان پیچ و مهره ای امکان اجرا و تولید مقاطع سبک تر و مقاومت بیشتر وجود دارد. استفاده از ورق در ساخت مقاطع و پرت آهن آلات به حداقل می رسد.
6) ایمنی و پایداری سازه
چه به لحاظ تئوری و چه به لحاظ عملی ثابت شده است که ساختمان های پیچ و مهره ای به دلیل کیفیت بهتر، پایداری و مقاومت بیشتری در برابر زلزله و نیروهای جانبی دارد.
7) مقاومت در برابر آتش سوزی
در دمای بالا اتصالات پیچ و مهره ای مقاومت بیشتری در برابر حرارت دارند. امکان تخریب سازه بسیار کمتر از اتصالات جوشی است.
8) عدم نیاز به فضای کار
معمولا در شهرها به دلیل عدم وجود موقعیت و مکان مناسب جهت ساخت، اغلب پیمانکاران دچار زحمت فراوان شده که با استفاده از این سازه ها، قابل اجرا در شلوغ ترین و کم حجم ترین موقعیت ها فراهم کرده است.
9) رواج جهانی
در کلیه کشورهای آمریکایی و اروپایی تمامی سازه ها به صورت پیچ و مهره ای اجرا می شود مگر در سازه های بسیار کم اهمیت که اتصالات آن جوشی اجرا می شود که دلایل مهم استفاده از این نوع سازه ها در کشور ها، عملکرد بهتر آن و تجربه بیشتر آن کشور ها در ساخت سازه های فولادی می باشد.
10) هزینه کمتر
اجرای ساختمان پیچ و مهره ای به لحاظ اقتصادی می تواند هزینه کمتری به مالک تحمیل کند ولی این بدان معنی نیست که در دو سازه که کاملا مقاطع آن یکسان می باشد سازه پیچ و مهره ای کم هزینه تر باشد. ولی به دلیل باز بودن دست طراح در بهینه سازی و ساخت مقاطع با وزن کمتر امکان کاهش وزن سازه توسط طراح به راحتی امکان پذیر است.
11) خوردگی سازه
در سازه های پیچ و مهره ای قبل از رنگ آمیزی قطعات داخل دستگاه های سندبلاست و وایربرست تحت نظر واحد کنترل کیفی زنگ زدایی می شوند که در سازه های جوشی این عملیات انجام نمی گردد و همچنین در سازه های جوشی بجای رنگ غنی شده با روی، که در سازه های پیچ و مهره ای استفاده می شود، ضد زنگ بکار می رود که این امر باعث خوردگی سریع سازه می شود.
12) امکان استفاده در مدیریت حوادث
با توجه به مکان جابجایی این گونه سازه امکان جابجایی و نصب آن در مناطق بحران زده مانند سیل و زلزله امکان پذیر می باشد.
13) شرایط محیطی کار
برای اجرای مناسب اتصالات جوشی لازم است درجه حرارت محیط، تهویه هوا، محل استقرار و نیز فضای دسترسی به اتصال در شرایط مناسب و قابل قبولی می باشد، در حالی که محدودیت های ذکر در اجرای سازه های فولادی به کمک اتصالات پیچی به مراتب کمتر است.
معایب سازه های پیچ و مهره ای
مشکل عمده در اجرای سازه های پیچ و مهره ای در اثر اجرای غلط و نامناسب سوراخ ها عدم رعایت میزان پیش تنیدگی در پیچ ها و عدم انطباق آن ها هنگام اجرا و نصب پدید می آید. در تعبیه سوراخ های اعضا در کارگاه های صنایع فلزی باید به دقت محل سوراخ ها تعیین و با وسایل و تجهیزات مناسب عمل سوراخ نمودن اعضا صورت گیرد.
پیچ
یک میله استوانه ای فلزی یا غیر فلزی است که روی محیط آن دندانه ایجاد شده است.
شناخت پیچ
برای شناخت پیچ به 4 مشخصه نیازمندیم:
1- قطر پیچ
2- طول پیچ
3- نوع کله پیچ
4- نوع دنده و گام پیچ
گام پیچ
به فاصله دو نقطه ای مشابه از دو دندانه مجاور گام پیچ گویند.
انواع پیچ
تقسیم بندی پیچ های معمولی و پیچ های پر مقاومت : هر دو نوع پیچ معمولی و پر مقاومت دارای شکل ظاهری مشابه یکدیگر هستند.
1- پیچ معمولی
پیچ های معمولی از نوع فولاد نرمه با کربن کم می باشد. پیچ های معمولی در استاندارد 307 ASTM با علامت A مشخص می شوند. مورد مصرف آن ها در سازه های سبک مانند خرپاهای کوچک، سازه های موقتی و اعضای درجه دوم سازه ها مانند مهاربند ها و لاپه ها می باشند. از پیچ های معمولی به عنوان وسیله کمکی مونتاژ نیز در اتصالاتی که اعضای اصلی آن توسط جوش و یا پیچ های پرمقاومت متصل می شوند استفاده می شود.
2- پیچ های پرمقاومت
عرضه پیچ های پرمقاومت تحول زیادی در صنعت سازه های فولادی و اتصالات آن ها به وجود اورد. مصالح پیچ های پرمقاومت از فولاد با کربن متوسط است که خود و مهره آن ها به وسیله عملیات مرغوب سازی )حرارت دهی و کاهش حرارت( تولید می شوند و قبل از شروع عملیات مرغوب سازی حدود 16 تا 25 ساعت گداخته می شوند.
عوامل تاثیر گذار در هندسه سر پیچ
1- جنس قطعه به کار گرفته
2- میزان مورد نیاز توزیع تنش در سطح اتصال
3- مقدار تنش اعمالی به اتصال
4- نوع آچار خور
انواع سر پیچ
1- پیچ شش گوش
2- پیچ آلنی
3- پیچ عدسی
4- نیم گرد
انواع عملکرد اتصالات پیچی
1- عملکرد اتصال اتکایی
در عملکرد اتکایی، پیچ درون صفحات اتصال قرار می گیرد و مهره بسته می شود. هنگامی که بار خارجی به پیچ وارد می شود،قطعات اتصال لغزش پیدا می کند که در اثر آن، یک نیروی فشاری به لبه های اتصال وارد می شود که تبدیل به نیروی برشی در پیچ می گردد. این اتصال تنها برای بار گذاری ثقلی می باشد و در طرح لرزه ای نباید از این نوع عملکرد در اتصال استفاده نمود. در این نوع اتصال هیچ نیروی پیش تنیدگی در پیچ ایجاد نمی شود و برای اجرای این اتصال، تنها سفت کردن پیچ به وسیله کارگر کفایت می کند.
2- عملکرد اتصال اصطکاکی
در این اتصال، مهره پیچ پساز محکم شدن اولیه بیشتر پیچانده در پیچ بوجود می آید. در حقیقت یک نیروی پیش تنیدگی این نیرو از طریق پیچ به روی صفحه های اتصال وارد می گردد. در مواردی که قرار است در بار های سرویس هیچ گونه لغزشی بین صفحات اتفاق نیفتد از این اتصال استفاده می گردد. هنگامی که پیچ درون سوراخ صفحات اتصال قرار می گیرد، علاوه بر مهره باید از واشر نیز استفاده نمود. باید توجه داشت که واشر مصرفی در اتصال اصطحکاکی نباید از نوع واشر فنری استفاده شود. براساس بند 10 - 3- 3- 3 مبحث دهم و ویرایش 1392 ، در طراحی لرزه ای تنها باید از این اتصال در طراحی استفاده شود. به عبارتی دیگر، در طراحی همه اتصالات قاب های خمشی و قاب های دو گانه و نیز اتصالات باد بندی و وصله ستون های باربر جانبی در قاب های ساده باید از این نوع عملکرد استفاده نمود. در این نوع اتصال، علاوه بر سفت کردن نخستین پیچ، به مقداری که در طراحی مشخص شده است، نیروی پیش تنیدگی نیز در پیچ ایجاد شود. با اعمال نیروی پیش تنیدگی، در پیچ تحت کشش قرار گرفته و با اعمال بار، بین صفحات اتصال اصطحکاک به وجود می آید که باعث عدم لقی و کارکرد کامل اتصال می شود. باید در نظر داشت که شکل پیچ در اتصال اصطکاکی با شکل پیچ در اتصال اتکایی متفاوت است، به طوری که پیچ های اتصال اصطکاکی دارای دو پیچ بزرگتر هستند.
زمانی که یک پیچ پر مقاومت بدون کشش اولیه، تحت اثر کششی خارجی قرار می گیرد، نیروی کششی درون پیچ با نیروی اعمال شده برابر می گردد در صورتی که پیچ پیش تنیده )پیش کشیده( شده باشد، درصد بسیار زیادی از نیروی کشش خارجی صرف ایجاد نیروهای فشاری و یا گیره ای اعمال شده به اجزا اتصال می شود. به دلیل آن که به طور معمول کشش به وجود آمده در پیچ های پر مقاومت ناشی از نیروی کشش خارجی در لحظه جدا شدن قطعات از یکدیگر نزدیک به ده درصد بیش از کشش در آغاز بار گذاری می باشد، لذا باید همه پیچ های که تحت اثر کشش مستقیم قرار دارند پیش کشیده شوند.
الزامات ضریب اصطلاک سطوح فولادی در اتصالات اصطلاکی
به طور کلی اصطکاک حاصل دو عامل می باشد،
1- زبری سطح
2- نیروی پیش تنیدگی
در طراحی فرض بر رنگ نشدن و وجود زبری مناسب سطوح اتصال می باشد، در نتیجه هنگامی که قطعات نصب می شوند، باید همه سطوح اتصال )شامل سطوح مجاور سرپیچ ها و مهره ها( از قسمت های پوشیده شده و دیگر مواد عاری بوده و به ویژه سطوح تماس اتصالات اصطکاکی باید به طور کامل تمیز باشد و اثری از پوسته زنگ، رنگ، لاک، انواع روغن و مصالح دیگر در آن ها وجود نداشته باشد. بنابراین پس از اینکه اتصال به وجود آمده، محل همه پیچ های بسته شده رنگ آمیزی می شود.
فلسفه افزایش ارتفاع مهره در پیچ های اصطلاکی
در پیچ های قابل کاربرد در اتصلات اصطلاکی، نباید قبل از اینکه به نیروی پیش تنیدگی در پیچ برسیم، تغییر شکل رزوه ها (stripping)اتفاق بیافتد. لذا لازم است سطح درگیر رزوه های مهره با پیچ زیاد باشد که موجب افزایش ارتفاع مهره می گردد
روش های تولید پیچ
پیچ ها به شکل کلی به دو روش
1- فورج گرم 2- فورج سرد تولید می شوند.
در فورج گرم، بعد از حرارت دهی قطعه در دمای 850 - 1200 سانتیگراد شکل سر پیچ توسط دستگاه پرس ایجاد می شوند.
از مزایای این روش
1- فرم دهی قطعات با شکل پیچیده
2- نیاز به کمترین فشار
3- توانایی فرم دهی قطعات بسیار بزرگ
معایب این روش
1- تشکیل پوسته های اکسیدی روی قطعه
2- دقت ابعادی پایین
در فروج سرد بدون استفاده از حرارت و توسط دستگاه پرس ضربه پیچ طی چند مرحله ولی بسیار سریع تغییر مقطع می دهد.
از مزایای این روش
1- ابعاد دقیق
2- مقاومت مکانیکی بالا
3- سطح صاف قطعه
4- بدون تغییر ماندن قطعه
5- عدم نیاز به ماشین کاری
معایب این روش
1- نیاز به فشار بالا
2- چند مرحله ای بودن و نیاز به پیش فرم دهی
3- ناتوانی در تولید پیچ با قطر بیش از 24m در ایران
انواع رزوه ) دنده(
1- دنده درشت
2- دنده ریز
روش های تولید رزوه
رزوه ها را می توان با دو روش معمول تولید نمود:
1- ماشین کار
در این روش رزوه هایی را به وسیله تراشکاری روی میلگرد ایجاد می کنیم. قطر خارجی رزوه های تولید شده به این روش دقیقا برابر با قطر ساق پیچ است.
مزایای این روش
1- نامحدود بودن تولید پیچ نسبت به قطر و طول
2- حصول و اجرای تمامی مشخصات فنی مورد نیاز
معایب این روش
1- هزینه زیاد و زمان زیاد تولید
2- کاهش استحکام مکانیکی به دلیل پارگی الیاف و مرزهای دانه ها
2- نورد
در این روش، به جای تراش و حذف قسمت هایی از میلگرد اولیه رزوه ها توسط فرآیند فورج سرد ایجاد می شود. مقطع پیچ نیم رزوه قبل از رزوه شدن دارای دو قطر متفاوت است قسمتی که قرار است رزوه شود دارای کمترین قطر بوده که پس از رزوه شدن به دلیل انبساط شعاعی دارای قطری برابر ساق می گردد ولی پیچ تمام رزوه نیازی به داشتن دو مقطع قبل از رزوه زنی ندارد.
ضعیف ترین منطقه رزوه نسبت به نیروهای مکانیکی، قطر کوچک است و چون این مقدار در هر دو روش تولید برابر می باشد، از نظر مقاومت یکسانند، از طرفی کار سرد بر روی آلیاژ پیچ در روش نورد، موجب افزایش فشردگی و استحکام رزوه ها می گردد. در این روش بعد از عملیات رزوه زنی، پیچ های با گرید 8.8 و بالاتر، برای افزایش استحکام و سختی، تحت عملیات حرارتی و سختکاری بین 700 - 900 درجه سانتیگ راد قرار گرفته آستنیتی می شود، سپس در روغن کوج شده و پس از آن برای بازگشت خواص ضربه پذیری و جلوگیری از تردی در دمای 400 - 600 درجه تمیز می شود.
مزایای این روش
1-هزینه پایین و زمان کم تولید
2-هزینه مواد اولیه
3-پوشش ضعیف عملیات حرارتی و حمل و نقل به دلیل داشتن وزن کمتر
4-سطح نهایی صیقل و پرداخت مناسب
معایب این روش
محدود بودن تولید به ازای قطر و طول در برخی دستگاه ها
روش پوشش دهی پیچ براساس ASTM ممکن است پس از ساخت، پیچ ها برای جلوگیری از خوردگی پوشش دهی شوند.
روش های پوشش دهی عبارتند از
1- پوشش گالوانیزه ی سرد یا الکترولیز
2- پوشش گالوانیزه مکانیکی )که در ایران کمتر تکنولوژی آن وجود دارد(
3- پوشش گالوانیزه گرم یا غوطه وری گرم
4- پوشش غیر گالوانیزه یا رنگی
آیین نامه ASTM به طور اکید توصیه می کند که برای پیچ های رده ی 9، 10 از هیچ پوشش فلزی استفاده نشود، چرا که امکان به وجود آمدن ترک هیدروژنی در پیچ وجود خواهد داشت. در نتیجه باید توجه داشت که در محیط های خورنده از پوشش های غیر گالوانیزه یا رنگی استفاده نمود. تفاوت روش غیر گالوانیزه با گالوانیزه در مرحله اسید شویی است که باعث فعال شدن یون هیدروژن در فولاد پیچ می شود، در حالی که در روش غیر گالوانیزه، از روش شات بلاست یا پاشش ریز دانه فولادی به جای
اسید شویی استفاده می شود.
آزمایش های پیچ، مهره و واشر
به طور کلی از آزمایش های زیر برای ست پیچ و مهره و واشر انجام می شود.
1- آزمایش های ابعادی
2- آزمایش های متالوژیکی
3- آزمایش های مکانیکی
4- آزمایش های پوشش مقاوم خوردگی
آزمایش های ابعادی و متالوژیکی
در هنگام تولید پیچ و مهره و واشر، در کارخانه ی سازنده انجام می شود.
آزمایش های مکانیکی
پس از تولید پیچ و مهره و واشر، در کارخانه ی سازنده یا آزمایشگاه های مقاومت مصالح انجام می گیرند. آزمایش های مکانیکی برای مهندسان طراح و بازرسان سازه دارای اهمیت می باشد.
به طور کلی آزمایش های مکانیکی شامل
1- آزمایش های کشش 2- سختی سنجی 3- ضربه می باشد.
آزمایش کشش
این آزمایش از آزمایش های بسیار معمول برای 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 هیچگونه شکست یا افزایش طول همیشگی در پیچ نباید وجود داشته باشد.
آزمایش کشش خود شامل سه نوع آزمایش می شود که عبارتند از: آزمایش بار گواه، آزمایش کشش گوه ای بر روی نمونه ی کامل و آزمایش کشش بر روی نمونه ی ماشین کاری شده.
آزمایش بار گواه ) بار معیار (
از آنجا که پیچ های پر مقاومت از فولاد های با کربن زیاد ساخته می شوند نقطه تسلیم مشخصی برای آن ها وجود ندارد بنابراین در این حالت برای بیان مقاومت تسلیم پیچ، به جای اینکه از بار تسلیم واقعی استفاده نماییم، از بار تسلیم قراردادی یا بار گواه استفاده می کنیم
بار گواه باری است که از ضرب سطح مقطع خالص زیر دنده ها در تنش نظیر کرنش 0.2 درصد به روش تصویر و یا تنش نظیر 0.5 درصد به دست می آید.
بار گواه 70 تا 80 درصد مقاومت نهایی است.
آزمایش کشش گوه ای
پس از آزمون 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 استفاده شده در پروژه است، مگر در مواردی 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 می شود. در این آزمایش باید دست کم به مقدار چهار رزوه ی کامل از پیچ بین فک های دستگاه قرار بگیرد. حداکثر سرعت دستگاه نباید از mm/mn 25 بیشتر باشد. شکست به وجود آمده تنها باید در بدنه پیچ باشد و در صورت بروز شکست در محل اتصال سر پیچ بدنه، حتی اگر به مقاومت مورد نیاز نیز رسیده باشد، نمونه مورد پذیرش نیست.
این شکست در پیچ های ساخته شده به روش فورج گرم بیشتر مشاهده می شود و بر همین اساس تا حد امکان باید از پیچ های ساخته شده به روش فورج سرد استفاده شود. از آنجایی که در ایران و در حال حاضر تنها تا قطر m 24 به روش فورج سرد تولید می شود، در طراحی باید تلاش نمود تا از قطر های بالاتر استفاده نشود.
آزمایش سختی سنجی
این آزمایش در رده ی آزمایش های غیر مخرب پیچ بوده و برای آگاهی از میزان سختی قطعه و برابری آن با مقدار استاندارد انجام می شود.
سختی سنجی برای بخش انتهایی، سطح صاف بدنه و سطح صاف سرپیچ انجام می شود. به طور کلی از سه روش برای آزمون سختی سنجی استفاده می شود که عبارتند از:
1- روش برینل
2- روش راکول
3- روش ویکرز
آزمایش ضربه
در آزمایش ضربه که به آن تاب نمونه زخم دار می گویند، یک نمونه از مصالح مورد استفاده را برداشته به کمک دستگاه پاندولدار و سقوط آزاد پاندول، قطعه شکسته شده و میزان انرژی جذب شده ی آن را اندازه گیری می کنند.
آزمایش ضربه برای پیچ اجباری نیست اما در صورت امکان باید آن را انجام داد.
برای مهره از آزمایش کشش استفاده نمی شود و تنها آزمایش های بار گواه و سختی سنجی بر روی مهره ها انجام می گیرد. برای واشر نیز تنها آزمایش سختی سنجی انجام می شود.
مشخصات پیچ های مورد استفاده، سازه های پیچ و مهره ای تولید شده در ایران
تنش گسیختگی FU در پیچ که با توجه به نحوه تولید پیچ های پر مقاومت در ایران، طراحان باید به مورد مهمی در طراحی سازه توجه کنند. در تولید پیچ، به دلیل استفاده تولید کنندگان از فناوری و تجهیزات آلمانی، آیین نامه مرجع DIN آلمان می باشد، اما آیین نامه طراحی براساس مبحث دهم، برگرفته از علایم استاندار های آمریکایی می باشد. در آیین نامه های آمریکایی، پیچ براساس شکل و عملکرد طبقه بندی شده است در حالی که در آیین نامه های آلمانی پیچ براساس رده مقاومت دسته بندی شده 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.
روش و استاندارد DIN تا سال 1960 متداول بود و هم اکنون سیستم ISO جایگزین آن شده است. در سیستم DIN به دلیل اینکه سر دنده ها تیز می باشد باعث خراب شدن سریع پیچ ها می شود.
تعریف رده مقاومتی
رده مقاومتی در پیچ ها بر اساس DIN با سه عدد 8.8 ، 10.9 ، 12.9 تعریف شده است که در ایران رده ی 12.9 تولید نمی شود. البته این آیین نامه رده های مقاومتی 4.6 و 5.6 را نیز برای پیچ های معمولی تعریف نموده است. از آنجا که باید توجه به بند 10 - 3- 3- 3 مبحث دهم ویرایش 1392 ، در اتصالات لرزه ای تنها باید از پیچ های پر مقاومت استفاده شود، این نوع پیچ ها در طراحی اتصالات اصطکاکی کاربردی ندارد؛ ضمن آن که تولید این نوع پیچ نیز در کشور ما بسیار محدود می باشد. این عدد معرف مقدار تنش جاری شدن و تنش گسیختگی پیچ می باشد.
آشنایی با وسایل بستن و پیش تنیدگی در اتصالات سازه های پیچ و مهره ای
1- وسایل دستی
این ابزار شامل آچار رینگی، و ابزاری از این دست بوده که بیشتر برای بستن پیچ ها در اتصالات اتکایی کاربرد دارد. این ابزار برای پیش تنیدگی اتصالات اصطکاکی کاربردی ندارد.
2- 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 شامل ابزار مختلف است که پرکاربردترین آنها عبارتند از:
1- آچار بادی
در کشور ما، برای سازه های فولادی بیشتر از این وسیله استفاده می شود. این وسیله دارای انواع و اندازه گیری های گوناگون بوده و کارکرد آن با فشار باد می باشد. به همین دلیل باید از کمپرسور باد برای تامین نیروی آن استفاده نموده. در این روش با استفاده از باد پرفشار و ضربه زدن، پیچ ها سفت می شود.
از این وسیله برای سفت کردن پیچ نمره 30 تا 20 استفاده می شود،نحوه تنظیم آچار بادی با چرخاندن درجه روی آن می باشد که درجه 1 سرعت زیاد- قدرت کم برای پیچ نمره 22 و 20 ، درجه 3 قدرت زیاد- سرعت کم برای پیچ نمره 30 و درجه 2 مابین این سرعت ها می باشد.
