آشنایی با انواع جوش و محدودیت های آیین نامه ای آنها

آشنایی با انواع جوش و محدودیت های آیین نامه ای آنها

به طور کلی در سازه های فولادی، اتصال اعضای سازه توسط جوش یا پیچ انجام می گیرد. اتصال اعضای فولادی توسط جوش، بیش از 80 درصد اتصالات در سازه های فولادی را به خود اختصاص داده و درک صحیح مفاهیم آن برای طراحی انواع اتصالات ضروری است.

آشنایی با انواع جوش ها

اتصال اعضای یک سازه به کمک حرارت و ذوب شدن موضعی یکپارچه شدن آنها را جوشکاری می نامند.

معمول ترین روش های جوشکاری خصوصا برای عملیات ساختمانی، استفاده از انرژی برق به عنوان منبع حرارتی می باشد.

این روش که به آن قوس الکتریکی نیز گفته می شود را می توان با الکترود روکش دار (روش دستی)، جوشکاری زیر پودری (روش اتوماتیک) و … انجام داد.

انواع جوش های پرکاربرد در اتصالات سازه های فولادی عبارتند از:

1- جوش گوشه: استفاده از این جوش به لحاظ سهولت در اجرا و اقتصادی بودن بسیار متداول است و عمدتا اتصالات جوشی را به خود اختصاص می دهد.

2- جوش شیاری: این جوش اغلب برای انتقال کامل نیروی اعضا در اتصالات گیردار کاربرد دارد. قابل ذکر است که هر چند جوش شیاری عملکرد بهتری نسبت به جوش گوشه دارد، ولی به دلیل محدودیت های اجرایی کاربرد آن کمتر از جوش گوشه می باشد.

باید گفت که جوش شیاری به دو نوع اجرا می شود که شامل جوش شیاری با نفوذ کامل و جوش شیاری با نفوذ نسبی (ناقص) است.

3- جوش کام و انگشتانه: این دو نوع جوش کاربردهای خاصی داشته و استفاده از آنها محدود می باشد.

علائم جوشکاری

برای نشان دادن ویژگی های جوش مورد نیاز در یک اتصال طراح سازه از علائم اختصاری و ساده ای استفاده می کند تا نحوه صحیح اجرای اتصال را به گروه سازنده نشان دهد.

مهمترین انواع علائم مورد استفاده برای جوشکاری در شکل های زیر نشان داده شده است.

جوش گوشه و محدودیت های آن

برای طراحی یک اتصال با جوش گوشه، به منظور محاسبه مقاومت طرح جوش، باید ابتدا سطح مقطع موثر جوش محاسبه شود.

سطح موثر جوش گوشه (Ae)، از حاصلضرب طول موثر جوش (Le) در ضخامت موثر گلوی جوش (te) بدست می آید.

طول موثر جوش (به جز جوش هایی که در سوراخ و شکاف قرار می گیرند)، برابر با طول کلی نوار جوش شامل قسمت های برگشت خورده می باشد.

برای جوش های گوشه در سوراخ و شکاف، طول موثر جوش برابر با طول محوری (میان تاری) که از مقطع گلوگاه جوش می گذرد، در نظر گرفته می شود.

ضخامت گلوگاه موثر در جوش گوشه

ضخامت گلوگاه موثر در جوش گوشه، برابر کوتاه ترین فاصله بین ریشه خوش تا سطح خارجی آن و یا بع عبارتی برابر ارتفاع وارد بر وتر مثلث مقطع جوش به حساب می آید و با روابط زیر محاسبه می گردد:

الف) جوش گوشه با ساق های مساوی

ب) جوش گوشه با ساق های نا مساوی (در عمل ندرتا اتفاق می افتد)

مثال: در یک اتصال جوشی با جوش گوشه، چنانچه با افزایش فقط یکی از ساق ها به اندازه D سطح کار جوشکاری 100 درصد افزایش یابد، بعد موثر جوش حدودا چند درصد افزایش می یابد؟

1- 5                                   2- 25                                    3- 100                                 4- 75

حل:

بنابراین گزینه 2 صحیح است.

محدودیت های آیین نامه ای برای جوش گوشه

حداقل و حداکثر جوش گوشه تابع ضخامت ورق نازکتر می باشد. برای بدست آوردن حداکثر بعد جوش گوشه با توجه به ضخامت ورق نازکتر (tmin) داریم:

حداقل بعد جوش گوشه براساس ضخامت ورق نازک تر طبق جدول زیر تعیین می گردد:

تبصره: در سازه های تخت بار دینامیکی (مثل بار زلزله یا بار ارتعاش دستگاه ها)، حداقل اندازه جوش گوشه 5 میلی متر می باشد.

نکته 1: طول موثر جوش گوشه نباید از 4 برابر بعد آن کمتر باشد.

به عبارت دیگر بعد جوش نباید از 1/4 طول آن تجاوز کند ( a≤1/4Le)

نکته 2: مطابق شکل زیر در انتهای تسمه های کششی اگر از جوش گوشه فقط در لبه های طولی و موازی نیروی محوری استفاده گردد، طول جوش هر طرف نباید از فاصله بین آنها (تقریبا عرض تسمه) کمتر باشد و این فاصله نیز نباید از 200 میلی متر تجاوز کند.

مثال: یک تسمه کششی به ضخامت 15 میلی متر مطابق شکل به یک صفحه اتصال به ضخامت 25 میلی متر جوش شده است. ضخامت جوش گوشه 6 میلی متر است. حداقل طول جوش گوشه (d) بر حسب میلی متر چه مقدار می باشد؟

1- 120                              2- 100                             3- 170                                4- 150

حل:

با توجه به نکته 2 داریم گزینه 4 صحیح است.

جوش گوشه منقطع

یکی از انواع متداول جوشکاری در سازه های فولادی، جوشکاری به صورت منقطع می باشد. جوش گوشه منقطع هنگامی مجاز است که نیروی وارده از مقاومتی که با جوش سراسری و حداقل بعد جوش تامین می شود، کمتر باشد. موارد مجاز برای استفاده از جوش گوشه منقطع عبارتند از:

1- جوش بال به جان تیرورق ها                               2- جوش اتصال ورق های تقویتی بال

3- جوش اتصال سخت کننده به جان تیرورق               4- اتصال اعضای ساخته شده از ورق

در این نوع جوشکاری طولی از دو عضو جوش داده می شود، سپس فاصله ای آزاد گذاشته شده و دوباره طول بعدی جوش داده می شود.

طول موثر قطعات جوش منقطع نباید از 4 برابر بعد جوش و از 40 میلی متر کمتر شود. فاصله آزاد بین قطعات جوش نباید از 16 برابر ضخامت نازک ترین قطعه اتصال، وقتی که عضو در فشار است و از 24 برابر این ضخامت وقتی که عضو در کشش است بیشتر شود.

L: طول موثر قطعات جوش منقطع                  L≥max(4a.40mm)

a: بعد جوش                                            S≤16t در حالت فشار

t: ضخامت ورق نازکتر                                S≤24t در حالت کشش

S: فاصله آزاد بین قطعات جوش منقطع

جوش گوشه در اتصال انتهایی اعضای محوری

در اتصال انتهایی اعضای محوری، طول موثر جوشی که به صورت طولی بارگذاری می شود، نباید از 100 برابر بعد جوش تجاوز کند.

تبصره: در صورتی که طول جوش مورد نیاز برای اتصال انتهایی اعضای محوری بیشتر از 100 برابر بعد جوش باشد طول موثر جوش باید با اعمال ضریب β کاهش داده شود.

تذکر: برای L/a بزرگتر از 300، طول موثر جوش باید برابر 180a در نظر گرفته شود.

مثال: برای اتصال انتهایی یک تسمه کششی که به صورت محوری بارگذاری شده است، در امتداد طول تسمه از دو ردیف جوش گوشه هر یک به طول 750 میلی متر و بعد 5 میلی متر استفاده شده است، طول موثر هر ردیف جوش به کدامیک از گزینه های زیر نزدیکتر است؟

1- 750                               2- 725                                3- 675                            4- 535 

حل: 

با توجه به روابط داریم:

توجه کنید از آنجا که مقدار β بین 1 و 0.6 بدست آمده است مقدار مناسب می باشد و در نتیجه داریم:

بنابراین گزینه 3 صحیح است.

جوش گوشه در اتصالات پوشش

در اتصال دو قطعه ای که روی هم قرار می گیرند (اتصال پوششی)، طول همپوشانی نباید از 5 برابر ضخامت قطعه نازکتر کمتر باشد و در هیچ حالتی از 25 میلی متر کمتر نشود.

جوش گوشه در انتهای اعضا

کلیه جوش های گوشه که در لبه کناری و یا ضلع انتهایی عضو انجام می شود، باید در انتهای ضلع و بر روی ضلع دیگر برگشت داده شوند که حداقل طول این برگشت 2 برابر بعد جوش می باشد.

این شرط برای تکیه گاه های لکی با جوش های گوشه قائم یا جوش های سر بالا و نبشی های نشیمن تیر و … صدق می کند.

تذکر: در اتصالاتی مانند اتصال مفصلی تیر به ستون در شکل بالا، عملکرد مفصلی اتصال تابعی از انعطاف پذیری نبشی می باشد. به همین دلیل طول برگشت جوش نباید از 4 برابر بعد جوش بیشتر باشد.

جوش شیاری و محدودیت های آن

اغلب موارد جوش شیاری طوری اجرا می شود که فلز جوش تمام فاصله بین دو قطعه را پر کند که در این حالت به آن جوش شیاری با نفوذ کامل گفته می شود، اما وقتی که درز جوش چنان طراحی شود که جوش شیاری در تمام عمق قطعات متصل شونده گسترش نیابند، به آن جوش شیاری با نفوذ نسبی اطلاق می شود که در طراحی آن الزامات خاصی باید مد نظر قرار گیرد.

سطح مقطع موثر جوش شیاری (Awe) از حاصلضرب موثر جوش (Le) در ضخامت موثر جوش (te) بدست می آید، طول موثر جوش شیاری برابر با طول جوش داده شده می باشد.

ضخامت موثر در جوش شیاری

ضخامت موثر جوش شیاری براساس نوع اتصال به صورت زیر در نظر گرفته می شود:

بین دو لبه گود ( مثل شیار بین دو میلگرد) و یا بین لبه گرد و لبه تخت (مثل میلگرد در مجاورت ورق) داریم:

نکته: در جوش شیاری با نفوذ نسبی، ضخامت موثر برابر با عمق شیار جوش منهای 3 میلی متر در نظر گرفته می شود.

محدودیت های آیین نامه ای برای جوش شیاری

ضخامت موثر جوش شیاری با نفوذ نسبی نباید از مقادیر جدول زیر کمتر باشد.

تذکر: برای ورق های با ضخامت بزرگتر از 40 میلی متر، پیش گرمایش و دستور العمل جوشکاری باید با مطالعه خاص انجام شود.

نکته: در بارگذاری های متناوب با اثر خستگی  (مانند بار عبور و مرور خودروها) مجاز به استفاده از جوش شیاری با نفوذ ناقص (نسبی) نبوده و فقط باید از جوش شیاری با نفوذ کامل استفاده کنیم.

مثال: در اتصال دو میلگرد از طریق جوش (شکل زیر)، حداکثر ضخامت موثر کل جوش به کدامیک از مقادیر زیر نزدیکتر است؟ (میلگردها جوش پذیر فرض می شود)

1- برابر R                                     

2- 0.6R

3- 0.5R

4- 0.3R

جوش های کام و انگشتانه و محدودیت های آنها

استفاده از جوش کام و انگشتانه برای انتقال برش در اتصالات پوششی و یا جلوگیری از کمانش موضعی در عناصر روی هم آمده در اعضای مرکب مجاز می باشد. این جوش ها به تنهایی و یا همراه با جوش گوشه مورد استفاده قرار می گیرد.

سطح مقطع موثر کام و انگشتانه برابر با سطح مقطع اسمی شکاف و سوراخ در صفحه برش در نظر گرفته می شود.

درباره محدودیت های جوش های کام و انگشتانه به نکات زیر دقت کنید:

1- قطر سوراخ در جوش انگشتانه نباید از ضخامت قطعه سوراخ شده به اضافه 8 میلی متر کمتر باشد و همچنین قطر یاد شده نباید از قطر حداقل به اضافه 3 میلی متر و یا 2 1/4 برابر ضخامت جوش بزرگتر شود.

2- حداقل فاصله مرکز به مرکز سوراخ های جوش های انگشتانه 4 برابر قطر سوراخ می باشد.

3- طول شکاف در جوش کام نباید از 10 برابر ضخامت جوش بیشتر باشد.

4- پهنای شکاف در جوش کام نباید از ضخامت قطعه بریده شده به اضافه 8 میلی متر کمتر و همچنین از 21/4 برابر ضخامت جوش بیشتر باشد.

5- حداقل فاصله مرکز به مرکز شکاف ها در امتداد عمود بر طول، 4 برابر پهنای شکاف و حداقل فاصله مرکز به مرکز شکاف ها در امتداد طول، 2 برابر طول شکاف می باشد.

6- ضخامت جوش انگشتانه و کام در قطعاتی که ضخامت آنها 16 میلی متر و یا کمتر است، باید برابر با ضخامت قطعه باشد. در قطعاتی که ضخامت آنها بیشتر از 16 میلی متر است، ضخامت این جوش باید حداقل 1/2 ضخامت قطعه باشد و از 16 میلی متر نیز کمتر نشود.

مثال: چنانچه ضخامت قطعه سوراخ شده 10 میلی متر و ضخامت جوش انگشتانه 8 میلی متر باشد، حداقل فاصله مرکز به مرکز سوراخ های جوش انگشتانه، چند میلی متر است؟

1- 84                                         2- 80                                         3- 76                                        4- 72

حل: با توجه به نکته 4 و 2 داریم:

مشخصات هندسی نوار جوش

در قسمت بعدی که نحوه محاسبات اتصالات جوشی را یاد خواهیم گرفت خواهیم دید که در بسیاری از مواقع نیازمند محاسبه مشخصات هندسی در ارتباط با نوارهای جوش شده هستیم.

در جدول زیر مشخصات کامل مختصات مرکز سطح، اساس مقطع (S) و ممان اینرسی (Ip یا همان J) است برای شکل های مختلف نوار جوش ارائه شده است. دقت کنید که در این جدول فرض شده استکه ضخامت موثر جوش برابر واحد می باشد.

پیج اینستاگرام سیویل 2

کانال تلگرام سیویل 2