آشنایی با انواع پیچ ها و نحوه انتقال نیرو در آنها
آشنایی با انواع پیچ ها و نحوه انتقال نیرو در آنها
هر سازه فلزی ترکیبی از اعضای جدا از هم بوده که باید به روش مناسبی به یکدیگر متصل شوند.
پیچ از وسایل پرکاربرد اتصال در سازه های فولادی محسوب می شود که به دلیل کیفیت بالای اتصال و تسریع در عملیات اجرایی، بسیار مورد توجه است.
در این قسمت از فصل قصد داریم با انواع پیچ ها و سوراخ های پیچ آشنا شده و مفهوم اتصالات اتکایی و اصطکاکی را درک کنیم.
مشخصات انواع پیچ ها
پیچ ها به عنوان یک وسیله مناسب در ساخت و اجرای سازه های فولادی بسیار رایج و متداول هستند.
از جمله مزایای اتصالات پیچی می توان به عدم ایجاد تنش های پسماند مشابه اتصالات جوشی، امکان باز نمودن سازه و استفاده مجدد، عدم نیاز به کارگر ماهر، محدودیت در تامین وسایل و تجهیزات جوشکاری و بی سر و صدا بودن هنگام نصب و اجرا اشاره کرد.
اما مشکل عمده در اجرای سازه های فولادی با اتصالات پیچی اجرای نامناسب سوراخ ها و عدم رعایت میزان نیروی پیش تنیدگی می باشد.
با توجه به میزان مقاومت نهایی کششی مصالح پیچ، پیچ ها به دو دسته زیر تقسیم تقسیم می شوند:
1- پیچ های معمولی 2- پیچ های پر مقاومت
پیچ های معمولی
تنش نهایی برای پیچ های معمولی در محدوده 4000kg/cm2 تا 6000kg/cm2 قرار می گیرد.
نکته: استفاده از پیچ های معمولی تنها در اتصالات اتکایی مجاز می باشد.
پیچ های پر مقاومت
تنش نهایی برای پیچ های پر مقاومت در محدوده 7250kg/cm2 تا 12000kg/cm2 قرار می گیرد.
نکته: استفاده از پیچ های پر مقاومت در اتصالات اتکایی و اصطکاکی مجاز می باشد.
تذکر 1: در استاندارد DIN آلمان طبقه بندی پیچ ها با یک عدد اعشاری که در سر پیچ حک شده،مشخص می گردد.
در این حالت عدد قبل از اعشار معرف Fu (تنش نهایی پیچ) و حاصلضرب یک دهم عدد بعد از اعشار در عدد قبل از اعشار معرف Fy (تنش حد تسلیم پیچ) می باشد. هر دوی این اعداد بر حسب ton/cm2 نوشته می شوند.
مثال: تنش حد نهایی و تنش حد جاری شدن پیچ 808 بر حسب kg/cm2 به ترتیب از راست به چپ کدام است؟
1- 8000 و 6400 2- 8000 و 1600 3- 16000 و 8000 4- 16000 و 1600
حل: می دانیم که این نوع نامگذاری پیچ ها براساس استاندارد DIN آلمان است. عدد سمت چپ اعشار، تنش نهایی مصالح پیچ را بر حسب تن بر سانتی تر مربع نشان می دهد و از حاصلضرب یک دهم عدد سمت راست ممیز در مقاومت نهایی مصالح پیچ، تنش جاری شدن مصالح پیچ بدست می آید. بنابراین برای این پیچ داریم:
بنابراین گزینه 1 صحیح است.
نحوه انتقال نیرو در اتصالات پیچی
نحوه انتقال نیرو در پیچ ها می تواند براساس رفتار برشی پیچ و یا رفتار کششی آن باشد به طوری که این رفتار به نوع بارگذاری وارد بر پیچ بستگی دارد.
در جدول زیر و شکل های زیر می توان نحوه انتقال نیرو در پیچ ها را بر حسب نوع بارگذاری مشاهده کرد.
تذکر: چنانچه در اثر نیروی فشاری و یا لنگر خمشی به یک اتصال فشار وارد شود، پیچ های آن اتصال کارایی نخواهند داشت.
به طور مثال در شکل زیر برای حالت 1، نیروی کششی از طریق پیچ ها از آویز به تیر منتقل می شود در صورتی که در حالت 2، نیروی فشاری از طریق تماس دو عضو به یکدیگر منتقل شده و لذا در این حالت پیچ ها کارایی ندارند.
اتصالات پیچی به دو دسته اتکایی و اصطکاکی تقسیم می شوند که در ادامه به بررسی هر یک می پردازیم.
آشنایی با اتصالات اتکایی
ساده ترین حالت برای انتقال نیروی یک عضو کششی به عضو دیگر، پیچ اتکایی می باشد.
در این حالت با توجه به شکل های فوق موارد زیر حائز اهمیت است:
1- در این حالت لغزش جزئی بین صفحات اتصال مجاز می باشد و عملا به دلیل همین لغزش است که بدنه پیچ با جدار سوراخ تماس پیدا می کند و تنش های لهیدگی در ورق و پیچ مشاهده می شود.
2- معمولا با توجه به بیشتر بودن تنش نهایی Fu در پیچ،لهیدگی در ورق بحرانی تر است.
3- به دلیل وجود تنش های لهیدگی و با توجه به شکل وسط، عملا در مقطع پیچ تنش های بحرانی ایجاد می شوند تا پیچ متعادل شود.
آشنایی با اتصالات اصطکاکی
اگر پیچ بر طبق یکی از روش های استاندارد محکم گردیده و نیروی پیش تنیدگی به مقدار مشخصی برسد، اتصال از نوع اصطکاکی می باشد. برای اتصال اصطکاکی موارد زیر حائز اهمیت است؛
1- در این حالت در پیچ نیروی پیش تنیدگی Ti ایجاد شده و با ایجاد پیش تنیدگی مناسب و وجود پیچ های کافی، می توان از هر گونه لغزشی بین دو ورق جلوگیری کرد. اینکار توسط نیروی اصطکاک μiTi انجام می شود.
2- در صورتی که اتصال توسط n پیچ با نیروی پیش تنیدگی Ti انجام شود، حداکثر نیروی قابل تحمل با شرط عدم لغزش دو صفحه بر روی یکدیگر عبارت است از:
3- با توجه به عدم لغزش دو صفحه بر روی یکدیگر، در اتصال اصطکاکی بدنه پیچ لهیده نشده و به عبارت دقیق تر، تنش های لهیدگی وارد بر بدنه پیچ صفر است.
4- با توجه به صفر بودن تنش های لهیدگی، عملا در مقطع پیچ ها تنش برشی ایجاد نمی شود.
توجه:
1- اگر در یک اتصال نیاز به نیروی پیش تنیدگی باشد، لزوما باید از پیچ های پر مقاومت استفاده شود.
2- در مناطق لرزه خیر به منظور استفاده از اتصالات پیچی لرزه گیر، باید از پیچ های پرمقاومت همراه با پیش تنیدگی استفاده نمود. به عبارت دیگر در این مناطق، تمامی اتصالات از نوع اصطکاکی و پیچ ها همگی پرمقاومت و پیش تنیده می باشند.
مثال: از کدام اتصال با پیچ، می توان در اتصالات تکیه گاه های اعضایی که ماشین های متحرک یا بارهای زنده همراه با ضربه را تحمل می کنند استفاده کرد؟
1- اتصال اصطکاکی با پیچ پر مقاومت 2- اتصال اتکایی با پیچ پر مقاومت
3- اتصال اصطکاکی با پیچ معمولی 4- اتصال اتکایی با پیچ معمولی
حل:
در اتصالات تکیه گاه های اعضایی که ماشین های متحرک یا بار زنده همراه ضربه را تحمل می کنند، باید به منظور جلوگیری از لغزش در تکیه گاه ها از اتصال اصطکاکی با پیچ پرمقاومت استفاده شود.
بنابراین گزینه 1 صحیح است.
پیش تنیدگی اتصالات اصطکاکی
حداقل نیروی پیش تنیدگی در اتصالات اصطکاکی را می توان به طور تقریبی از رابطه زیر محاسبه کرد:
Ab: سطح مقطع اسمی پیچ Fu: مقاومت نهایی پیچ
نکته: مقدار نیروی پیش تنیدگی که باید در پیچ ها ایجاد شود (مقدار دقیق) و لنگر لازم برای به وجود آمدن این نیرو، بر حسب قطر پیچ و نوع آن، در جداول آیین نامه مشخص شده است.
مثال: در اتصال اصطکاکی زیر، ابتدا پیچ ها هر کدام به اندازه 200kN پیش تنیده می شوند، سپس بارگذاری خارجی مطابق با شکل را به آنها وارد می کنیم. در این حالت کشش داخل هر پیچ به کدامیک از اعداد زیر نزدیکتر است؟
1- 150 2- 50 3- 350 4- 200
حل: نیروی کششی هر یک از پیچ ها برابر است با 300/2=150kN که کوچکتر از نیروی پیش تنیدگی پیچ ها 200kN است. بنابراین ورق های اتصال از یکدیگر جدا نمی شوند و با پذیرش خطای اندکی می توان گفت که نیروی کششی پیچ ها همان نیروی پیش تنیدگی 200 کیلونیوتن باقی می ماند.
بنابراین گزینه 4 صحیح است.
مثال: حداقل نیروی پیش تنیدگی در اتصالات اصطکاکی برای پیچ M18 از نوع A325 طبق استاندارد ASTM حدودا برابر است با:
1- 11.2 تن 2- 10.3 3- 9.5 4- 13.1
حل: حداقل نیروی پیش تنیدگی در پیچ ها از رابطه زیر بدست می آید:
بنابراین گزینه 1 صحیح است.
انواع سوراخ های مورد استفاده در اتصالات پیچی
انواع سوراخ های مورد استفاده در اتصالات پیچی که در جدول قبل بیان شده اند عبارتند از:
1- سوراخ استاندارد: این سوراخ دایره ای بوده و در اتصالات اتکایی و اصطکاکی کاربرد دارد.
2- سوراخ بزرگ شده: این سوراخ دایره ای بوده و تنها در اتصالات اصطکاکی کاربرد دارد.
3- سوراخ لوبیایی کوتاه: این سوراخ در تمامی حالت های اتصالات اصطکاکی و همچنین اتصال اتکایی در حالت عمود بر امتداد نیرو مجاز است.
4- سوراخ لوبیایی بلند: این سوراخ در اتصالات اتکایی در امتداد عمود بر نیرو مجاز بوده و در اتصالات اصطکاکی تنها در یکی از ورق های اتصال در امتداد دلخواه می تواند وجود داشته باشد.
نکته مهم: ابعاد ذکر شده برای قطر سوراخ در جدول اصطلاحا قطر اسمی سوراخ نام دارد. در برخی از موارد نظیر محاسبه سطح مقطع خالص اعضای کششی، قطر محاسباتی سوراخ کاربرد دارد که 2 میلی متر بزرگتر از قطر اسمی آن است.
دامنه کاربرد انواع سوراخ های پیچ
در هنگام استفاده از سوراخ های پیچ، باید به نوع اتصالات نیز توجه داشته باشیم، به طوری که:
استفاده از سوراخ های بزرگ شده فقط در اتصالات اصطکاکی مجاز است.
استفاده از سوراخ لوبیایی کوتاه در تمام امتدادها در اتصالات اصطکاکی مجاز است اما در اتصالات اتکایی، امتداد طولی سوراخ باید عمود بر امتداد نیرو باشد (به شکل های زیر دقت کنید).
استفاده از سوراخ لوبیایی بلند در اتصالات اتکایی، فقط در امتداد عمود بر مسیر نیرو مجاز است. استفاده از سوراخ لوبیایی بلند در اتصالات اصطکاکی در تمام امتدادها مجاز بوده ولی باید فقط در یکی از ورق های اتصال وجود داشته باشد.
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.