نظارت سازه هاي فولادي (روش های تولید پیچ و مهره)

فرج گرم

1. اکسیداسیون سطحی و احتمال قرارگرفتن پوسته هاي اکسیدي در داخل مقطع پیچ
2. ایجاد زخم و تركهاي سطحی
3. عدم یکنواختی در ساختار متالورژیکی

اجزای پیچ

مشخصات ابعادی پیچ

انواع اتصال
الف ) اتکائی (معمولی – لهیدگی- غیر اصطکاکی-Bearing Joints) :
در این نوع اتصال لغزش جزئی بین صفحه هاي اتصال مجاز می باشد. این لغزش به گونه اي است که بدنه پیچ با با جدار سوراخ تماس پیدا می کند. معیار طراحی در این اتصال مقاومت آن می باشد.

در این اتصال پس از لغزش، انتقال بار از طریق ترکیبی از عمل اصطکاکی و اتکائی در پیچ و در بدنه سوراخ می باشد. این اتصال براي بارهاي ثقلی مناسب بوده و در بار هاي دینامیکی ، به علت آنکه جهت لغزش دائما در حال تغییر است مناسب نمی باشد. در این اتصالات سفت شدن اولیه پیچ ها کافی است. سفت شدن اولیه پیچ جایی است که یک کارگر معمولی با یک آچار معمولی تمام کوشش خود را براي بستن پیچ بکار بندد.

ب ) اصطکاکی (Slip-Critical Joints) :
در این اتصال، مهره پیچ پساز محکم شدن اولیه بیشتر پیچانده در پیچ بوجود می آید. (Ti) می شود و در حقیقت یک نیروي پیش تنیدگی (Ti) این نیرو از طریق پیچ به روي صفحه هاي اتصال وارد می گردد .در مواردي که قرار است در بارهاي سرویس هیچ گونه لغزشی بین صفحه ها اتفاق نیافتد از این اتصال استفاده می گردد. در این اتصال در زمان قرارگیری تحت اثر (P)، به محض آغاز لغزش بین ورق ها نیروي اصطکاکی برابر Ti که ضریب اصطکاک بین ورق های اتصال است و باعث جلوگیری از لغزش می گردد.

نیروي پیش تنیدگی در اتصالات اصطکاکی

انواع پیچ

تقسیم بندي پیچ ها با توجه به مقاومت نهائی آنها در کشش و نوع مصالحی که در ساخت و تولید آنها به کار می رود، انجام می گیرد.
الف ) معمولی :
مصالح این پیچ از نوع فولاد نرمه با کربن کم می باشد. موارد مصرف پیچ معمولی در سازه هاي سبک مانند خرپاهاي کوچک، سازه هاي موقتی و اعضاي درجه دوم سازه ها مانند مهاربند ها و لاپه ها می باشد. از این پیچ ها در پیش مونتاژ سازه هاي با پیچ هاي پر مقاومت نیز استفاده می گردد.

و

و

براي نصب قطعات باید وسایل بلند کننده متناسب با وزن قطعات  مهیا گردند . باید با تمهیدات مختلف از قبیل تعبیه وزنه هاي کافی در محل مناسب روي دستگاه بلند کننده ، از واژگونی دستگاه جلوگیري نمود . همچنین تکیه گاه هاي دستگاه بلند کننده روي زمین باید از ایستایی کافی با توجه به وضع خاك موجود برخوردار باشند. در صورتیکه اجزاي سازه با اتصالات پیچی به یکدیگر متصل می شوند باید تمهیداتی از قبیل پیش نصب و ساخت بر اساس اندازه هاي دقیق بکار رود تا از تناسب و جفت شدن قطعات به یکدیگر در زمان نصب اطمینان حاصل شود .براي نصب اولیه قطعات می توان از پیچ هاي پیش نصب بصورت موقت استفاده نمود و پس از اطمینان از صحت نصب، پیچ هاي اصلی را جایگذاري و محکم نمود.

پیش نصب

در صورتی که دستگاه نظارت لازم بداند، پیمانکار موظف است تیرها و ستون های فولادی را در محل کارخانه یا پای کار پیش نصب نماید. هدف از پیش نصب تیرها و ستون ها حصول اطمینان دقیق ساخت و کیفیت جفت و جور شدن قطعات در هنگام نصب می باشد. همچنین در هنگام پیش نصب، خیز شاهتیر تحت بار خود اندازه گیری شده و با خیز مندرج در نقشه ها مقایسه خواهد شد. جفت و جور شدن قطعات بادبندها نیز با بستن تعدادی از آنها مورد کنترل قرار خواهد گرفت. به هنگام پیش نصب باید حداقل 25  درصد از پیچ های هر اتصال که کمتر از دو پیچ نباشد، بسته شوند. پیچ های پیش نصب می تواند از نوع پیچ های معمولی انتخاب گردد. از این پیچ ها بعداً به عنوان پیچ های اصلی نباید استفاده شود. قطعات پیش نصب شده، بعد از علامت گذاری ، باز شده و به همراه ورق های اتصال برای حمل به کارگاه، انبار خواهند شد.

انواع پیچ
پرمقاومت :
مصالح این پیچ از نوع فولاد با کربن متوسط (مقدار کربن از 0.3 درصد تا 0.59 درصد) می باشد. این مصالح به وسیله عملیات مرغوب سازي (حرارت دهی و کاهش حرارت) تولید می شوند. از این پیچ ها در اتصال هاي  اتکایی و از بعضی از آنها در اتصال هاي اصطکاکی و پیش تنیده استفاده می شوند و استفاده از پیچ پرمقاومت در همه اتصال ها مجاز است.

نام گذاري پیچ
طبقه بندي پیچ ها در استاندارد هاي مختلف متفاوت است به عنوان مثال طبقه بندی  ASTM وISO مانند جدول زیر می باشد:

و

نام گذاري پیچ ISO

نام گذاري پیچ

EUROCODE-3: آیین نامه طراحی ساختمان هاي فولادي اروپا پیچ هاي ساختمانی را به دو دسته پیچ هاي قابل پیش تنیدگی و غیرقابل پیش تنیدگی تقسیم می کند.

و

انواع مهره
مهره ها نیز داراي درجه بندي می باشند و یکی از دلایل آن این است که عمل محکم کردن پیچ ها تا حد گشتاور لازم بدون نگرانی از هرز شدن رزوه ها صورت گیرد.

انواع واشرها

• واشرهای فولادی در بسیاری از سازه های فولادی برای پخش فشار ناشی از عملیات سفت کردن پیچ در منطقه بزرگتری استفاده می شود.
• واشرها برای پوشش سوراخ ها و شکاف های بزرگتر از اندازه استفاده می شوند.
• واشرهای تخت دارای استفاده معمول تری هستند.
• واشرهای مورب (با مقطع متغیر) برای سطح های پیچ شده شده ای که دارای شیب می باشند استفاده می شوند ، همچنین در بال های ناودانی ها یا موارد مشابه.

واشرها- ضوابط

• در اتصالات اصطکاکی با استفاده از پیچ ها با مقاومت تسلیم  9000Kg/m2 در صورتیکه مصالح فولادي اعضاي متصل شونده داراي حد تسلیم کمتر از2800Kg/m2 باشند، استفاده از واشر سخت زیر پیچ و مهره الزامی است.
• اگر اعضاي متصل شونده داراي پوشش حفاظتی باشند، لازم است که از واشر زیر پیچ یا مهره چرخنده استفاده شود.
• در صورتیکه پیچ در سوراخ لوبیایی یا سوراخ بزرگ شده نصب می شود، لازم است که از واشر مناسب زیر پیچ و مهره استفاده شود.
• درصورتیکه سطح فولاد مماس با پیچ داراي زاویه بیش از 3 درجه نسبت به صفحه عمود بر محور پیچ باشد ، باید از واشر سخت گوه اي در زیر پیچ یا مهره استفاده شود.
• هیچ نوع مصالح قابل تراکم مانند واشرهاي لاستیکی یا مواد عایق بندي نباید در لایه هاي اتصال وجود داشته باشد مگر آن که در نقشه هاي اجرایی بوسیله طراح قید شده باشد.

مشخصات فنی پیچ، مهره و واشر

در تدوین مشخصات فنی پروژه ها فقط تعیین رده مقاومتی پیچ و مهره ها کافی نیست بلکه می بایست استاندارد ساخت قطعات اتصال به روشنی مشخص شود. در کشور ما استانداردهاي حاکم بر تولید پیچ و مهره و  واشر، استانداردهاي کشور آلمان است که تحت شماره هاي مختلف DIN کدگذاري شده و می بایست براي هر نوع از اتصالات کد صحیح متناظر به روشنی در مشخصات فنی پروژه ذکر شود. عدم تعیین دقیق کد استانداردي موجب می گردد تا در مرحله خرید، پیچ و مهره هاي نامنطبق خریداري شده و مورد استفاده قرارگیرد.

انواع پیچ ها مطابق آیین نامه آلمان (Deutsches institut fur Normung)

مشخصات ابعادي پیچ مطابق

• DIN 931 با رزوه مقطعی
• DIN 933 با رزوه کامل

مشخصات مکانیکی پیچ مطابق

• 8.8 با تنش نهایی 8000 و تنش تسلیم 6400 کیلوگرم برسانتیمتر مربع یا 10.9 با تنش نهایی 10000 و تنش تسلیم 9000 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع مشخصات ابعادي مهره متناظر مطابق DIN 934  با رده مقاومتی 8 یا 10 مشخصات واشر متناظر DIN 125-A
• قابل کاربرد در اتصالات اتکایی

و

و

و

انواع پیچ ها مطابق استاندارد آلمان (HV-Hochfest Vorgespannt)

مشخصات ابعادي پیچ مطابق

DIN 6914

مشخصات مکانیکی پیچ مطابق

• 10.9 با تنش نهایی 10000 و تنش تسلیم 9000 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع
• مشخصات ابعادي مهره متناظر مطابق DIN 6915 با رده مقاومتی 10
• مشخصات واشر متناظر DIN 6916
• قابل کاربرد در اتصالات اصطکاکی

مقایسه ابعاد بین دو استاندارد DIN 6931 و DIN 6914

و

 انواع پیچ ها مطابق آیین نامه AISC

مشخصات فنی پیچ :

• ASTM A325M معادل رده 8.8
• ASTM A490M معادل رده 10.9

مشخصات فنی مهره :

• ASTM A563M

مشخصات فنی واشر:

• ASTM F436M

قابل کاربرد در اتصالات اتکایی و اصطکاکی

انواع سوراخ

مشخصات و فواصل سوراخ ها در اتصالات پیچی
در اتصالات پیچی لازم است قطعات فولادی به نحوی صحیح و متناسب با قطر پیچ سوراخ شوند. دقت در سوراخ کاری و سالم بودن بدنه سوراخ و نیز رعایت فواصل سوراخ ها از لبه قطعه و نیز از یکدیگر نقش مهمی در میزان مقاومت و باربری و اتصالات پیچی ایفا می کند از این ،روی لازم است به شرح زیر الزامات بندهای الف تا ج در طراحی و محاسبه مورد رعایت قرار گیرند.

الف) انواع سوراخها در اتصالات پیچی
انواع سوراخها در اتصالات پیچی به شرح زیر است:

1. سوراخ استاندارد
2. سوراخ بزرگ شده
3. سوراخ لوبیایی بلند
4. سوراخ لوبیایی کوتاه

روش هاي ایجاد سوراخ

سوراخ ها به دو روش دریل(مته) و پانچ(منگنه) ایجاد می شوند. سوراخ هاي ایجاد شده توسط دریل بسیار مناسب و داراي کیفیت مناسب هستند، اما هزینه اجراي آ نها زیاد می باشد . در روش پانچ ممکن است در  اطراف سوراخ ترك هاي موئی ایجاد گردد،که در طراحی این مورد به اثر منگنه معروف استو به قطر سوراخ اضافه می گردد.

سوراخ کاري براي پیچ یا پرچ فقط می تواند به وسیله مته یا منگنه انجام شود . سوراخ کاري با منگنه فقط براي ورقهاي به ضخامت حداکثر 12 میلی متر مجاز است.

روش هاي ایجاد سوراخ-سوراخ هاي منگنه اي

• سوراخ هاي منگنه اي

الف ) سوراخ منگنه اي با قطر کامل
ایجاد سوراخ منگنه اي با قطر کامل هنگامی مجاز است که :
1- قطر سوراخ از ضخامت ورق کوچکتر نباشد.
2- سوراخها عاري از زخمه هایی باشند که از تماس کامل قطعات جلوگیري می کنند.

ب ) منگنه زنی و گشاد کردن سوراخ
منگنه کردن و گشاد کردن سوراخ در صورتی مجاز است که قطر سوراخ منگنه اي حداقل 2 میلی متر کوچکتر از قطر کامل سوراخ باشد و سوراخ منگنه اي پساز سوار شدن قطعات، تا رسیدن به قطر نهایی گشاد شود.

و

و

و

اصلاح سوراخ ها

براي مونتاژ قطعات، بعد از آنکه آنها علامت گذاري شده بر روي خرك چیده شدند و ورق هاي اتصال بر روي سوراخ ها قرار گرفت، قطعه ها به وسیله سمبه هایی که از سوراخ هاي اتصال می گذرند در جاي خود ثابت می شوند. در کارگاه ساخت، انطباق سوراخ ها مورد کنترل دقیق قرار می گیرد. ولی باز هم امکان دارد که حداکثر تا 15 درصد سوراخ هاي یک محل به علت عدم دقت هاي ساخت کاملاً منطبق نباشند. در چنین حالتی باید این سوراخ ها را با گذرندان یک پیچ امتحانی پیدا کرده، به وسیله برقو زدن آنها را اصلاح نمود. حداکثر قطر برقوي مصرفی 3 میلیمتر بزرگتر از قطر پیچ می باشد و برقو زنی نباید قطر سوراخ را بیشاز 5 میلی متر   افزایش دهد. استفاده از برش شعله براي گشاد کردن سوراخ ها مجاز نیست.

اصلاح سوراخ ها

و

و

بستن پیچ -گشتاور لازم در اتصال اصطکاکی

و

و

روش هاي ایجاد گشتاور لازم در اتصال اصطکاکی

1)اعمال گشتاور کنترل شده (Torque Control Tightening)
در این روش از آچاري استفاده می شود که با مقدار ممان مورد یاز تنظیم شده و پس از محکم نمودن اتصال به وسیله همین آچار و رسیدن به عدد مذکور ، هرز کار می کند.

2)کنترل زاویه اي (Angle Control Tightening)
در این روش پساز محکم نمودن مهره با دست ، باید در یک نقطه ، پیچ و مهره را به طور همراستا علامت گذاري کرد .سپس از این نقطه مهره باید به مقدار معلومی دوران نماید.

مقدار زاویه اي که باید مجددا سفت گردد ، به قطر – طول و گرید پیچ متفاوت بوده و باید از جدول هاي مربوطه استخراج گردد.

3)کنترل زاویه (Angle Control Tightening)

و

4) واشر و فیلر (Tension indicate method-DTI)
در این روش واشر هائی به کار می رود که داراي برجستگی هایی می باشد، که شکل و اندازه آنها براي هر نوع اتصال ، از قبل طراحی شده است و براي کنترل آن از فیلر مخصوصی استفاده می شود.

و

پس از محکم شدن اتصال برجستگی هاي واشر لهیده شده و اگر فیلر مخصوصاً اندازه گیري داخل اتصال نرود ، گشتاور لازم اعمال گردیده است . اما فیلر یکسایز کوچکتر می تواند داخل اتصال برود.

و

4–کنترل کشش(Tension Control)
در این روش پیچ هاي به کار رفته داراي یک زائده و یک آچار مخصوص می باشند . که پساز سفت شدن پیچ زائده ، از انتهاي پیچ جدا شده و مشخص می گردد پیش تنیدگی لازم در پیچ اتفاق افتاده است.

و

و

بستن پیچ

بستن و محکم کردن پیچ های اصطکاکی
محکم کردن پیچ های هر اتصال در دو مرحله انجام می گیرد ،اول تعدادی از پیچ ها تا حد سفتی کامل محکم می شوند تا اطمینان حاصل شود که سطوح تماس کاملاً به هم چسبیده اند سپس تمام پیچها در سوراخ قرار گرفته کاملاً سفت می.شوند. در مرحله دوم با چرخاندن اضافی مهره پیچ ها پیش تنیده میگردند. در هر یک از مراحل محکم کردن پیچ ها باید از قسمتی که اتصال صلب تر است و صفحات تغییر شکل کمتری می دهند، شروع به بستن پیچ ها کرد در وصله ها قسمت صلب ،اتصال وسط ورق اتصال می باشند. بعد از محکم کردن پیچهای وسط با حفظ تقارن و ترتیب پیچ های کناری تا لبه آزاد ورق اتصال محکم می شوند، سپس میتوان به پیچهای وسط پرداخت تا اطمینان حاصل شود سفت کردن پیچهای کناری آنها را از حالت کاملا سفت خارج نکرده است در تمام مراحل محکم کردن پیچ ها باید دقت کرد از چرخیدن پیچ و مهره با هم جلوگیری به عمل آید.

سفتی کامل را در پیچ به حالتی می گویند که کارگر ماهر با آچار معمولی بدون آنکه با وزن خود به دسته آچار نیرو وارد کند با به کارگیری آخرین توان خود نتواند پیچ را از آن محکم تر نماید. برای پیش تنیده کردن چنین پیچی باید مهرۀ آن را به اندازه مقداری که در جدول ۱۰ – ۴ – ۲ مشخص شده اضافه چرخاند این چرخش اضافی را می توان به کمک آچار دسته بلند یا با آچار معمولی با استفاده از دو کارگر یا به وسیله آچار بادی تأمین نمود. حصول پیش تنیدگی باید توسط آچار مدرج (ترکمتر) تأیید گردد.

اگر در چرخاندن پیچ ها از آچارهای بادی استفاده شود باید فشار باد را طوری تنظیم کرد که در یک مرحله مهره ها را بدون چرخیدن پیچ تا مرحله سفتی کامل برساند و در مرحله بعد با ازدیاد فشار باد یا با دست به روشی که در بالا گفته شد پیچ ها را پیش تنیده کرد. تنظیم باد کمپرسور متضمن استفاده از آچار مدرج تورک (متر) یا آزمون و خطاهای متوالی می باشد و باید در آن دقت کامل به عمل آید باز کردن پیچ هایی که به حد پیش تنیدگی رسیده اند و استفاده مجدد از آنها مجاز نمی باشد. در اتصال پیچ پر مقاومت سطوحی که در تماس با سرپیچ و یا مهره آن قرار می گیرند نباید شیبی بیش از یک بیستم نسبت به صفحهٔ عمود بر محور پیچ داشته باشند. در صورت عدم تأمین این شرط باید با استفاده از واشر ،شیب دار موازی نبودن سطوح را جبران کرد.

قطعاتی که با پیچ پر مقاومت به یکدیگر متصل می شوند باید کاملاً به هم جفت شده باشند و نباید ورق پرکننده یا هر نوع مصالح تغییر شکل پذیر دیگری بین آنها گذارده شود، لیکن استفاده از ورق های پرکننده با مقاومت نظیر قطعات اتصال و ضخامت یکنواخت مجاز است. هنگامی که قطعات نصب می شوند باید کلیه سطوح اتصال (شامل سطوح مجاور کله پیچ ها و مهره ها از قسمت های پوسته شده و دیگر مواد زاید عاری باشد، مخصوصاً سطوح تماس اتصالات اصطکاکی باید کاملاً تمیز باشد و اثری از پوسته ،زنگ رنگ لاک انواع روغن و مصالح دیگر در آنها وجود نداشته باشد. پیج های پرمقاومت را باید مطابق با مشخصات مندرج در استاندارد مربوط مورد استفاده قرار داد.

تذکر بسیار مهم
پس از محکم کردن پیچ و مهره ، براي جلوگیري از هرز شدن و کچلی رزوه ها ، باید تمام ارتفاع رزوه هاي مهره با پیچ درگیر بوده و حداقل یک دهانه از رزوه هاي پیچ از مهره بیرون زده باشد . طول پیچ باید به اندازه اي باشد که پس از محکم  کردن آن ، حداقل سه دندانه کامل پیچ از هر طرف مهره بیرون بماند.