مقاوم سازی اتصالات فولادی
مقاوم سازی اتصالات فولادی
یکی از انواع آسیب دیدگی ها در سازه های فولادی مربوط به ضعف های اتصلات فولادی است. علت اصلی چنین آسیب هایی، ضعف در طراحی و اجرای اتصالات است. بنابراین بررسی آسیب های ایجاد شده در اتصالات فولادی و اصلاح آن ها همانند مقاوم سازی اتصالات بتنی در اثر زلزله و انجام اقداماتی جهت اصلاح آن ها و مقاوم سازی ساختمان فولادی از موارد مهم جهت بهسازی لرزه ای است. مقاوم سازی اتصالات فولادی عمدتا بدلیل آسیب های ایجاد شده در ستون، تیر، جوش و چشمه ی اتصال است. اتصالات فولادی می توانند یک یا چندین ضعف داشته باشند.تقویت اتصالات فولادی
اتصالات فولادی یکی از اجزای مهم در سازه های اسکلت فولادی است. این سازه ها از اتصال چندین المان به یکدیگر تشکیل شده اند. اتصلات فولادی نقش اتصال المان های مختلف سازه به یکدیگر و توزیع نیروهای وارد شده به آن ها را دارند. بنابراین طراحی و اجرای اتصالات فولادی در تأمین مقاومت لازم در آن ها اهمیت زیادی دارد. طراحی و محاسبات اتصالات فولادی باید به نحوی باشد که این اتصالات در برابر نیروهای وارد شده عملکرد مناسبی داشته باشند و حین بهره برداری دچار مشکل نشوند لذا طراحی و محاسبات اتصالات فولادی براساس آیین نامه فولاد انجام می شود. لازم به ذکر است که اجرای اتصالات فولادی نیز به اندازه ی طراحی آن حائز اهمیت است. عدم اجرای مناسب اتصالات فولادی می تواند سبب ایجاد اختلال حین بهره برداری از سازه شده و علاوه بر صرف هزینه ی بالا جهت تعمیر مشکلات مختلفی برای سازه ایجاد کند. در ادامه به دلایل تقویت اتصالات فولادی و روش های مختلف آن خواهیم پرداختآسیب اتصالات فولادی
به طور کلی پیش از اقدام جهت مقاوم سازی ساختمان باید آسیب های وارد شده به المان ها را بررسی کرد. دلایل مقاوم سازی اتصالات فولادی را می توان به چند گروه اصلی تقسیم کرد.۱-مقاوم سازی اتصالات فلزی بدلیل خرابی تیرها
۲-مقاوم سازی اتصالات به دلیل ضعف در بال ستون ها
۳-مقاوم سازی اتصالات فلزی به دلیل خرابی جوش
۴-تقویت و مقاوم سازی اتصالات فولادی به دلیل آسیب در ورق برشی جان
۵-تقویت اتصالات فولادی به دلیل خرابی چشمه اتصال
۱-مقاوم سازی اتصالات فولادی به دلیل خرابی تیرها
یکی از دلایل مقاوم سازی اتصالات فولادی، ضعف و خرابی در تیرهای سازه است. عمده ی خرابی های ایجاد شده در تیرهای ساختمان در بال پایینی ایجاد می شوند. با این وجود خرابی هایی در بال فوقانی نیز گزارش شده اند. علت خرابی در بال پایینی تیرها را می توان دلایل زیر عنوان کرد.
۲- مقاوم سازی اتصالات به دلیل ضعف در بال ستون ها
یکی از دلایل مقاوم سازی اتصالات فلزی وجود خرابی در بال ستون ها است. خرابی بال ستون ها شامل؛ ترک ستون، قلوه کن شدن بال ها، پارگی لایه ای، کمانش بال ستون و گسیختگی وصله است.
۳- مقاوم سازی اتصالات فلزی به دلیل خرابی جوش
وجود نقص و ناپیوستگی در جوش از دلایل اصلی مقاوم سازی اتصالات فلزی است. خرابی اتصالات را می توان به ترک در ریشه جوش، ترک در ضخامت کامل فلز جوش، گسیختگی در فصل مشترگ فلز جوش با تیر و ستون تقسیم کرد.
۴- مقاوم سازی اتصالات فولادی به دلیل آسیب در ورق برشی جان تیر
یکی از دلایل تقویت اتصالات فولادی، آسیب در ورق برشی جان تیر است. اتصال ضعیف و کمبود آرماتور، گسیختگی جوش های تکمیلی، بال های تیر ترک خورده، ترک جزیی در جوش ورق به ستون و ... از دلایل آسیب در ورق برشی جان تیر هستند.
۵- تقویت اتصالات فولادی به دلیل خرابی چشمه اتصال
خرابی چشمه اتصال یکی دیگر از دلایل لزوم اجرای تقویت اتصالات فولادی است.گسیختگی، کمانش و تسلیم ورق پیوستگی، گسیختگی جوش ورق پیوستگی، تسلیم شکل جان، کمانش جان، شکست جوش ورق مضاعف، گسیختگی کامل ستون و ... از علل اصلی خرابی چشمه اتصال می باشند.
مقاوم سازی انواع اتصالات فولادی:
اتصلات فولادی می توانند انواع مختلفی داشته باشند که به روش های متنوع تقویت می شوند. انواع اتصالات فولادی عبارتند از:۱-مقاوم سازی اتصالات جوشی
۲-مقاوم سازی اتصالات پیچی
۳-مقاوم سازی اتصالات پرچی
۱-مقاوم سازی اتصالات فلزی جوشی
همانطور که از نام آن ها پیداست، المان ها در اتصالات جوشی به وسیله ی جوش و با استفاده از عملیات جوشکاری به یکدیگر متصل می شوند. مقاوم سازی اتصالات جوشی به روش های مختلفی انجام می گیرد. این اتصالات بر اساس نوع جوش، حالت جوش و نوع اتصال انواع مختلفی دارند که در ادامه به آن ها پرداخته می شود.
۱-۱-نوع جوش اتصلات جوشی:
-جوش ماهیچه ای
-جوش شیاری
-جوش انگشتانه (انسدادی یا نقطه ای)
-جوش کام
۲-۱-حالت جوش
-جوش افقی
-جوش عمودی
-جوش بالا سری
-جوش تخت
۳-۱-نوع اتصال
-اتصال سر به سر
-اتصال روی هم
-اتصال گوشه
-اتصال لبه
-اتصال سپری
۴-۱-اتصالات فولادی جوشی
جوش ماهیچه ای از استحکام زیادی هنگام اجرا برخوردار است به همین دلیل کاربرد آن ها نسبت به سایر جوش ها بیشتر است.
جوش شیاری در مقابل جوش ماهیچه ای قوی تر است.
جوش انگشتانه و جوش کام از هزینه ی زیادی برخوردارند.
بطور کلی می توان گفت که کیفیت اتصالات جوشی ارتباط مستقیمی با توانایی جوشکار دارد.
۵-۱-مزایای اتصالات جوشی:
برخی از مزایای اتصالات جوشی در سازه های فلزی عبارتند از:
-طراحی آسان
-سهولت نسبی در اجرا
-فراهم کردن اتصالات صلب
-برخورداری از مقاومت مطلوب نسبت به بارهای وارد شده
-بهره وری مناسب
-ایجاد یکپارچگی سازه
-برخورداری از ظاهر مناسب
۶-۱-معایب اتصالات جوشی:
-معایب اتصالات جوشی عبارتند از:
-نیازمند مجری ماهر برای اجرا
-بروز پدیده ی خستگی در دماهای زیاد
-احتمال بالای ترک خوردگی
-ضعف زیاد در برابر انقباض
-عدم سهولت در تعمیر و نگهداری
۲-مقاوم سازی اتصالات فولادی پیچی
اتصلات پیچ کاربرد زیادی در سازه های فولادی دارند. به طوریکه می توان گفت در صورت طراحی و اجرای اصولی آن، یکی از روش های مناسب برای اتصال سازه های فولادی محسوب می شوند. پیچ های معمولی و پیچ های مقاومت بالا دو گروه اصلی در تقسیم بندی اتصالات پیچی سازه های فولادی هستند. بطور کلی به اتصال المان های سازه با استفاده از پیچ و مهره، اتصالات پیچ یا پیچ کاری گفته می شود.
۱-۲-اتصالات پیچی
-اجرا اتصالات پیچی از سهولت زیادی برخوردار است و برعکس پرچ کاری نیازمند نیرو متخصص نمی باشد.
-اتصالات پیچی از انعطاف پذیری بالایی برخوردارند.
-نصب، بار و بسته کردن اتصالات پیچی ساده است.
-کاربرد اصلی اتصالات پیچی سازه در اعضای تحت کشش، برش یا هر دوی این نیروها می باشد.
۲-۲-مزایای اتصالات پیچی
از مزایای اتصالات پیچی در سازه های فولادی می توان به موارد زیر اشاره کرد
-نصب سریع و افزایش سرعت ساخت سازه
-عدم نیاز به نیروی متخصص
-عدم تولید صدا حین اجرا
-عدم نیاز به تعداد زیادی نیرو انسانی
-تأمین قابلیت استفاده س سریع از سازه
-امکان فعالیت در فضاهای کوچک
۳-۲-معایب اتصالات پیچی
-هزینه بالای مصالح
-امکان سستی اتصالات پیچی حین اعمال نیروهای لرزشی یا ضربه ای
-کاهش مقاومت کششی در سقف ناشی از کاهش سطح درگیر اتصالات
-احتمال آسیب سازه به دلیل زنگ زدگی و خوردگی پیچ و مهره
۳-مقاوم سازی اتصالات پرچی:
اتصالات پرچی یکی از قدیمی ترین اتصالات در سازه های فولادی هستند. به طوریکه در گذشته اکثر اتصالات فلزی با پرچ کاری یا جوش کاری انجام میشد و به مرور زمان پیچ های مقاوم جایگزین پرچ ها در سازه های فولادی شدند. با این وجود چنین اتصالات امروزه منسوخ شده به حساب می‌آیند. میخ پرچ ها در اتصالات فلزی عموما از سه بخش اصلی کلاهک، شنک و دم تشکیل شده است. ساختار میخ پرچ تو خالی بوده و عمدتا از جنس کربن با مقاومت بالا است.
۱-۳- معایب اتصالات پرچی
همانگونه که پیشتر گفتیم، اتصالات پرچی به رغم داشتن برخی معایب امروزه از سازه های فولادی حذف شدند. در ادامه به برخی از اصلی ترین معایب این اتصالات فولادی اشاره خواهیم کرد:
-نیازمند مجری ماهر جهت اجرا
-تولید آلودگی صوتی زیاد هنگام نصب
-دارای مقاومت کم هنگام تحمل بارگذاری های دینامیکی مختلف مثل زمین لرزه
-احتمال وقوع آتش سوزی به دلیل تولید انرژی زیاد هنگام پرچ کاری
-عدم سهولت در باز کردن و جایگزینی پرچ ها هنگام عملیات ترمیم و نگهداری
روش های مقاوم سازی اتصالات فولادی
روش های مختلفی برای تقویت و مقاوم سازی اتصالات فلزی یا فولادی وجود دارد که در ادامه به آن ها اشاره می کنیم-مقاوم سازی اتصالات فولادی با استفاده از ورق های روسری و زیرسری مضاعف:
برای کسب اطمینان از مقاومت ورق های زیر سری و روسری هنگام زمین لرزه و جبران جوش های ضعیف در آن ها می توان از ورق های روسری و زیرسری به شکل مضاعف استفاده کرد. البته لازم بدکر در صورت عدم اطمینان از جوش ورق های روسری موجود به ستون یا فقدان آنها، لازم است ورق های روسری و زیرسری برای لنگر پلاستیک تیر طراحی شوند.
-مقاوم سازی اتصالات فولادی با استفاده از لچک های قائم در بال فوقانی و تحتانی
نصب و اجرای لچک های قائم می تواند مقاومت اتصالات فولادی را تا حد زیادی افزایش دهد. می توان لچک های قائم را به شکل دوتایی یا تکی اجرا کرد.
-مقاوم سازی اتصالات فولادی با استفاده از ورق کناری:
یکی از روش های مقاوم سازی اتصالات فلزی استفاده از ورق های کناری است. با استفاده از ورق های کناری نیروهای کششی و فشاری بال های فوقانی و تحتانی تیر به ستون منتقل می گردند.
-مقاوم سازی اتصالات فولادی به وسیله ی ماهیچه:
یکی از روش های تقویت اتصالات فولادی افزودن ماهیچه است. اجرا ماهیچه سبب انتقال مفصل پلاستیک از بر ستون به درون تیر می گردد. تجربه نشان می دهد پس از وقوع زلزله، خرابی از بال های تحتانی شروع می گردد بنابراین توصیه می شود، ماهیچه فقط در بال پایینی اجرا شود. نیاز به تعمیر جوش و ورق زیرسری با اجرای ماهیچه در بخش پایینی سازه هایی با سقف کاذب، از بین خواهد رفت. در صورت عدم اطمینان از جوش ورق روسری به ستون می توان ماهیچه را در بالا نیز تعبیه کرد.
مقاوم سازی اتصالات فولادی با پیش تنیدگی خارجی:
یکی از روش های جدید برای مقاوم سازی اتصلات فولادی استفاده از روش پیش تنیدگی خارجی است. در این روش اتصالات فولادی با استفاده از کابل های کششی مقاوم شده و سختی و شکل پذیری اتصالات را به میزان قابل توجهی افزایش می دهند. برای تقویت اتصلات فولادی، در بیشتر مواقع کابل های فولادی را در بخش میانی تیر نصب می کنند. برای جلوگیری از بروز مشکل در عملکرد کابل به دلیل از بین رفتن یکی از کابل ها، توصیه می شود عملیات مقاوم سازی اتصالات فولادی به روش پیش تنیدگی خارجی را با چهار عدد کابل انجام داد. البته لازم به ذکر است که استفاده از این روش معایبی همچون تسلیم شدن کابل ها یا کمانش موضعی تیرها را به همراه خواهد داشت.
مزایای مقاوم سازی اتصالات فولادی با پیش تنیدگی خارجی:
استفاده از روش پیش تنیدگی خارجی جهت مقاوم سازی اتصلات فولادی مزایایی به همراه دارد. این مزایا عبارتند از:
-جلوگیری از افزایش آسیب های وارد به سازه یا حذف آن ها
-امکان برگشت سازه به حالت ابتدایی پس از تغییرات ایجاد شده در آن به دلیل نیروهای ناشی از زلزله
-ایجاد میرایی اضافی برای ساختمان ها
-یکسان سازی عملکرد غیرخطی سازه