اتصال خورجيني، مشكل صنعت ساختمان كشور

اتصال خورجيني متداول ترين شكل اتصال در ساختمان هاي اسكلت فلزي در ايران است؛ مبدع اين اتصال ايرانيان هستند و در هيچ كجا شناخته شده نيست! نحوه اجراي اتصال خورجيني بدين طريق است كه تيرهاي باربر از طرفين ستون ها به طور يكسره عبور داده مي شوند و روي نبشي هايي كه در طرفين ستون نصب شده اند قرار مي گيرند و معمولا در بالاي هر تير هم يك نبشي قرار مي دهند، لذا اتصال خورجيني تامين كننده نشيمن براي عبور يك جفت تير سرتاسري از طرفين ستون است.

اتصال خورجيني كاربرد گسترده اي در ايران دارد كه علت آن عمدتا سادگي اجرا، كاهش هزينه، كم كردن نيمرخ بال پهن و شماره هاي بالاي نيمرخ IPE است. به طور كلي ساختمان هاي فولادي به دليل نرمي و انعطاف پذيري از پايداري خوبي در برابر نيروهاي ناشي از زلزله برخوردارند، اما متاسفانه در زلزله هاي خرداد ماه 69 منجيل و رودبار و زلزله اخير بم برخلاف انتظار، شديدا آسيب ديدند و خسارات جبران ناپذيري را به بار آوردند.

علت اين امر را بايد عمدتا در كيفيت اتصالات جست. ضابطه اصلي طرح اتصالات در نقاط زلزله خيز قابليت انتقال لنگر براي سازه هايي است كه فاقد بادبند يا ديوار برشي بتن آرمه اند؛ در حالي كه اتصالات خورجيني از سوي هيچ كدام از آيين نامه هاي موجود به عنوان اتصالات گيردار شناخته نشده اند.

يكي از اجزاي كليدي دراتصال خورجيني، نبشي هاي بالا و پايين اتصال است. تيرهاي اصلي قاب ها كه به صورت يكسره از كنار ستون ها عبور كرده اند روي نبشي هاي نشيمن سوار مي شوند و معمولا از يك نبشي اتصال كوچك نيز براي اتصال بال فوقاني تير به ستون استفاده مي شود كه مقداري گيرداري در اتصال به وجود مي آورد. نبشي تحتاني پهن تر از پهناي بال تير I شكلي كه بر روي آن قرار می گيرد، انتخاب مي شود و اين عمل به خاطر فراهم آوردن سطحي كه بتوان تير را به نبشي جوش داد، ايجاد مي شود.

نبشي هاي تحتاني وقتي كه ستون ها به صورت خوابيده بر روي زمين آماده سازي مي شوند در محل هاي خود جوش مي شوند و پس از ساخت ستون ها و گذاردن تيرها بر روي نبشي هاي تحتاني، بال تير I شكل به نبشي تحتاني به صورت تخت جوش شده و سپس با استفاده از نبشي هاي كوچكتري كه طول بال آنها از پهناي بال تيرI شكل كوتاه تر است در قسمت فوقاني تير I شكل اتصال ديگري ايجاد مي شود مجددا كيفيت جوش اين نبشي از نوع تخت بوده، ولي دقت كافي در انجام آن صورت نمي پذيرد. نبشي بالا دو جوش به تير و ستون دارد. جوش به ستون به دليل آنكه سربالا انجام مي شود اصلا مرغوب نيست و اين جوش شره اي با كيفيت پايين تري اجرا مي شود.

از آنجا كه اصل است كه جوش بايد مقاوم تر از فولاد مادر باشد لذا اگر نيروي جانبي وارد شود بايد فولاد پاره شود نه جوش و از آنجايي كه جوش ها متاسفانه هميشه ضعيف تر از فولاد عمل مي كنند در نتيجه اتصال خورجيني براي سازه جوش مناسب نيست. نبشي هاي بالا وپايين معمولا حكم عاملي جهت نگهداري تير بر جاي خود را دارد و به رغم اينكه اندازه و طول نبشي، ضخامت و طول جوش عوامل اصلي در تعيين رفتار بهينه اتصال در هنگام زمين لرزه هستند، اما در طراحي اين اتصال بدون رعايت ضوابط علمي جوش اجراي اسكلت انجام مي پذيرد.

اتصال خورجيني در برابر بارهاي قائم با اتصالات صلب برابري مي كند، اما در برابر نيروهاي جانبي بيشترين نيرو به اتصال به صورت پيچشي است كه اين نيرو مي بايست از شاه تير به نبشي و از نبشي به ستون وارد شود و بنابراين دو واسطه در انتقال نيرو وجود دارد و از آنجا كه نبشي با جوش هاي غيراستاندارد به ستون متصل شده است، لذا واسطه اي ضعيف است و در اثر زلزله يا ساير نيروهاي جانبي سقف پايين مي آيد! در خرابي هاي زلزله هاي گيلان و بم در اكثر موارد تير و نبشي پايين آمده است كه نشان مي دهد نبشي ضعيف بوده است.

قاب با اتصال خورجيني تنها بايستي براي بارهاي قائم طراحي شوند. اين اتصال در مقابل بارهاي جانبي عملكرد خوبي نداشته و تنها براي تحمل بارهاي قائم مناسب هستند و بارهاي جانبي را بايستي سيستم هاي ديگري چون بادبندها تحمل كنند. اگر چه اتصال بادبند نيز خود با مشكلاتي همراه است چرا كه به دليل فاصله بين تيرهاي متصل به ستون، چنانچه بادبند در آكس ستون ها قرار گيرد، نمي تواند به تيرها متصل شود و چنانچه به يكي از تيرهاي اصلي اتصال خورجيني نصب شوند آنگاه بادبند در آكس ستون واقع نمي شود.

يكي ديگر از مشكلات اتصال خورجيني هنگامي بروز مي كند كه تيرها در دو طرف، دهانه هاي نامساوي را پوشش دهند، در اين صورت دهانه هاي نامساوي عكس العمل هاي نامساوي را در برابر بارهاي وارده نشان خواهند داد و افزايش لنگرها را موجب مي شوند. عدم اتصال تيرها به هم و نامساوي بودن دو دهانه اطراف باعث مي شود كه نتوانند با هم كار كنند.

منبع : همشهری

توضیحات کلی در مورد انواع اتصالات در ساختمانهای فلزی

جهت وصل کردن یک یا چند قطعه در ساختمانهای فولادی نیاز به یک قطعه رابطی می باشد که دو قطعه بتوانند توسط جوش به هم متصل شوند که این قطعه رابط همان انواع اتصالات است .

انواع اتصالات در ساختمانهای فلزی به شرح زیر است :

1- انواع اتصالات تیر به ستون .

2- انواع اتصالات پای ستون .

3- اتصال دو تیرآهن به هم و تولید ستون یا تیر دوبل .

4- اتصالات بادبندها به ستونها وتیرها .

حال به توضیح تک تک اتصالات فوق می پردازیم .

1-انواع اتصالات تیربه ستون :

اتصال تیر به ستون معمولا به دو صورت است یا به صورت صلب و گیردار هستند ویا به صورت مفصلی اند .هر کدام از حالتهای مذکور نیزچند قسمت دارند که شامل موارد زیر می باشد .

الف ) اتصال صلب با جفت صفحه موازی .

ب ) اتصال صلب با جفت سپری .

ج ) اتصال صلب با صفحه انتهایی روی ستون .

اتصالات صلب در مواردی به کار می روند که از جانب تیر یا ستون در سر گره ها ممان جذب شود . اتصال صلبی که امروزه در کشور اجراء می گردد و به صورت کامل اجراء نمی شود اتصال صلب با جفت صفحه موازی است . در اتصال صلب باید جوش به صورتی باشد که قطعه کاملا گیردار باشد و جای هیچ گونه حرکتی وجود نداشته باشدیعنی دور تا دور قطعه جوش شود .

اتصالات مفصلی هم معملا در همه ساختمانها در یک طرف سازه بکار می روند که این اتصال بسیار ساده است وفقط جهت اتصال دو قطعه بکار می رود وممانی تحمل نمی کند . در این اتصال تغییر شکل وجود دارد در حالی که در اتصال مفصلی هیچ گونه تغییر شکلی نداریم . نحوه جوش دادن اتصالات مفصلی به این صورت است که(در مورد نبشی ها ) فقط بر بالایی و پائینی جوش می شود و بقیه قسمت ها نباید جوش شود .

انواع اتصالات مفصلی رایج عبارتند از :

الف ) اتصال ساده نشسته ( نبشی نشیمن ) .

ب ) اتصال به وسیله صفحه نشیمن ولچکی .

ج ) اتصال به وسیله صفحه نشیمن و صفحه برشگیر ( تیغه ) .

آنچه که امروزه اجراء می شود اتصال ساده نشسته و اتصال با صفحه نشیمن ولچکی است .

اتصالات ساختمان ابوحامد به این صورت است که در جهت صلب اتصال با جفت صفحه موازی است ودر جهت مفصلی اتصال به وسیله نبشی نشیمن ولچکی انجام می شود .

خصوصیت اصلی اتصال مفصلی این است که زاویه بین تیر و ستون بتواند تغییر کند و خصوصیت اصلی اتصال صلب این است که زاویه بین تیر وستون نتواند تغییر کند .

در اتصال ساده نشسته – نبشی هایی که در بالا می گذارند فقط برای ایجاد تعادل است و نقش باربری ندارد و حداقل نمره آن 6 خواهد بود .

2- انواع اتصالات پای ستون :

اتصالات پای ستون نیز مانند سایر اتصالات هم صلب و هم مفصلی دارند . که در اتصال صلب از سخت کننده استفاده می شود ودر اتصال مفصلی از نبشی ها ولچکی ها استفاده میشود .اتصال صلب را در جهتی می گذاریم که ممان داریم و اتصال مفصلی را نیز در جهتی می گذاریم که ممان نداریم . جوش اتصال پای ستون نیز باید شرایط دو اتصال صلب و مفصلی را تامین کند .

3- اتصال دو تیرآهن به هم :

برای تولید ستون دوبل یا تیر دوبل لازم است که دو تیرآهن را به هم توسط بست یا پلیت متصل کرد ونیز برای طویل کردن ستونها نیز باید بین تیرآهن ها اتصال وجود داشته باشد( چون طول شاخه های تیرآهن12 متر است).

4- اتصالات بادبند ها به تیر و ستونها :

معمولا بادبندها توسط یک صفحه فلزی که از قبل در محل تقاطع تیر به ستون جوش داده شده است به ستونها وتیرها متصل میشوند .این صفحات که تحت فشار وکشش هستند باید برای هر دو عامل طرح شوند وبادبند هایی که روی این صفحات قرار می گیرند باید به طور کامل جوش داده شوند .

بعضی وقت ها در وسط نیز صفحه می گذارند . چون بادبندها نمی توانند از روی هم عبور کنند در وسط قطع می شوند وبه صفحه وسط کاملا جوش داده می شوند وادامه می یابند . همانطور که قبلا ذکر شد بادبند های این ساختمان ناودانی تک ودبل می باشد که بوسیله صفحات تقویت به تیر و ستونها متصل شده اند .

وبلاگ معين عمران

مزایا و معایب ساختمانهای فلزی

احداث ساختمان بمنظور رفع احتیاج انسانها صورت گرفته و مهندسین، معماران مسئولیت تهیه اشکال و اجراء مناسب بنا را برعهده دارند؛ محور اصلی مسئولیت عبارت است از:

الف ) ایمنی ب ) زیبائی ج) اقتصاد

با توجه به اینکه ساختمان های احداثی در کشور ما اکثرا" بصورت فلزی یا بتنی بوده و ساختمانهای بنایی غیر مسلح با محدودیت خاص طبق آئین نامه 2800 زلزله ایران ساخته میشود، آشنایی با مزایا و معایب ساختمانها می تواند درتصمیم گیری مالکین ، مهندسین نقش اساسی داشته باشد.

مزایای ساختمان فلزی:

مقاومت زیاد: مقاومت قطعات فلزی زیاد بوده و نسبت مقاومت به وزن از مصالح بتن بزرگتر است ، به این علت در دهانه های بزرگ سوله ها و ساختمان های مرتفع ، ساختمانهائی که برزمینهای سست قرارمیگیرند ، حائز اهمیت فراوان میباشد .

خواص یکنواخت : فلز در کارخانجات بزرگ تحت نظارت دقیق تهیه میشود ، یکنواخت بودن خواص آن میتوان اطمینان کرد و خواص آن بر خلاف بتن با عوامل خارجی تحت تاثیر قرار نمی گیرد ، اطمینان در یکنواختی خواص مصالح در انتخاب ضریب اطمینان کوچک مؤثر است که خود صرفه جو یی در مصرف مصالح را باعث میشود .

دوام : دوام فولاد بسیار خوب است ، ساختمانهای فلزی که در نگهداری آنها دقت گردد . برای مدت طولانی قابل بهره برداری خواهند بود .

خواص ارتجاعی : خواص مفروض ارتجاعی فولاد با تقریبی بسیار خوبی مصداق عملی دارد . فولاد تا تنشهای بزرگی از قانون هوک بخوبی پیروی مینماید . مثلآ ممان اینرسی یک مقطع فولادی را میتوان با اطمینان در محاسبه وارد نمود . حال اینکه در مورد مقطع بتنی ارقام مربوطه چندان معین و قابل اطمینان نمی باشد .

شکل پذیری : از خاصیت مثبت مصالح فلزی شکل پذیری ان است که قادرند تمرکز تنش را که در واقع علت شروع خرابی است ونیروی دینامیکی و ضربه ای را تحمل نماید ،در حالیکه مصالح بتن ترد و شکننده در مقابل این نیروها فوق العاده ضعیف اند. یکی از عواملی که در هنگام خرابی ،عضو خود خبر داده و ازخرابی ناگهانی وخطرات ان جلوگیری میکند.

پیوستگی مصالح : قطعات فلزی با توجه به مواد متشکله آن پیوسته و همگن می باشد و ولی در قطعات بتنی صدمات وارده در هر زلزله به پوشش بتنی روی سلاح میلگرد وارد میگردد ، ترکهائی که در پوشش بتن پدید می آید ، قابل کنترل نبوده و احتمالا" ساختمان در پس لرزه یا زلزله بعدی ضعف بیشتر داشته و تخریب شود .

مقاومت متعادل مصالح،مقاومت : مصالح فلزی در کشش و فشار یکسان و در برش نیز خوب و نزدیک به کشش و فشار است .در تغییر وضع بارها، نیروی وارده فشاری ، کششی قابل تعویض بوده و همچنین مقاطعی که در بار گذاری عادی تنش برشی در انها کوچک است ، در بارهای پیش بینی شده ،تحت اثر پیچش و در نتیجه برش ناشی از ان قرار میگیرند. در ساختمانهای بتنی مسلح مقاومت بتن در فشار خوب ، ولی در کشش و یا برش کم است. پس در صورتی که مناطقی احتمالا تحت نیروی کششی قرار گرفته و مسلح نشده باشد تولید ترک و خرابی مینماید.

انفجار : در ساختمانهای بارهای وارده توسط اسکلت ساختمان تحمل شده ، از قطعات پرکننده مانند تیغه ها و دیواره ها استفاده نمی شود . نیروی تخریبی انفجار سطوح حائل را از اسکلت جدا می کند و انرژی مخرب آشکار میشود ، ولی ساختمان کلا" ویران نخواهد گردید . در ساختمانهایی بتن مسلح خرابی دیوارها باعث ویرانی ساختمان خواهد شد .

تقویت پذیری و امکان مقاوم سازی : اعضاء ضعیف ساختمان فلزی را در اثر محاسبات اشتباه ، تغییر مقررات و ضوابط ، اجراء و .... میتوان با جوش یا پرچ یا پیچ کردن قطعات جدید ، تقویت نمود و یا قسمت یا دهانه هائی اضافه کرد .

شرایط آسان ساخت و نصب : تهیه قطعات فلزی در کارخانجات و نصب آن در موقعیت ، شرایط جوی متفاوت با تمهيدات لازم قابل اجراء است .

سرعت نصب : سرعت نصب قطعات فلزی نسبت به اجراء قطعات بتنی مدت زمان کمتری می طلبد .

پرت مصالح : با توجه به تهیه قطعات از کارخانجات ، پرت مصالح نسبت به تهیه و بکارگیری بتن کمتر است .

وزن کم : ‌میانگین وزن ساختمان فولادی را می توان بین 245 تا 390 کیلوگرم بر مترمربع و یا بین 80 تا 128 کیلوگرم بر مترمکعب تخمین زد ، درحالی که در ساختمانهای بتن مسلح این ارقام به ترتیب بین 480 تا 780 کیلوگرم برمترمربع یا 160 تا 250 کیلوگرم برمترمکعب می باشد .

اشغال فضا :‌ در دو ساختمان مساوی از نظر ارتفاع و ابعاد ، ستون و تیرهای ساختمانهای فلزی از نظر ابعاد کوچکتر از ساختمانهای بتنی میباشد ، سطح اشغال یا فضا مرده در ساختمانهای بتنی بیشتر ایجاد میشود .

ضریب نیروی لرزه ای : حرکت زمین در اثر زلزله موجب اعمال نیروهای درونی در اجزاء ساختمان میشود ، بعبارت دیگر ساختمان برروی زمینی که بصورت تصادفی و غیر همگن در حال ارتعاش است ، بایستی ایستایی داشته و ارتعاش زمین را تحمل کند . در قابهای بتن مسلح که وزن بیشتر دارد ، ضریب نیروی لرزه ای بیشتر از قابهای فلزی است . تجربه نشان میدهد که خسارت وارده برساختمانهای کوتاه و صلب که در زمینهای محکم ساخته شده اند ، زیاد است . درحالیکه در ساختمانهای بلند و انعطاف پذیر ، آنهائی که در زمینهائی نرم ساخته شده اند ، صدمات بیشتری از زلزله دیده اند . بعبارت دیگر در زمینهای نرم که پریود ارتعاش زمین نسبتا" بزرگ است ، ساختمان های کوتاه نتایج بهتری داده اند و برعکس در زمینهای سفت با پریود کوچک ، ساختمان بلند احتمال خرابی کمتر دارند.

عکس العمل ساختمانها در مقابل حرکت زلزله بستگی به مشخصات خود ساختمان از نظر صلبیت و یا انعطاف پذیری آن دارد و مهمترین مشخصه ساختمان در رفتار آن در مقابل زلزله ، پریود طبیعی ارتعاش ساختمان است.

معایب ساختمانهای فلزی:

ضعف در دمای زیاد : مقاومت ساختمان فلزی با افزایش دما نقصان می یابد . اگر دکای اسکلت فلزی از 500 تا 600 درجه سانتی گراد برسد ، تعادل ساختمان به خطر می افتد .

خوردگی و فساد فلز در مقابل عوامل خارجی : قطعات مصرفی در ساختمان فلزی در مقابل عوامل جوی خورده شده و از ابعاد آن کاسته میشود و مخارج نگهداری و محافظت زیاد است .

تمایل قطعات فشاری به کمانش : با توجه به اینکه قطعات فلزی زیاد و ابعاد مصرفی معمولا" کوچک است ، تمایل به کمانش در این قطعات یک نقطه ضعف بحساب می رسد .

جوش نامناسب : در ساختمانهای فلزی اتصال قطعات به همدیگر با جوش ، پرچ ، پیچ صورت میگیرد . استفاده از پیچ و مهره وتهیه ، ساخت قطعات در کارخانجات اقتصادی ترین ، فنی ترین کار می باشد که در کشور ما برای ساختمانهای متداول چنین امکاناتی مهیا نیست . اتصال با جوش بعلت عدم مهارت جوشکاران ، استفاده از ماشین آلات قدیمی ، عدم کنترل دقیق توسط مهندسین ناظر ، گران بودن هزینه آزمایش جوش و .... بزرگترين ضعف میباشد.

تجربه ثابت کرده است که سوله های ساخته شده در کارخانجات درصورت رعایت مشخصات فنی و استاندارد ، این عیب را نداشته و دارای مقاومت سازه ای بهتر در برابر بارهای وارده و نیروی زلزله است.

منابع:

1- بتن و بتن فولادی ، دکتر شمس الدین مجابی

2- رفتار و طرح لرزه ای ساختمانهای بتن مسلح و فلزی ، عباس تسنیمی

3- طرح و محاسبات ایستائی – آرگ مگردیچیان

4- آئین نامه 2800 و بتن ایران

5- سازه های فلزی ، شاپور طاحونی

مهندس حسین اصلانی (نقل از سایت همکلاسی)

خطاهاى جوشكارى اتصالات در ساختمانهاى فولادى

1- مقدمه

با وجود تجربه تلفات و خسارات سنگين زلزله هاى اخير مانند زلزله هاى منجيل و بم (تصوير 1)، احتمال جدى وقوع زمين لرزه هاى بزرگ در بيشتر مناطق پر جمعيت كشور و نياز جدى به اعمال كنترل كيفى در طراحي و اجراي ساختمانها، متاسفانه هنوز توجه كافي به ساخت و ساز صحيح نشده است . از نظر علم مهندسى زلزله ، در حال حاضر ساخت بناهاي مقاوم در برابر زلزله امكان پذير است ، ليكن عملا به دليل يكسري مشكلات اجرائي رسيدن به ساختمانهاي مقاوم تضمين نمي گردد

شكل 1) تخريب شديد يك ساختمان فولادي در زمين لرزه بم به علت وجود طبقات نرم در امتداد نيروى جانبي زلزله .

مشكل اصلي آسيب پذيرى لرزه اي ساختمانها حتي نمونه هاي جديد الاحداث در ايران ، عدم استفاده صحيح از دانش فني در مراحل طراحي و اجرا مي باشد. دستورالعملهاي اتصالات جوشكاري شده و ضوابط طراحي ساختمانهاي فولادي، گاهي در طراحي و اجرا سهل انگاري ميشود. لذا بايستي سطح معلومات فني اين افراد افزايش يافته و نيز مكانيزمي براى اعمال قاطعيت اجرايي و كنترل امر در نظر گرفته شود و البته طوري كه حقوق مهندس ناظر حفظ شده و مسئوليتها به درستي تقسيم گردد.

ساختمانهاي فولادي بخش قابل توجهي از ساخت و ساز در ايران را تشكيل ميدهند و يكي از مهمترين موضوعات در هر ساختمان فولادي، كنترل جوشكاري آن ميباشد (تصاوير 2و 3). اهميت اين امر در زلزله هاي اخير نتمان داده شده است كه خسارات اساسي پس از بريدن جوش اتصال عضو سازه اي مديد ميآيد(شكل 4).

شكل 2) عمده ساختمانهاي بلند در تهران با اسكلت فولادي و اتصالات گيردار اجرا ميشوند كه نياز به تامين شرايط ويژه كنترل كيفي جوش دارند

شكل 3) ضعف جوشكاري اتصالات كه يكي از علل اصلي تخريب يك ساختمان فلزي قديمي در تهران بوده است .

جوشها در همه بخشها بايستي منطبق بر اطلاعات نقشه بوده و از لحاظ بعد و طول جوش (شكل 5) و كنترل كيفيت لازم بررسي گردد. در استاندارد 2800 ، آزمايشات اولتراسونيك و راديوگرافى براى كنترل اتصالات جوشي قابهاي خمشي ويژه اجباري شده است كه البته بسته به تشخيص مهندس ناظر در ساير حالات حتي در ساختمانهاي معمولي نيز بايد انجام گردد. در اين مقاله ، ضمن مروري بر عيبهاي معمول جوشكاري در اجراي ساختمانهاي فولادي، روشهاي بازرسي و كنترل كيفيت جوش ارائه ميگردد.

شكل 4) خسارت لرزه اي وارد بر يك ساختمان فولادي در زلزله بم كه پس از بريدن جوش اتصال عضو مهاربندي پديد آمده است .

شكل 5) جزئيات ضعف طول و كيفيت جوشكاري در يك ستون قوطى و اتصال گيردار تير به ستون ساختمان فلزي.

2. عيبها و ناپيوستگى هاي معمول در جوشكاري

يكي از مهمترين وظايف بازرس يا تيم كنترل كيفي جوش ، ارزيابي حقيقي جوشها به منظور بررسي مناسب بودن آنها در شرايط بهره برداري و در واقع تعيين هر گونه كمبود و نيز نامنظمي در جوش يا قطعه جوشكاري شده كه عموما ناپيوستگى ناميده ميشود ميباشد. در حاليكه يك ناپيوستگى، هر گونه اختلال در ساختار يكنواخت را بيان مي كند، يك عيب ناپيوستگى وپژه است كه مناسب بودن سازه يا قطعه را زير سئوال مي برد. شكل ناپيوستگى را ميتوان به دو گروه كلي خطي و غير خطي تقسيم نمود. ناپيوستگى هاى خطي طولي به مراتب بيش از پهنا دارند. زمانيكه در جهت عمود بر تنش اعمالى قرار گيرند، يك ناپيوستگى خطي نسبت به غير خطي شرايط بحراني تري را ايجاد مي كند، چرا كه احتمال اشاعه و در نهايت تخريب آن بيشتر خواهد بود.

3. ناپيوستگيهاى فلز جوش و فلز پايه

3-1 . تركها

بحراني ترين ناپيوستگى ها، تركها هستند. شرايط اضافه بار باعث ايجاد تركها و تمركز تنش مي شود. يك روش گروه بندي تركها با مشخص كردن آنها به صورت گرم يا سرد است . همچنين تركها را ميتوان توسط جهت آنها نسبت به محور طولي جوش توصيف نمود. تركهاي طولي بعلت تنشهاي انقباضي عرضي جوشكاري يا تنشهاي سرويس ايجاد مي شوند. تركهاي عرضي عموما به علت اثر تنشهاي انقباضي طولي جوشكاري روي جوش يا فلز پايه با انعطاف پذيرى كم ايجاد مي شوند (شكل 6). انواع مختلف ترك با توصيف دقيق موقعيتهاي اجزا مختلف شامل : تركهاي گلويي، ريشه ، كناره ، چاله جوش ، زير گرده منطقه متاثر از حرارت و فلز پايه هستند.

تركهاي گلويي كه از ميان گلويي جوش يا كوتاهترين مسير در سطح مقطع جوش گسترش مي يابد، از نوع تركهاي طولي بوده و اغلب در طبقه بندي ترك گرم قراردارند.

شكل 6) تركهاي طولي و عرضي در جوشهاي شياري و گوشه تركهاي ريشه در فلز پايه يا در خود جوش نيز در زمره تركهاي طولي هستند. تركهاي كناره جوش در فلز پايه ايجاد شده و در كناره جوش توسعه ما يابند. تركهاي چاله جوش درنقطه پاياني رديفهاي منفرد جوش در صورت عدم مهارت جوشكار ايجاد مي شوند. دسته بعدي تركها، ترك زير جوش به علت حضور هيدرورن است .

اين نوع ترك بجاي فلز جوش در ناحيه تحت تاثير حرارت به موازات خط ذوب واقع هستند.

3-2. ذوب و نفوذ ناقص

طبق تعريف ، ذوب ناقص يك ناپيوستگى در جوش است كه ذوب شدن بين فلز جوش و سطوح ذوب و يا لايه هاي جوش رخ نداده باشد. بعلت خطي بودن و انتهاي نسبتا تيز آن ، ذوب ناقص از ناپيوستگى هاي بارز در جوش است و در وضعيتهاي مختلف در منطقه جوش تشكيل مي شود. نفوذ ناقص معرف حالتي است كه فلز جوش به طور كامل در سراسر ضخامت ورق گسترده نشده باشد. موقعيت اين عيب در مجاورت ريشه جوش است . ذوب و نفوذ ناكافي به علت عدم مهارت جوشكار، شكل نامناسب اتصال يا آلودگي اضافي ايجاد مي شود.

3-3. سرباره هاي محبوس شده

مناطقي در سطح مقطع يا در سطح جوش هستند كه سرباره محافظ حوضچه جوش به طور مكانيكي درون فلز منجمد شده محبوس ميشود. اين سرباره منجمد شده بخشي از مقطع جوش را نمايش مي دهد كه فلز جوش بخوبي ذوب نمي شود. اين پديده خود سبب ايجاد بخشى ضعيف در نمونه خواهد شد. در حقيقت سرباره هاي محبوس شده اغلب در ارتباط با ذوب ناقص هستند.

3-4. تخلخل

اين نوع ناپيوستگي در خلال انجماد جوش در اثر حبس گاز ايجاد مي شود. بنابراين تخلخل را بسادگى ميتوان ، حفره هاي گاز درون فلز جوش منجمد شده دانست . به علت طبيعت كروى شكل آنها، تخلخل كمترين خطر را در ميان ديگر ناپيوستگي ها داراست ولي در زمانيكه جوش بايد تحمل فشارهاي بالا را داشته باشد حضور تخلخل خطرناك خواهد بود. منابع مختلفي براى حضور رطوبت يا آلودگى وجود دارد كه ميتوان الكترود فلز پايه ، گاز محافظ يا محيط اطراف را در اين ميان نام برد، تغيير در تكنيك جوشكاري نيز مي تواند سبب ايجاد تخلخل شود.

3-5. بريدگي كنار جوش

بريدگي كنار جوش يك ناپيوستگي سطحي است كه در فلز پايه مجاور فلز جوش رخ ميدهد. در شرايطي عيب را داريم كه فلز پايه شسته شده ولي با فلزي پر كننده جبران نمي شود. نتيجه ، ايجاد يك شيار خطي با شكلي نسبتا تيز است كه در فلز پايه تشكيل مي شود. اين عيب بعلت سطحي بودن ماهيت آن براى بارگذاري خستگي خطرناك است . بريدگي كنار جوش عموما به علت تكنيك جوشكاري نامناسب ايجاد مي گردد، به ويژه اگر سرعت حركت جوش زياد باشد. علاوه بر اين اگر گرماي جوشكاري بسيار بالا باشد مي تواند سبب ذوب شدن بيش از حد فلز پايه گردد.

3-6 . پرشدن ناقص

اين مورد مشابه بريدگي كنار جوش ، يك ناپيوستگي سطحي است كه به علت كمبود ماده در مقطع عرضي ايجاد ميشود. تنها تفاوت در اين ميان اين است كه پرشدن ناقص در فلز جوش ولي بريدگي كنار جوش در فلز پايه يافت مي شود. به بيان ساده ، پرشدن ناقص ، زماني رخ مي دهد كه فلز پر كننده به اندازه كافي براى پركردن اتصال جوش در دسترس نباشد (شكل 7). مشابه بريدگي كنار جوش ، پرشدن ناقص نيز هم در سطح رويى و هم در ريشه جوش ظاهر مي شود. دليل اوليه پرشدن ناقص ، تكنيك غلط جوشكاري است . مثلا سرعت زياد جوشكاري اجازه پرشدن اتصال و هم سطح شدن آن با فلز را نمي دهد.

شكل7 پر شدن ناقص در فلز جوش .

3-7. سررفتن

نوع ديگر ناپيوستگي سطحي جوش كه از تكنيك نامناسب جوشكاري (سرعت جوشكاري خيلي آرام ) ناشي مي شود، سررفتن است كه در آن ، فلز جوش روى فلز پايه مجاورش سر ميرود و دركناره جوش ، شيارى تيز را ايجاد مي نمايد. به علاوه اگر مقدار سررفتن به اندازه كافي زياد باشد مي تواند تركي را كه از اين تمركز تنش ايجاد مي شود را مخفي نمايد.

3-8. تحدب بيش از حد

اين ناپيوستگي مختص جوشهاي گوشه است و طبق تعريف تحدب عبارت از حداكثر فاصله از رويه محدب يك جوش گوشه تا خط واصل بين كناره هاي جوش است . از نقطه نظر استحكام مقدار تحدب در جوش گوشه ضروري است ولي اگر از حدي بيشتر باشد، به عنوان يك عيب تلقي مي شود. اين مطلب هم از نقطه نظر اقتصادي (مصرف فلز پركننده بيشتر) و هم از نظر حضور مناطق تيز اطراف جوش به خصوص در بارگذارى خستگى مطرح مي شود. دليل ايجاد تحدب ، آرام بودن سرعت جوشكاري يا تكنيك ناصحيح جوشكاري است .

3-9. لكه قوس و پاشش

لكه هاي قوس در نتيجه شروع قوس عمداً يا تصادفي روي سطح فلز پايه دور از اتصال به وجود ميآيند. در اثر اين رخداد، منطقه اي متمركز شده از سطح فلز پايه ذوب شده و سريعاً سرد و شكننده مي شود. پاشش همان ذرات فلزي پراكنده ناشي از جريان بالاي جوشكاري هستند كه در تشكيل جوش نقشي ندارند. از نقطه نظر بحراني بودن ، پاشش ممكن است زياد مهم تلقي نشود، ولي در هر حال مقادير زياد پاشش ميتوانند گرماى موضعي زيادي را به سطح فلز مشابه با اثر لكه قوس ايجاد كنند و حتي سبب تشكيل ناحيه تحت تاثير حرارت شوند.

3-10. اعوجاج

خميدگى يا اعوجاج از مشكلات مهم جوشكاري است كه بايد برطرف گردد. اين مسئله در اثر انقباض كه به هنگام كرم و سرد شدن پس از عمليات جوشكاري در فلز پايه و جوش بوجود ميآيد، شكل مي گيرد. براى كنترل اعوجاج بايد شرايط لازم براى جوشكاري شامل كنترل قبل ، حين و بعد از جوشكاري تامين گردد.

3-11 . تورق و پارگى سراسري

اين ناپيوستگي ويژه مربوط به فلز پايه است . تورق در اثر حضور آلودگى و ناخالصى غير فلزي موجود درزمان توليد فولاد ايجاد مي شود. اين ناخالصي ها به طور طبيعي اكسيدي هستند كه در زمانيكه فولاد هنوز مذاب است تشكيل شده و در خلال عمليات بعدى نورد كشيده شده و موجب تورق مي شوند. نوع ديگر ناپيوستگي مربوط به پارگي سراسري است و زماني رخ مي دهد كه در جهت تمام ضخامت در اثر جوشكارى تنشهاى انقباضى بزرگى ايجاد شده باشد. پارگي عموما موازى سطح نورد شده زير فلز پايه و معمولآ موازى مرز ذوب جوش رخ مي دهد. پارگي سراسرى يك ناپيوستگي است كه مستقيما به طرز قرار گيرى اتصال مرتبط مي شود.

12.3. جابجا شدن و ناپيوستگي هاى ابعادى

در اثر سواركردن و مونتاژ غلط اجزاى مورد جوش در كنار يكديگر، جابجايى بصورت هم محور نبودن دو سطح قطعه كار در جوشهاي لب به لب است كه در مواردى با برشكارى رفع مي شود، اما در بيشتر مواقع بايد جوش را بريده و مجددا عمليات جوشكاري بادقت تكرار شود. ناپيوستگي هاى ابعادى، نقائص شكل يا ابعاد هستند و هم درجوش و هم در سازه جوش شده بروز مى كنند.

4. آزمايشهاي جوش

4-1. ارزيابى جوشكار

آزمونى كه صلاحيت جوشكار را براى اجراى ضوابط آيين نامه اى تاييد مي كند، آزمايش تشخيص صلاحيت يا ارزيابى جوشكار و يا آزمون كيفيت اجرا خوانده مي شود. اين ارزيابى مشخص مي كند كه ايا جوشكار دانش و مهارت لازم را در بكارگيرى و اعمال دستورالعمل جوشكارى مدود در رابطه با رده بندى كارى خود دارد ياخير. ارزيابى جوشكار ممكن است با تجهيزات جوشكارى دستى و يا با تجهيزات جوشكارى تمام اتوماتيك انجام شود.

روشهاى آزمايشى كه كيفيت يك جوش را تعيين مي كند، در سه طبقه بندى بسيار وسيع قرار مي گيرد. 1-آزمايش هاى غير مخرب ، 2- آزمايشهاى مخرب و 3- بازرسى عينى .

4-2. آزمايشهاى غير مخرب

هدف از اين آزمايشها، بازرسى و تشخيص عيوب مختلف جوش (سطحى وعميق ) و تاييد آن مي باشد، بدون اينكه قطعه جوش داده شده غير قابل استفاده شود. اگر آزمايش نشان دهد كه محلي از جوش معيوب است مي توان از طرفين محل مذكور به اندازه لازم برداشته و با جوش مجدد اتصال كاملي را به دست آورد .

4-2-1. آزمون ذرات مغناطيسى

آزمون ذرات مغناطيسى يكى از آسانترين آزمايشهاى غير مخرب جوشكارى است . اين روش جوش را براى معايبى از قبيل تركهاى سطحى، ذوب ناقص ، تخلخل ، بريدگى كنار جوش ، نفوذ ناقص ريشه جوش و اختلاط سرباره كنترل مي كند. اين آزمايش محل تركهاى داخلى و سطحى بسيار ريز را براى رويت با حشم غير مسلح آشكار ميكند. قطعه مورد آزمايش با استفاده از جريان الكتريكى، يا قراردادن آن در داخل يك سيم پيچ مغناطيسى مي گردد. سطح مغناطيسى شده قطعه با لايه نازكى از يك گرد مغناطيسى نظير اكسيد آهن قرمز پوشده مي شود و اين لايه گرد در صورت وجود يك عيب سطحى يا داخلى در داخل حفره يا ترك مربوطه فرو مي رود.

4-2-2. بازرسى با مواد نافذ

بازرسى با مواد نافذ يكى از شيوه هاى غير مخرب براى محل يابى معايب سطحى مي باشد. سطح مورد بازرسى بايد ابتدا از لكه هاى روغن ، گريس و مواد ناخالص و خارجى تميز شود. سپس ماده رنگى مورد نظر بر روى سطح پاشيده شده و در داخل تركها و ساير ناهمواريهاى نفوذ مي كند. رنگ اضافى از روى سطح پاك شده و سپس يك ماده فوق العاده فرار حاوى ذرات ريز سفيد رنگ بر روى سطح پاشيده مي شود. تبخير مايع فرار باعث برجاى ماندن گرد خشك سفيد رنگ بر روى ماده قرمز نفوذ كرده در ترك مي گردد و بر اثر عمل مويينگى، ماده قرمز از ترك بيرون كشيده شده و پودر سفيد كاملا قرمز مي شود.

4-2-3. آزمون فراصوتى

آزمون فراصوتى قادر به تشخيص معايب داخلى بدون نياز به تخريب قطعه جوش شده مي باشد. موج هاى فراصوتى از داخل قطعه مورد آزمايش عبور داده مي شوند و با هرگونه تغيير درتراكم داخلى قطعه منعكس مي شوند. امواج منعكس شده (پژواك ها) به صورت برجستگى هايى نسبت به خط مبنا، بر روى صفحه نمايش دستگاه ظاهر مي شوند. هنگامى كه عيب يا ترك داخلى توسط واحد جست و جو پيدا شود توليد ضربان سومي مي كند كه بين ضربان اول و دوم بر روى صفحه نمايش ثبت مي شود (شكل 8). بنابراين مشخص مي شود كه اين عيب بين سطوح بالاو بايين مصالح (در داخل جسم مصالح ) مي باشد.

شكل 8) آزمون فراصوتى براى تشخيص معايب سطحى و نواقص داخلى فلز جوش و فلز پايه .

4-2-4. آزمايش پرتونگاري

پرتونگاري يكى از روشهاى آزمايش غير مخرب است كه نوع و محل عيوب داخلى و بسيار ريز جوش را نشان ميدهد. پرتو راديويى در ضخامت فلز نفوذ كرده و پس از عبور اين ضخامت لكه اى بر روى صفحه فيلم ايجاد مي كند. ميزان جذب پرتوهاى راديويى توسط مواد مختلف متفاوت است . نفوذ گل ، حفره كازى، تركها، بريدگى هاى كناره جوش و قسمتهاى نفوذ ناقص جوش تراكم كمترى نسبت به فولاد سالم دارند. بنابراين در حوالى اين قسمتها پرتو بيشترى به سطح فيلم مي رسد و عيوب فلز جوش ، به صورت لكه هاى تاريكى بر روى فيلم ثبت مي شوند.

4-3. آزمايشهاي مخرب

اين آزمايشهاى مكانيكى نمونه جوش شده جهت تعيين مقاومت و ساير خواص مكانيكى، نسبتا ارزان قيمت بسيار كاربردى هستند. به همين جهت در سطح وسيعى براى ارزيابى و تاييد دستوالعمل جوشكارى و صلاحيت جوشكار به كار مي روند.

5. نتيجه گيرى

ساختمانهاى فولادى بخش قابل توجهى از ساخت و ساز در ايران را تشكيل مي دهند و يكي از مهمترين موضوعات در هر ساختمان فولادى بويژه از نقطه نظر مقاومت لرزه اى، كنترل جوشكارى آن ميباشد. جوشها در همه بخشها بايستى منطبق بر اطلاعات نقشه بوده و از لحاظ بعد و طول جوش و كنترل كيفيت لازم بررسى گردد. در اين خصوص حتى ممكن است در يك ساختمان فولادى كوچك به انجام آزمايشات غير مخرب (NDT) بر روى جوش نياز باشد. در استاندارد ، 2800، آزمايشات اولتراسونيك و راديوگرافى براى كنترل اتصالات جوشى قابهاى خمشى ويژه اجبارى شده است كه البته بسته به تشخيص مهندس ناظر در ساير حالات نيز انجام ميگيرد.

سید مهدی زهرائی

استفاده از مصالح جديد به جاي فولاد

استفاده از مصالح جديد و به خصوص كامپوزيت‌ها به جاي فولاد در دهة اخير در دنيا به شدت مورد علاقه بوده است. كامپوزيت‌ها از يك مادة چسباننده (اكثراً اپوكسي) و مقدار مناسبي الياف تشكيل يافته است. اين الياف ممكن است از نوع كربن، شيشه، آراميد و ... باشند، كه كامپوزيت حاصله به ترتيب، به نام
AFRP, GFRP, CFRP خوانده مي‌شود. مهمترين حسن كامپوزيت‌ها، مقاومت بسيار عالي آنها در مقابل خوردگي است. به همين دليل كاربرد كامپوزيت‌هاي FRP در بتن‌آرمه به جاي ميلگردهاي فولادي، بسيار مورد توجه قرار گرفته است

لازم به ذكر است كه خوردگي ميلگرد در بتن مسلح به فولاد به عنوان يك مسئلة بسيار جدي تلقي مي‌گردد. تاكنون بسياري از سازه‌هاي بتن‌آرمه در اثر تماس و مجاورت با سولفاتها، كلرورها و ساير عوامل خورنده دچار آسيب جدي گرديده‌اند، چنانچه فولاد به كار رفته در بتن تحت تنش‌هاي بالاتر در شرايط بارهاي سرويس قرار گيرند، اين مسئله به مراتب بحراني‌تر خواهد بود. يك سازة بتن‌آرمة معمولي كه به ميلگردهاي فولادي مسلح است، چنانچه در زمان طولاني در مجاورت عوامل خورنده نظير نمك‌ها، اسيدها و كلرورها قرار مي‌گيرد، قسمتي از مقاومت خود را از دست خواهد داد. به علاوه فولادي كه در داخل بتن زنگ مي‌زند، بر بتن اطراف خود فشار آورده و باعث خرد شدن آن و ريختن پوستة بتن مي‌گردد.

تاكنون تكنيك‌هايي جهت جلوگيري از خوردگي فولاد در بتن‌آرمه توسعه داده شده و به كار رفته است كه در اين ارتباط مي‌توان به پوشش ميلگردها توسط اپوكسي، تزريق پليمر به سطح بتن و يا حفاظت كاتديك اشاره نمود. با اين وجود هر يك از اين روش‌ها تا حدودي و فقط در بعضي از زمينه‌ها موفق بوده‌اند. به همين جهت به منظور حذف كامل خوردگي ميلگردها، توجه محققين و متخصصين بتن‌آرمه به حذف كامل فولاد و جايگزيني آن با مواد مقاوم در مقابل خوردگي معطوف گرديده است. در همين راستا كامپوزيت‌هاي FRP (پلاستيك‌هاي مسلح به الياف) از آنجا كه به شدت در محيط‌هاي نمكي و قليايي در مقابل خوردگي مقاوم هستند، موضوع تحقيقات گسترده‌اي به عنوان يك جانشين مناسب براي فولاد در بتن‌آرمه، به خصوص در سازه‌هاي ساحلي و دريايي گرديده‌اند.

لازم به ذكر است كه اگر چه مزيت اصلي ميلگردهاي از جنس FRP مقاومت آنها در مقابل خوردگي است، با اين وجود خواص ديگر كامپوزيت‌هاي FRP نظير مقاومت كششي بسيار زياد (تا 7 برابر فولاد)، مدول الاستيسيتة قابل قبول، وزن كم ، مقاومت خوب در مقابل خستگي و خزش، عايق بودن در مقابل امواج مغناطيسي و چسبندگي خوب با بتن، مجموعه‌اي از خواص مطلوب را تشكيل مي‌دهد كه به جذابيت كاربرد FRP در بتن‌آرمه افزوده‌اند. اگر چه بعضي از مشكلات نظير مشكلات مربوط به خم كردن آنها و نيز رفتار كاملاً خطي آنها تا نقطة شكست، مشكلاتي از نظر كاربرد آنها فراهم نموده‌اند كه امروزه موضوع تحقيقات گسترده‌‌اي به عنوان يك جانشين مناسب براي فولاد در بتن‌آرمه، به خصوص در سازه‌هاي ساحلي و دريايي گرديده‌اند.

با توجه به آنچه كه ذكر شد ، بسيار به جاست كه در ارتباط با كاربرد كامپوزيت‌هاي FRP در بتن‌ سازه‌هاي ساحلي و دريايي مناطق جنوبي ايران و به خصوص منطقة خليج‌فارس، تحقيقات گسترده‌اي صورت پذيرد. در همين راستا مناسب است كه تحقيقات مناسبي بر انواع كامپوزيت‌هاي FRP (AFRP, CFRP, GFRP) و ميزان مناسب بودن آنها براي سازه‌هاي دريايي كه در منطقة خليج‌فارس احداث شده است، صورت پذيرد. اين تحقيقات شامل پژوهش‌هاي گستردة تئوريك بر رفتار سازه‌هاي بتن‌آرمة متداول در مناطق دريايي (به شرط آنكه با كامپوزيت‌هاي FRP مسلح شده باشند) خواهد بود. در همين ارتباط لازم است كارهاي تجربي مناسبي نيز بر رفتار خمشي، كششي و فشاري قطعات بتن‌آرمة مسلح به كامپوزيت‌هاي FRP صورت پذيرد.

لازم به ذكر است كه چنين تحقيقاتي در 10 سال اخير در دنيا صورت گرفته كه نتيجة اين تحقيقات منجمله آئين‌نامة ACI-440 است كه در چند سال اخير انتشار يافته است. با اين وجود كامپوزيت‌هاي FRP در ايران كماكان ناشناخته باقي مانده است و به خصوص كاربرد آنها در بتن‌آرمه در سازه‌هاي ساحلي و دريايي كاملاً دور از چشم متخصصين و مهندسين ايراني بوده است. تحقيقاتي كه در اين ارتباط صورت خواهد گرفت، مي‌تواند منجر به تهية دستورالعمل و يا حتي آئين‌نامه‌اي جهت كاربرد FRP در بتن‌آرمه به عنوان يك جسم مقاوم در مقابل خوردگي در سازه‌هاي بندري و دريايي ايران گردد. اين حركت مي‌تواند فرهنگ كاربرد اين مادة جديد در بتن‌آرمة ايران را بنيان گذارد و از طرفي منجر به صرفه‌جويي‌ ميلياردها ريال سرمايه‌اي ‌شود كه متأسفانه همه ساله در سازه‌هاي بتن‌آرمة احداث شده در مناطق جنوبي ايران (به خصوص در مناطق بندري و دريايي)، به جهت خوردگي ميلگردها و تخريب و انهدام سازة بتني، به‌هدر مي‌رود.