روش‌های وصله کردن میلگرد

مقدمه

در سازه‌های بتن مسلح، به دلیل محدودیت‌هایی که در طول تولید و حمل میلگرد وجود دارد، ناگزیر در بسیاری از نقاط سازه باید میلگردها به یکدیگر متصل شوند. این اتصال که در اصطلاح مهندسی به آن «وصله میلگرد» گفته می‌شود، نقش بسیار مهمی در انتقال صحیح نیرو و یکپارچگی عملکرد سازه‌ای اعضای بتنی ایفا می‌کند. اهمیت این موضوع به‌ویژه در مناطق با خطر لرزه‌خیزی بالا یا در سازه‌های حساس، دوچندان می‌شود، چرا که نحوه‌ی اتصال میلگردها می‌تواند بر عملکرد لرزه‌ای و ایمنی کلی سازه تأثیرگذار باشد.

به‌طور کلی، چهار روش اصلی برای وصله میلگردها وجود دارد: وصله پوششی، وصله جوشی، وصله مکانیکی و وصله اتکایی. هر یک از این روش‌ها دارای ویژگی‌ها، الزامات اجرایی، مزایا و محدودیت‌های خاص خود هستند و انتخاب روش مناسب، نیازمند بررسی دقیق شرایط پروژه، نوع بارگذاری، محل وصله در سازه و همچنین ملاحظات اقتصادی و اجرایی است.

در بین این چهار روش، وصله پوششی رایج‌ترین و پراستفاده‌ترین نوع اتصال در پروژه‌های ساختمانی محسوب می‌شود. این روش بر اساس همپوشانی دو میلگرد به طول مشخصی (طول مهاری) طراحی می‌شود و اصولاً اجرای آن ساده‌تر از سایر روش‌هاست. با این حال، آیین‌نامه‌ها تنها استفاده از وصله پوششی را برای میلگردهایی با قطر کمتر از یا مساوی ۳۶ میلی‌متر مجاز می‌دانند. در مواردی که از میلگردهای با قطر بالاتر استفاده می‌شود یا در نواحی بحرانی سازه قرار داریم، باید از روش‌های جایگزین استفاده شود.

افزون بر محدودیت فنی، استفاده گسترده از وصله‌های پوششی موجب افزایش قابل توجه مصرف میلگرد در پروژه می‌شود؛ برآوردها نشان می‌دهد که این افزایش می‌تواند به حدود ۲۰ درصد نیز برسد. در شرایطی که قیمت میلگرد یکی از مؤلفه‌های اصلی در هزینه تمام‌شده‌ی سازه به‌شمار می‌رود، این میزان افزایش می‌تواند تأثیر اقتصادی قابل ملاحظه‌ای داشته باشد.

در سوی دیگر، روش وصله جوشی قرار دارد که از نظر انتقال نیرو و یکپارچگی عملکردی، در صورت اجرای صحیح، عملکرد بسیار خوبی دارد. اما این روش نیازمند رعایت استانداردهای دقیق، استفاده از نیروی کار متخصص، تجهیزات مناسب، و همچنین شرایط محیطی مساعد است. بنابراین در بسیاری از پروژه‌های معمول، به‌ویژه در مناطقی با رطوبت بالا یا شرایط محیطی نامساعد، اجرای وصله جوشی با دشواری‌هایی همراه است و کاربرد آن محدود می‌شود.

وصله‌های مکانیکی و اتکایی نیز هر یک دارای جایگاه خاصی در صنعت ساخت‌وساز هستند و با وجود هزینه اولیه بالاتر، در برخی موارد می‌توانند از منظر اقتصادی و فنی گزینه‌ای مناسب‌تر باشند؛ به‌ویژه در سازه‌هایی با تعداد زیاد وصله یا در نقاطی که فضای کافی برای اجرای وصله پوششی وجود ندارد.

در این مقاله، با هدف ارتقاء دانش فنی مهندسان، پیمانکاران و دانشجویان رشته‌های مرتبط، به بررسی جامع و مقایسه‌ای انواع روش‌های اتصال میلگردها در سازه‌های بتن مسلح خواهیم پرداخت. همچنین تلاش خواهیم کرد تا با بررسی دقیق مزایا، معایب، و معیارهای انتخاب هر روش، راهکاری مناسب و علمی برای بهینه‌سازی مصرف مصالح و افزایش کیفیت اجرایی ارائه دهیم.

1. وصله میلگرد چیست؟

در فرآیند ساخت سازه‌های بتن مسلح، به دلایل مختلف از جمله محدودیت در طول تولید، حمل و نقل، یا نیازهای اجرایی در محل پروژه، نمی‌توان از میلگردهایی با طول یکپارچه در تمام بخش‌های سازه استفاده کرد. در نتیجه، در بسیاری از مواقع لازم است دو یا چند میلگرد که در امتداد یکدیگر قرار دارند، به گونه‌ای به هم متصل شوند که بتوانند نیروهای کششی یا فشاری را به‌درستی انتقال دهند و عملکردی یکپارچه و پیوسته از خود نشان دهند. این نوع اتصال در مهندسی عمران با عنوان «وصله میلگرد» شناخته می‌شود.

وصله میلگردها بخش بسیار مهمی از فرآیند آرماتوربندی در سازه‌های بتن مسلح به شمار می‌روند، چرا که اجرای ناصحیح آن‌ها می‌تواند منجر به کاهش ظرفیت باربری عضو بتنی، ایجاد تمرکز تنش، یا حتی گسیختگی در نواحی بحرانی شود. به همین دلیل، اجرای وصله‌ها باید با دقت فراوان و رعایت کامل الزامات آیین‌نامه‌ای و طراحی صورت گیرد.

آیین‌نامه‌های معتبر طراحی سازه‌ها مانند ACI، Eurocode و مقررات ملی ساختمان ایران تأکید می‌کنند که وصله میلگردها تنها باید بر اساس آنچه در نقشه‌های اجرایی و مشخصات فنی پروژه تعیین شده اجرا شوند. این الزام به دلیل حساسیت بالای موضوع بوده و شامل جزئیاتی از قبیل طول وصله، محل مجاز وصله، نوع اتصال، نحوه مهاربندی و پوشش مناسب بتن می‌باشد.

افزون بر جنبه‌های طراحی، از منظر اجرایی نیز توجه به جزئیات اجرای وصله، نظارت صحیح، استفاده از نیروی ماهر و رعایت نکات فنی، نقش تعیین‌کننده‌ای در تضمین کیفیت و دوام سازه ایفا می‌کند. عدم توجه به این موارد ممکن است منجر به بروز ترک، خوردگی میلگرد، یا کاهش طول عمر مفید سازه شود.

در ادامه مقاله، به بررسی دقیق‌تر انواع روش‌های وصله میلگرد، معیارهای انتخاب آن‌ها، مزایا و محدودیت‌های هر روش خواهیم پرداخت تا بتوان درک جامع‌تری از این بخش کلیدی در اجرای سازه‌های بتنی به‌دست آورد.

2. انواع وصله میلگرد

با توجه به شرایط متنوع اجرایی، محدودیت‌های طراحی، نوع سازه و الزامات آیین‌نامه‌ای، روش‌های مختلفی برای اتصال میلگردها در سازه‌های بتن مسلح توسعه یافته‌اند. هر یک از این روش‌ها ویژگی‌ها، مزایا و معایب خاص خود را دارند و انتخاب روش مناسب باید با در نظر گرفتن عوامل متعددی نظیر قطر میلگرد، محل قرارگیری وصله، نوع بارگذاری، شرایط محیطی و میزان مهارت نیروی اجرایی انجام شود.

در مجموع، می‌توان رایج‌ترین و پرکاربردترین روش‌های وصله میلگرد را در چهار دسته اصلی طبقه‌بندی کرد:

1.2. وصله مکانیکی (Mechanical Splice)

در این روش، دو سر میلگرد به‌وسیله قطعات مکانیکی مخصوصی که معمولاً به شکل غلاف یا کوپلر طراحی شده‌اند، به یکدیگر متصل می‌شوند. این قطعات با طراحی مهندسی‌شده، نیروهای کششی و فشاری را از یک میلگرد به میلگرد دیگر منتقل می‌کنند و عملکردی بسیار مطمئن و قابل اعتماد ارائه می‌دهند. از جمله مزایای این روش می‌توان به عدم نیاز به همپوشانی طولی، کاهش مصرف میلگرد، امکان اجرا در فضاهای محدود و کیفیت بالای اتصال اشاره کرد. با این حال، هزینه بالاتر قطعات و لزوم استفاده از تجهیزات مخصوص از جمله چالش‌های این نوع وصله است.

2.2. وصله پوششی (Lap Splice)

وصله پوششی ساده‌ترین و رایج‌ترین روش برای اتصال میلگردهاست که بر اساس قرارگیری دو میلگرد به صورت هم‌پوشان در طول مشخصی از مسیر، طراحی می‌شود. این طول که به آن طول وصله یا طول مهاری گفته می‌شود، بسته به قطر میلگرد، نوع بتن، موقعیت وصله (کششی یا فشاری) و سایر عوامل محاسبه می‌گردد. اگرچه این روش از نظر اجرایی ساده و مقرون‌به‌صرفه است، اما مصرف بالای میلگرد، محدودیت در استفاده برای قطرهای بزرگ‌تر از ۳۶ میلی‌متر و نیاز به فضای کافی برای اجرای هم‌پوشانی، از جمله محدودیت‌های آن محسوب می‌شود.

3.2. وصله جوشی با قوس الکتریکی (Electric Arc Welding Splice)

در این روش، دو میلگرد از طریق فرآیند جوشکاری با قوس الکتریکی به یکدیگر متصل می‌شوند. این روش در صورت اجرای صحیح، می‌تواند وصله‌ای با مقاومت بسیار بالا ایجاد کند، اما از نظر اجرایی نیازمند دقت بسیار زیاد، شرایط جوی مناسب، نیروی ماهر و کنترل دقیق کیفیت جوش است. جوشکاری ناقص یا ناصحیح می‌تواند باعث تضعیف اتصال و کاهش ایمنی سازه شود.

4.2. وصله جوشی تحت فشار با گاز (Gas Pressure Welding Splice)

در این نوع وصله، اتصال میلگردها از طریق اعمال فشار همراه با گرمایش موضعی توسط گاز (معمولاً استیلن یا پروپان) انجام می‌شود. این روش بیشتر در پروژه‌های صنعتی یا در کارخانه‌های تولید قطعات پیش‌ساخته کاربرد دارد و نیاز به تجهیزات خاص و شرایط کنترل‌شده دارد. اجرای این نوع وصله در محل پروژه محدود بوده و در ایران کاربرد کمتری نسبت به سایر روش‌ها دارد.

3. اتصال مکانیکی میلگرد

اتصال مکانیکی یکی از روش‌های پیشرفته و مؤثر برای وصله میلگردها در سازه‌های بتن مسلح است که به‌ویژه در مواردی که استفاده از وصله پوششی ممکن یا مجاز نباشد، به‌عنوان جایگزینی مناسب مطرح می‌شود. اگرچه وصله پوششی به دلیل سادگی اجرا و در دسترس بودن، پرکاربردترین روش در بسیاری از پروژه‌هاست، اما محدودیت‌های آیین‌نامه‌ای و شرایط خاص پروژه گاهی مانع از استفاده از آن می‌شوند. در این شرایط، وصله مکانیکی می‌تواند ضمن حفظ یکپارچگی سازه‌ای، موجب کاهش مصرف مصالح و افزایش کیفیت اتصال شود.

1.3. موارد کاربرد وصله مکانیکی

استفاده از وصله مکانیکی به‌ویژه در موارد زیر توصیه یا الزام‌آور است:

• محدودیت آیین‌نامه‌ای برای وصله پوششی در میلگردهای با قطر بالا
  طبق مقررات فنی، وصله پوششی تنها برای میلگردهایی با قطر کمتر از یا مساوی ۳۶ میلی‌متر مجاز است. برای میلگردهای با قطر بالاتر، استفاده از روش‌های دیگر مانند وصله مکانیکی الزامی است.

• افزایش بیش از حد طول وصله در شرایط خاص
  زمانی که ویژگی‌های بتن یا نوع میلگرد (مانند میلگردهای با روکش اپوکسی یا دارای سطح صاف) منجر به کاهش چسبندگی می‌شود، آیین‌نامه برای جبران این ضعف، افزایش قابل توجهی در طول وصله پوششی را الزامی می‌کند. در چنین مواردی، استفاده از وصله مکانیکی به عنوان گزینه‌ای کارآمدتر از نظر اجرایی و اقتصادی توصیه می‌شود.

• محدودیت در محل قرارگیری وصله
  در برخی نقاط سازه، نظیر نواحی بحرانی تحت کشش بالا یا محل‌هایی با تراکم زیاد میلگرد، اجرای وصله پوششی طبق ضوابط آیین‌نامه‌ای ممکن نیست. در این شرایط، وصله مکانیکی با نیاز به فضای کمتر و عملکرد قابل اطمینان‌تر، راه‌حل مناسبی خواهد بود.

• کوتاه بودن طول میلگردهای انتظار
  اگر میلگردهای باقی‌مانده از مرحله قبلی آرماتوربندی طول کافی برای اجرای وصله پوششی نداشته باشند (کمتر از طول مهاری مورد نیاز)، امکان استفاده از این روش وجود ندارد. در صورت وجود حداقل طول ۳۰۵ میلی‌متر برای میلگردهای انتظار، امکان اجرای وصله مکانیکی با شرایط مناسب وجود دارد.

2.3. بررسی فنی وصله مکانیکی

روش‌های مختلف اتصال مکانیکی میلگرد را می‌توان از جنبه‌های زیر تحلیل و مقایسه کرد:

• پیکربندی (Configuration):
  انواع مختلف کوپلرها با طراحی‌های متفاوت مانند مستقیم، رزوه‌دار، فشاری یا اصطکاکی وجود دارند که بسته به نیاز پروژه انتخاب می‌شوند.

• رویه اجرا (Installation Procedure):
  اجرای صحیح وصله مکانیکی نیازمند رعایت دستورالعمل‌های سازنده، ابزارهای خاص و کنترل دقیق گشتاور یا فشار اتصال است.

• الزامات تأیید (Qualification Requirements):
  استفاده از وصله‌های مکانیکی باید مطابق با ضوابط آیین‌نامه و پس از انجام آزمون‌های مقاومت، کشش و خستگی بر روی نمونه‌ها تأیید گردد.

استفاده از وصله مکانیکی به‌ویژه در پروژه‌هایی که کیفیت، سرعت اجرا و ایمنی در اولویت قرار دارند، می‌تواند نقش مؤثری در بهینه‌سازی فرآیند ساخت و تضمین دوام سازه ایفا کند.

3.3. ضوابط اجرایی اتصال مکانیکی میلگرد

استفاده از وصله مکانیکی به‌عنوان یکی از روش‌های فنی و قابل اعتماد در اجرای سازه‌های بتن مسلح، مستلزم رعایت ضوابط خاصی است که از سوی آیین‌نامه‌ها و استانداردهای فنی تدوین شده‌اند. در اجرای این نوع وصله، علاوه بر انتخاب نوع مناسب اتصال، عوامل مختلفی نظیر محدودیت‌های اجرایی، شرایط کارگاهی و مشخصات هندسی میلگردها باید در نظر گرفته شوند، چرا که هر یک می‌توانند در فرآیند طراحی و کیفیت نهایی اجرا تأثیرگذار باشند. در ادامه، به بررسی مهم‌ترین ضوابط اجرایی و طراحی وصله مکانیکی میلگرد می‌پردازیم:

1.3.3. فاصله و پوشش میلگردها

بر اساس بند 1.2.25 آیین‌نامه ACI 318، حداقل فاصله بین میلگردها برای استفاده از وصله پوششی مشخص شده است. در خصوص وصله‌های مکانیکی، آیین‌نامه ACI 439 اطلاعات دقیق‌تری ارائه می‌دهد و حداقل فاصله مجاز بین میلگردها را بسته به نوع وصله و تجهیزات موردنیاز برای اجرا تعیین می‌کند.

از آنجا که بیشتر وصله‌های مکانیکی دارای ابعادی بزرگ‌تر از قطر میلگرد هستند، در هنگام اجرا باید اطمینان حاصل شود که پوشش بتن کافی در اطراف وصله فراهم شده است. این پوشش برای حفظ دوام سازه و جلوگیری از خوردگی میلگردها ضروری است.

همچنین، آیین‌نامه توصیه می‌کند در صورتی که امکان رعایت فواصل به‌صورت خطی وجود نداشته باشد، از چیدمان زیگزاگی وصله‌ها استفاده شود تا فضای لازم برای اجرای وصله‌ها تأمین شود. البته عدم زیگزاگی بودن وصله‌ها از نظر سختی طولی و شکل‌پذیری تأثیر منفی ندارد و بیشتر جنبه اجرایی دارد.

در مواردی که خاموت یا المان‌های عرضی در محل وصله مکانیکی قرار گیرند، به دلیل افزایش قطر وصله نسبت به میلگرد، ضرورت دارد که پوشش بتن به‌دقت بررسی شود. اما در صورتی که خاموت‌ها تنها در مجاورت وصله قرار داشته باشند، الزام خاصی از نظر افزایش پوشش وجود ندارد.

2.3.3. آماده‌سازی انتهای میلگردها

برخی از انواع وصله‌های مکانیکی برای نصب صحیح نیازمند آماده‌سازی خاصی در انتهای میلگرد هستند. برای مثال، در وصله‌های رزوه‌ای (طوقه‌دار)، لازم است دو سر میلگرد حدیده شده و کاملاً صاف و هم‌محور باشند.

در تمامی انواع وصله مکانیکی، تراز بودن و هم‌راستایی میلگردها هنگام اتصال بسیار اهمیت دارد. ناهماهنگی در راستای میلگردها می‌تواند باعث کاهش کارایی وصله و در نهایت تأثیر منفی بر عملکرد سازه شود. از این رو، دقت در آماده‌سازی اولیه میلگردها یکی از کلیدی‌ترین مراحل پیش از اجرای وصله است.

3.3.3. میلگردهای دارای پوشش (Epoxy or Galvanized Rebars)

در برخی پروژه‌ها، میلگردها به‌منظور افزایش مقاومت در برابر خوردگی با موادی مانند اپوکسی یا روی پوشش داده می‌شوند. در این حالت نیز امکان استفاده از وصله مکانیکی وجود دارد، اما باید به نکات خاصی توجه شود.

برای برخی انواع وصله، ممکن است لازم باشد پوشش میلگرد در ناحیه اتصال (به‌اندازه طول وصله) کاملاً برداشته شود تا اتصال مکانیکی به‌درستی انجام گیرد. پس از اجرای وصله، نواحی لخت‌شده باید مجدداً با پوشش مناسب ترمیم شوند تا پیوستگی عملکرد ضدخوردگی حفظ گردد.

4.3.3. شرایط اجرایی در محل پروژه

اجرای وصله مکانیکی نیازمند استفاده از تجهیزات خاصی است که بسته به نوع وصله می‌توانند شامل دستگاه‌های رزوه‌زن، پرس هیدرولیکی، کوپلرهای خاص یا آچار گشتاور باشند. لذا پیش از انتخاب نوع وصله باید شرایط اجرایی کارگاه، دسترسی به ابزار، فضای موجود، تراکم میلگردها و موقعیت سازه‌ای محل وصله مورد بررسی قرار گیرد.

در برخی موارد، محدودیت‌های فضا یا تراکم آرماتور ممکن است اجرای وصله به‌صورت منظم را دشوار کند. در چنین شرایطی، می‌توان با اتخاذ چیدمان زیگزاگی یا اجرای مرحله‌ای وصله‌ها، الزامات آیین‌نامه‌ای را برآورده ساخت. این موارد باید پیش از شروع عملیات نصب مشخص شده و در نقشه‌های اجرایی لحاظ گردند.

4.3. طراحی وصله‌های مکانیکی میلگرد

وصله‌های مکانیکی یکی از مهم‌ترین روش‌های اتصال میلگردها در سازه‌های بتن مسلح هستند که به‌ویژه در شرایطی که استفاده از وصله پوششی یا جوشی امکان‌پذیر نیست، کاربرد وسیعی دارند. با این حال، طراحی صحیح این نوع وصله‌ها نیازمند درک دقیق از مفاهیم آیین‌نامه‌ای و رفتار سازه‌ای اعضای وصله شده است.

در آیین‌نامه‌های معتبر بین‌المللی مانند ACI 318 و AASHTO LRFD، اگرچه جزئیات اجرایی وصله‌های مکانیکی به‌طور دقیق و مرحله‌به‌مرحله بیان نشده‌اند، اما الزامات مقاومتی کلی برای این نوع وصله‌ها به‌وضوح ارائه شده است. بر اساس این آیین‌نامه‌ها، یک وصله مکانیکی باید بتواند حداقل 125 درصد مقاومت تسلیم مشخصه میلگرد را در کشش یا فشار تأمین کند. این الزام به منظور اطمینان از آن است که ناحیه شکست یا زوال، نه در محل وصله، بلکه در مجاورت وصله و در طول میلگرد اتفاق بیفتد.

از این رو، اگر وصله مکانیکی به‌درستی طراحی و اجرا شده باشد، نه تنها باعث کاهش سختی عضو نمی‌شود، بلکه می‌توان رفتار آن را مشابه میلگرد پیوسته و بدون وصله در نظر گرفت. این موضوع، به‌ویژه در طراحی لرزه‌ای، اهمیت بسزایی دارد چرا که حفظ یکپارچگی رفتار اعضای سازه‌ای در برابر بارهای دینامیکی، از اولویت‌های اساسی طراحی محسوب می‌شود.

1.4.3. نکاتی مهم در طراحی و انتخاب وصله مکانیکی:

هرچند آیین‌نامه‌ها صرفاً حداقل مقاومت موردنیاز برای وصله را بیان می‌کنند و وارد جزئیات اجرایی یا مشخصات دقیق مصالح مصرفی در ساخت وصله‌ها نمی‌شوند، اما در عمل، رعایت نکات زیر در طراحی و اجرای وصله‌های مکانیکی ضروری است:

1. عدم کاهش مقاومت موثر میلگرد در اعضای خمشی
   در اعضایی مانند تیرها که رفتار خمشی غالب است، وصله مکانیکی نباید باعث تضعیف مقاومت کششی میلگرد گردد. هر گونه تغییر در نحوه کرنش‌یابی میلگرد (به علت سفتی موضعی وصله یا ناهمخوانی مصالح) ممکن است باعث کاهش عملکرد خمشی عضو شود.

2. پرهیز از تمرکز تنش در مناطق بحرانی
   در نواحی از سازه که انتظار کرنش‌های غیرخطی یا تسلیم وجود دارد – مانند ناحیه مفصل پلاستیک در قاب‌های لرزه‌ای – استفاده از وصله مکانیکی باید با احتیاط صورت گیرد. محل وصله نباید منجر به تمرکز تنش و شکست زودرس در محل وصله گردد، بلکه باید زوال در خود میلگرد، آن هم با کنترل و پایداری، رخ دهد.

3. تضمین شکل‌پذیری در مناطق لرزه‌خیز
   در مناطقی که احتمال جابه‌جایی‌های غیرخطی و نیروهای جانبی شدید (نظیر زلزله) وجود دارد، وصله و میلگرد متصل به آن باید دارای شکل‌پذیری مناسب باشند. انتخاب وصله‌هایی با رفتار غیرشکننده و آزموده‌شده در شرایط شبه‌زلزله از جمله مواردی است که مهندس طراح باید در نظر داشته باشد.

4. سازگاری هندسی و اجرایی با شرایط پروژه
   وصله مکانیکی باید از نظر ابعاد، نحوه اجرا و تجهیزات مورد نیاز با شرایط سازه و محل اجرا سازگار باشد. برای مثال، استفاده از کوپلرهای پیچی در محیط‌های با فضای محدود یا اعضای دارای تراکم زیاد میلگرد می‌تواند چالش‌برانگیز باشد، مگر آنکه در طراحی اولیه این موارد لحاظ شده باشد.

5.3. وصله پوششی میلگرد

در سازه‌های بتن آرمه، عملکرد ترکیبی بتن و فولاد از پیوستگی کامل بین میلگردهای مسلح‌کننده و بتن تشکیل می‌شود. این پیوستگی، اساس عملکرد مؤثر اعضای بتن‌آرمه بوده و در وصله‌های میلگرد، این پیوستگی به‌عنوان عامل اصلی انتقال نیرو عمل می‌کند. پیوستگی میان میلگرد و بتن از طریق عوامل مختلفی ایجاد می‌شود که مهم‌ترین آن‌ها شامل موارد زیر است:

1. چسبندگی شیمیایی بین فولاد و بتن

2. اصطکاک میان سطح میلگرد و بتن اطراف آن

3. درگیر شدن برآمدگی‌ها و فرورفتگی‌های میلگرد آجدار در بتن

4. مهار مکانیکی در انتهای میلگرد که می‌تواند توسط قلاب‌ها، مهره‌ها و واشرها ایجاد شود.

از میان این عوامل، درگیر شدن آج میلگرد با بتن به‌عنوان مؤثرترین عامل پیوستگی شناخته می‌شود. به همین دلیل، آیین‌نامه‌ها به‌طور عمومی استفاده از میلگردهای صاف را جز در موارد خاص، مجاز نمی‌دانند. پیوستگی در واقع انتقال نیرو از فولاد به بتن و بالعکس را از طریق تنش‌های پیوستگی انجام می‌دهد.

6.3. روش‌های ایجاد پیوستگی بین میلگرد و بتن

در سازه‌های بتن‌آرمه، پیوستگی بین فولاد مسلح‌کننده و بتن به‌وسیله تنش‌های چسبندگی در نواحی مختلف از جمله پیرامون میلگرد و در محل تماس فولاد با بتن ایجاد می‌شود. این پیوستگی از طریق آزمایش‌های مختلف ارزیابی می‌شود تا حد اکثر تنش‌های پیوستگی و کارایی انتقال نیرو به درستی سنجیده شوند. آزمایش‌های استاندارد برای ارزیابی پیوستگی شامل موارد زیر هستند:

• آزمایش بیرون کشیدگی میلگرد

• آزمایش میلگرد درگیر در بتن

• آزمایش تیر برای شبیه‌سازی عملکرد عضو

زوال پیوستگی، که می‌تواند منجر به شکست سازه‌ای شود، عمدتاً به دلیل خرد شدن بتن در ناحیه درگیر با آج‌های میلگرد و همچنین جابجایی میلگرد در داخل بتن اتفاق می‌افتد. این امر معمولاً با شکاف خوردگی طولی بتن در امتداد طول گیرایی میلگرد همراه است.

4. وصله پوششی میلگرد

در وصله پوششی، دو میلگرد در مجاورت یکدیگر قرار می‌گیرند و به‌طور مشخص در یک طول معین در کنار هم قرار می‌گیرند. طولی که دو میلگرد باید در مجاورت یکدیگر قرار داده شوند به نام طول وصله یا طول پوشش شناخته می‌شود. این طول به‌گونه‌ای محاسبه می‌شود که نیروی موجود در میلگرد ابتدا از طریق تنش پیوستگی به بتن منتقل شده و سپس از بتن به میلگرد دیگر منتقل گردد.

در وضعیت کششی میلگردها، انتقال تنش به‌صورت زیر صورت می‌گیرد:

1. نیروی کششی در میلگرد اولیه، باعث ایجاد تنش فشاری ناشی از چسبندگی بین بتن و فولاد می‌شود. این تنش فشاری در ناحیه انتهایی میلگرد ایجاد می‌شود و در امتداد عمود بر سطح آج میلگرد قرار دارد.

2. عکس‌العمل این تنش فشاری در بتن اطراف میلگرد، باعث ایجاد تنش فشاری می‌شود که در نهایت به صورت مورب به میلگرد دیگر منتقل می‌شود.

3. در نهایت، این تنش کششی می‌تواند در میلگرد دوم به‌طور مؤثر تحمل گردد.

این فرآیند انتقال تنش به‌ویژه در مناطقی که میلگردها تحت کشش هستند، کاملاً حائز اهمیت است زیرا عملکرد صحیح انتقال نیرو از میلگرد به بتن و سپس از بتن به میلگرد بعدی، به شکل‌گیری پیوستگی مؤثر و انتقال نیروی مناسب بین اعضای سازه‌ای کمک می‌کند.

1.4. نکات اجرایی در وصله پوششی میلگرد

برای اجرای صحیح وصله پوششی، رعایت جزئیات و الزامات آیین‌نامه‌ای بسیار اهمیت دارد. به‌ویژه در هنگام طراحی و اجرای طول وصله، موارد زیر باید مورد توجه قرار گیرد:

• طول مناسب وصله: طول وصله باید به گونه‌ای انتخاب شود که پیوستگی لازم برای انتقال نیروی کششی و فشاری فراهم باشد. این طول در آیین‌نامه‌ها به‌طور دقیق محاسبه می‌شود.

• پوشش بتن: در نواحی وصله، باید اطمینان حاصل شود که پوشش بتن کافی برای جلوگیری از خرابی میلگردها و بهبود عملکرد پیوستگی وجود دارد.

• جایگذاری صحیح میلگردها: باید توجه شود که میلگردها به‌طور دقیق در محل مناسب و با فاصله‌های صحیح از یکدیگر قرار گیرند تا پیوستگی به‌درستی شکل گیرد.

در نهایت، با رعایت این جزئیات، وصله پوششی می‌تواند به‌عنوان یکی از مؤثرترین روش‌های اتصال میلگرد در سازه‌های بتن‌آرمه عمل کرده و عملکرد سازه را در برابر بارهای مختلف بهبود بخشد.

2.4. انتقال تنش در وصله پوششی میلگردهای تحت کشش

وصله پوششی یکی از رایج‌ترین و مؤثرترین روش‌ها برای اتصال میلگردها در سازه‌های بتن‌آرمه است. این نوع وصله به دو صورت تماسی و غیر تماسی اجرا می‌شود که هرکدام ویژگی‌های خاص خود را دارند و بر اساس شرایط پروژه انتخاب می‌شوند. در هر دو نوع وصله، انتقال تنش‌ها از میلگرد اول به بتن و سپس به میلگرد دوم، به‌عنوان فرآیند اصلی عملکرد این روش است.

1.2.4. وصله پوششی تماسی

در وصله پوششی تماسی، میلگردهای وصله‌شونده در طول وصله کاملاً در تماس با یکدیگر قرار می‌گیرند. این تماس مستقیم بین میلگردها به این معناست که هیچ‌گونه حفره‌ای در ناحیه وصله وجود ندارد که ممکن است باعث ضعف و کاهش عملکرد بتن شود. در این نوع وصله، انتقال تنش‌های کششی و فشاری از میلگرد به بتن و بالعکس، به‌صورت مؤثری انجام می‌گیرد.

برای ایجاد وصله پوششی تماسی، می‌توان از روش‌های مختلفی استفاده کرد، از جمله استفاده از سیم‌های نازک متداول برای اتصال میلگردها به یکدیگر در طول وصله. این سیم‌ها باید به‌طور صحیح در فواصل مناسب میلگردها قرار گیرند تا از ایجاد هرگونه فاصله یا حفره در ناحیه وصله جلوگیری شود.

2.2.4. وصله پوششی غیر تماسی

در وصله پوششی غیر تماسی، هدف این است که بتن به‌طور مناسب در بین میلگردهای وصله‌شونده نفوذ کرده و یک پیوستگی مؤثر ایجاد شود، بدون اینکه حفره‌های خطرناکی در این ناحیه تشکیل شود. این روش معمولاً زمانی استفاده می‌شود که شرایطی فراهم شود که میلگردها از یکدیگر فاصله داشته باشند، اما این فاصله نباید آن‌قدر زیاد باشد که مقطع غیرمسلح ایجاد کند.

در این حالت، بتن باید به اندازه کافی در نواحی بین میلگردها نفوذ کرده و از ایجاد حفره‌ها جلوگیری کند. این مسئله موجب می‌شود که انتقال تنش‌ها از میلگرد به بتن و سپس به میلگرد بعدی به‌درستی انجام گیرد و عملکرد سازه حفظ شود.

3.2.4. محدودیت‌ها و الزامات آیین‌نامه

در استفاده از وصله پوششی، برخی محدودیت‌ها و الزامات آیین‌نامه‌ای وجود دارد که باید به دقت رعایت شوند:

1. قطر میلگرد: وصله پوششی نباید برای میلگردهای بزرگتر از قطر 36 میلی‌متر به کار رود، مگر برای انتقال نیروی فشاری. برای میلگردهای با قطر بیشتر از این مقدار، استفاده از وصله‌های دیگر مانند وصله مکانیکی یا جوشی توصیه می‌شود.
2. استفاده از میلگردهای گروهی: در صورتی که میلگردهای گروهی در سازه استفاده شوند، تمام گروه میلگرد نباید به صورت پوششی وصله شود. در واقع، تنها تعداد معینی از میلگردها در یک گروه می‌توانند از وصله پوششی بهره‌مند شوند.
3. همپوشانی میلگردها: میلگردهایی که در یک گروه قرار دارند و قرار است به‌طور پوششی وصله شوند، نباید در طول وصله همپوشانی داشته باشند. این امر به دلیل جلوگیری از ایجاد مشکلات تنش و ضعف در ناحیه وصله ضروری است.

3.4. فرآیند انتقال تنش در وصله پوششی میلگردهای تحت کشش

در هنگام کشش میلگردها، انتقال تنش در ناحیه وصله‌ به‌طور خاص از طریق تنش پیوستگی صورت می‌گیرد. این تنش ابتدا در میلگرد کششی ایجاد شده و از طریق سطح میلگرد به بتن منتقل می‌شود. سپس، نیرو از بتن به میلگرد دوم انتقال می‌یابد. در این فرآیند:

1. نیروی کششی در میلگرد باعث ایجاد تنش فشاری در ناحیه انتهایی میلگرد و بر روی سطح تماس با بتن می‌شود.
2. این تنش فشاری موجب ایجاد تنش‌های فشاری در بتن اطراف میلگرد می‌شود که نهایتاً باعث انتقال نیروی کششی به میلگرد بعدی می‌شود.

این فرآیند موجب می‌شود که نیرو به‌طور پیوسته از میلگرد اول به بتن و سپس به میلگرد دوم منتقل شود، که در نهایت باعث انتقال مؤثر نیرو در طول سازه می‌شود.

4.4. نکات اجرایی و طراحی

در طراحی و اجرای وصله پوششی میلگرد، برخی نکات باید در نظر گرفته شوند تا انتقال تنش به‌صورت مؤثر و با حداکثر کارایی انجام گیرد:

• توجه به طول وصله: طول وصله باید به‌گونه‌ای محاسبه شود که نیروی کششی به‌طور کامل از میلگرد اول به بتن و سپس به میلگرد دوم منتقل شود. این طول بر اساس نوع میلگرد و شرایط سازه محاسبه می‌شود.
• عدم وجود حفره‌ها: در اجرای وصله پوششی، باید از ایجاد حفره‌ها و فاصله‌های غیرمجاز میان میلگردها جلوگیری شود تا پیوستگی و انتقال تنش به‌طور مؤثر انجام گیرد.
• پوشش بتن مناسب: در نواحی وصله باید اطمینان حاصل شود که پوشش بتن به اندازه کافی برای محافظت از میلگردها و جلوگیری از خرابی فراهم است.

با رعایت این نکات، وصله پوششی می‌تواند به‌عنوان یکی از روش‌های مؤثر و اقتصادی برای اتصال میلگردها در سازه‌های بتن‌آرمه عمل کرده و عملکرد سازه را در برابر نیروهای مختلف تقویت کند.

5. وصله جوشی با قوس الکتریکی

وصله‌های جوشی به دلیل انتقال تنش مؤثر و قابلیت اجرایی بالا، یکی از روش‌های محبوب در اتصال میلگردها در سازه‌های بتن‌آرمه هستند. این نوع وصله به شرطی که با کیفیت عالی و تحت نظارت دقیق انجام شود، عملکرد خوبی در انتقال بار دارد. استانداردهای مختلف، از جمله ACI318 و ANSI/AWS DI.4، شرایط خاصی برای اجرای جوش میلگردها تعیین کرده‌اند که در ادامه به تشریح آن‌ها می‌پردازیم.

1.5. مشخصات جوشکاری و استانداردها

در ویرایش‌های قبلی ACI318، قید شده بود که جوش میلگردها باید حتماً به صورت سر به سر انجام شود. اما از سال 1995 و پس از تایید ANSI/AWS DI.4، جوش‌های سر به سر غیرمستقیم نیز مجاز شمرده شدند و قید مربوط به جوش سر به سر از ACI318 حذف گردید. با این حال، ANSI/AWS DI.4 همچنان جوش‌های سر به سر مستقیم را برای میلگردهای با قطر بزرگتر از 22 میلی‌متر ترجیح می‌دهد.

2.5. پیش‌گرم کردن میلگردها

برای جوشکاری میلگردها، پیش‌گرم کردن ضروری است. دمای پیش‌گرم باید بر اساس هم‌ارز کربن فولاد مصرفی تعیین شود که این هم‌ارز براساس درصد کربن و منگنز محاسبه می‌شود. در صورتی که اطلاعات دقیق در مورد کربن هم‌ارز در دسترس نباشد، آیین‌نامه‌ها پیشنهاد می‌دهند که:

• برای میلگردهای با قطر حداکثر 19 میلی‌متر، دمای پیش‌گرم حداقل 150 درجه سانتی‌گراد باشد.
• برای میلگردهای با قطر بزرگتر از 22 میلی‌متر، دمای پیش‌گرم باید 260 درجه سانتی‌گراد باشد.

پس از جوشکاری، میلگردها باید به‌طور طبیعی تا دمای محیط سرد شوند و نباید سریعاً تحت کاهش دما قرار گیرند.

3.5. انواع اتصالات جوشی میلگرد

اتصال سر به سر مستقیم میلگرد یکی از روش‌های معمول برای میلگردهای با قطر کمتر از 22 میلی‌متر است که انواع مختلفی برای آن وجود دارد:

1. جوش شیاری V شکل یک طرفه برای اتصال افقی
2. جوش شیاری V شکل دو طرفه برای اتصال افقی
3. جوش شیاری اریب یک طرفه برای اتصال قائم
4. جوش شیاری اریب دو طرفه برای اتصال قائم
5. جوش شیاری اریب یک طرفه با قطعه لوله پشت بند برای اتصال افقی یا قائم با قطر مساوی

در این روش، جوش سر به سر مستقیم به‌ویژه برای میلگردهایی با قطر بیش از 22 میلی‌متر مناسب است.

4.5. اتصال سر به سر غیر مستقیم میلگرد

در این نوع اتصال، برای استفاده از جوش، می‌توان از صفحه وصله یا نبشی وصله استفاده کرد. این اتصال معمولاً با جوش شیاری اریب ذوبی انجام می‌شود. در صورتی که از این روش استفاده شود، لازم است که بتن اطراف اتصال در سازه تمام شده تقویت شود تا از شکاف خوردن بتن در اثر بارگذاری غیرمحوری جلوگیری شود.

55. اتصال پوششی جوش شده میلگرد

این نوع اتصال معمولاً برای میلگردهای با قطر 19 میلی‌متر یا کمتر استفاده می‌شود. در این نوع اتصال، دو میلگرد باید در تماس با یکدیگر قرار گیرند و جوش از نوع جوش شیاری V شکل ذوبی دو طرفه اجرا شود، مگر اینکه اتصال فقط از یک طرف در دسترس باشد که در این صورت می‌توان از جوش شیاری یک طرفه استفاده کرد.

6.5. اتصال جوشی سر به سر تحت فشار (فورجینگ)

فورجینگ یکی از روش‌های ویژه برای جوش میلگردها است که در آن میلگردها با مخلوط گاز استیلن و اکسیژن در دمای حدود 1200 تا 1300 درجه سانتی‌گراد حرارت داده می‌شوند. این دما باعث می‌شود که اتم‌های فولاد بازچیدمان شوند و میلگردها به یکدیگر متصل شوند. فرآیند فورجینگ در فاز خمیری و در دمای پایین‌تر از نقطه ذوب فولاد انجام می‌شود.

آزمایش‌ها نشان داده‌اند که در این روش ساختار کلی اتصال یکسان است و به دلیل حرارت‌دهی طولانی ممکن است ساختار درشت دانه در محل اتصال ایجاد شود که می‌تواند باعث کاهش چقرمگی جوش گردد.

7.5. نکات اجرایی

برای اطمینان از کارایی و استحکام وصله جوشی، رعایت نکات زیر ضروری است:

1. کیفیت جوشکاری: جوش باید با دقت و نظارت کامل انجام شود تا از هرگونه نقص در جوش جلوگیری گردد.
2. آزمایش‌های کیفیت جوش: پس از جوشکاری، انجام آزمایش‌های کیفیت مانند آزمایش‌های غیرمخرب (NDT) برای اطمینان از یکپارچگی اتصال ضروری است.
3. پیش‌گرم و سرمایش کنترل‌شده: پیش‌گرم کردن میلگردها و جلوگیری از سرد شدن سریع آن‌ها پس از جوشکاری، به حفظ استحکام و کاهش ترک‌ها کمک می‌کند.
4. تقویت بتن اطراف وصله: در برخی از اتصالات، به ویژه در اتصال پوششی، لازم است که بتن اطراف وصله به‌وسیله میلگردهای عرضی یا صفحات وصله تقویت شود تا از آسیب‌های احتمالی جلوگیری شود.

با رعایت این اصول، وصله جوشی می‌تواند به‌عنوان یک روش مطمئن و مؤثر در اتصال میلگردها در سازه‌های بتن‌آرمه عمل کند.

6. وصله جوشی تحت فشار با گاز (فورجینگ)

وصله جوشی تحت فشار با گاز که به‌طور معمول به نام فورجینگ شناخته می‌شود، یکی از روش‌های ویژه برای اتصال میلگردها و دیگر قطعات فلزی است. این روش در دماهای بالا و با استفاده از گازهای خاصی مانند گاز اکسی استیلن انجام می‌شود و به اتصال فلزات در دمای پایین‌تر از نقطه ذوب می‌پردازد. این فرآیند به‌ویژه برای میلگردهایی که در سازه‌های بتن‌آرمه استفاده می‌شوند، به‌ویژه در اتصالات جوشی میلگردهای با قطر بزرگ و یا اتصال میلگردها به یکدیگر در نقاط مختلف سازه کاربرد دارد.

1.6. مراحل و فرآیند فورجینگ

در فرآیند فورجینگ، ابتدا میلگردها یا قطعات فلزی مورد نظر به وسیله گاز اکسی استیلن یا دیگر گازهای مشابه، به دمایی در حدود 1200 تا 1300 درجه سانتی‌گراد می‌رسند. در این دما، میلگردها هنوز به نقطه ذوب نرسیده‌اند، بلکه به حالت خمیری درمی‌آیند، یعنی ترکیب اتم‌های فولاد تغییر می‌کند و ساختار کریستالی آن تغییر می‌کند. این تغییرات ساختاری در دمای پایین‌تر از نقطه ذوب اتفاق می‌افتد و باعث می‌شود که دو میلگرد به‌طور دائمی به هم متصل شوند.

2.6. مراحل اجرای فورجینگ

1. آماده‌سازی میلگردها: میلگردهای مورد نظر باید به اندازه مناسب بریده شوند تا برای جوشکاری مناسب باشند.

2. حرارت‌دهی با گاز اکسی استیلن: میلگردها به وسیله مخلوط گاز اکسی استیلن حرارت داده می‌شوند. گاز استیلن همراه با اکسیژن به میلگرد اعمال می‌شود تا دمای مناسب برای فورجینگ به‌دست آید.

3. فشار دادن میلگردها: پس از رسیدن میلگردها به دمای مناسب، آن‌ها تحت فشار قرار می‌گیرند. این فشار باعث می‌شود که میلگردها به‌صورت مکانیکی به هم متصل شوند.

4. سرد شدن تدریجی: پس از انجام فرآیند فورجینگ، میلگردها باید به‌طور طبیعی سرد شوند. باید از کاهش دمای سریع جلوگیری کرد، زیرا سرد شدن سریع می‌تواند باعث ایجاد ترک‌های ریز یا تضعیف ساختار جوش شود.

3.6. ویژگی‌ها و مزایای فورجینگ

1. اتصال مقاوم: یکی از ویژگی‌های بارز وصله جوشی فورجینگ این است که در این فرآیند، اتصال ایجاد شده به‌طور مستقیم و دائمی بین دو میلگرد ایجاد می‌شود که باعث افزایش مقاومت اتصال می‌شود.

2. عدم ذوب کامل: برخلاف جوشکاری‌های معمولی که در آن‌ها فولاد به نقطه ذوب می‌رسد، در فورجینگ فولاد به نقطه ذوب نمی‌رسد، بلکه در دمای پایین‌تر از نقطه ذوب، اتصال ایجاد می‌شود. این موضوع باعث می‌شود که ساختار جوش از چقرمگی بالاتری برخوردار باشد.

3. صرفه‌جویی در زمان: از آنجا که نیاز به ذوب کامل فولاد نیست، این روش می‌تواند زمان کمتری برای جوشکاری و اتصال قطعات میلگرد به یکدیگر نیاز داشته باشد.

4.6. معایب و چالش‌ها

1. ساختار درشت دانه: یکی از معایب این روش این است که ممکن است در محل اتصال، ساختار درشت دانه‌ای تشکیل شود که می‌تواند باعث کاهش چقرمگی و کاهش مقاومت در برابر ترک‌های ناشی از تنش‌های کششی گردد.

2. نیاز به دقت بالا: برای انجام موفقیت‌آمیز فرآیند فورجینگ، نیاز به دقت بالایی در کنترل دما و فشار است. همچنین باید از سرد شدن سریع جلوگیری کرد تا از آسیب به ساختار جوش جلوگیری شود.

3. نیاز به تجهیزات خاص: برای انجام فورجینگ، نیاز به تجهیزات ویژه‌ای مانند کوره‌های گاز استیلن و سیستم‌های فشار دهی خاص است که ممکن است هزینه‌بر باشد.

5.6. کاربردها

1. ریل‌گذاری قطار: از فورجینگ در ریل‌گذاری و اتصال ریل‌ها در خطوط آهن استفاده می‌شود.

2. اتصالات میلگردها: در سازه‌های بتن‌آرمه برای اتصال میلگردهای با قطر بزرگ، این روش به‌ویژه در پروژه‌های صنعتی و عمرانی استفاده می‌شود.

3. اتصال قطعات فلزی بزرگ: در صنایع سنگین و در اتصالات بزرگ فلزی که نیاز به اتصال مقاوم دارند، فورجینگ می‌تواند یک گزینه مناسب باشد.

جمع‌بندی و نتیجه‌گیری

وصله‌های میلگرد به عنوان یکی از اجزای کلیدی در طراحی و اجرای سازه‌های بتن‌آرمه نقش بسیار مهمی در انتقال تنش‌ها و بارها ایفا می‌کنند. این وصله‌ها به طرق مختلفی انجام می‌شوند که هرکدام ویژگی‌ها و مزایای خاص خود را دارند. یکی از این روش‌ها وصله‌های مکانیکی است که در آن میلگردها با استفاده از اتصالات مکانیکی به یکدیگر وصل می‌شوند. این روش باید حداقل مقاومت 125 درصدی از مقاومت تسلیم میلگرد را تأمین کند و در شرایط معمولی بر سختی و شکل‌پذیری میلگرد تأثیر نمی‌گذارد.

همچنین، در وصله‌های مکانیکی باید از ایجاد تمرکز تنش در نواحی بحرانی و زوال میلگرد جلوگیری شود. روش دیگر وصله پوششی است که در آن میلگردها به‌وسیله پیوستگی بتن و میلگرد به یکدیگر متصل می‌شوند. این اتصال می‌تواند به صورت تماسی یا غیر تماسی باشد که در هر صورت باید توجه ویژه‌ای به جلوگیری از ایجاد حفره‌های غیرمسلح و رعایت طول مناسب وصله صورت گیرد. در این نوع وصله، انتقال نیرو از طریق تنش چسبندگی بین میلگرد و بتن انجام می‌شود و پیوستگی آج‌های میلگرد با بتن مؤثرترین عامل در این انتقال است.

وصله جوشی با قوس الکتریکی نیز یکی دیگر از روش‌های متداول وصله میلگرد است که در آن میلگردها به‌وسیله جوشکاری به یکدیگر وصل می‌شوند. این وصله باید تحت نظارت دقیق و با رعایت استانداردهای مربوطه انجام شود تا از کیفیت جوش اطمینان حاصل شود. جوش‌های سر به سر برای میلگردهای با قطر بزرگتر از 22 میلی‌متر مناسب‌تر بوده و به‌ویژه برای اتصالاتی که نیاز به مقاومت بالا دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در نهایت، انتخاب روش مناسب وصله بستگی به ویژگی‌های پروژه، نوع بارگذاری، شرایط محیطی و مشخصات میلگردها دارد. به‌طور کلی، هدف اصلی از استفاده از وصله‌های میلگرد، تأمین اتصال قوی، پایدار و بدون آسیب به سازه است تا سازه بتواند بارهای وارده را به‌طور مؤثر تحمل کند.  جهت آشنایی کامل با “روش‌های وصله کردن میلگرد” به جزوه “جزوه جوشکاری سازه‌های فلزی” بخش هایپر فایل وب‌سایت مراجعه فرمایید.