بررسی جامع انواع روش های وصله میلگرد در سازه بتن آرمه به همراه ضوابط

امروزه از سازه های بتن آرمه به دلیل مزایای خاص مثل مقاومت بالا و صرفه اقتصادی به طور گسترده در اجرای ساختمان استفاده می‌شود( در اینجا بهتر است به اهمیت پروانه اجرا و پروانه نظارت به ویژه در سالهای اخیر نیز اشاره کنیم تا یک یادآوری باشد برای فارغ التحصیلان علاقه مند به اجرا و نظارت) یکی از شروط لازم و اساسی برای عملکرد مطلوب مقاطع سازه ای به صورت بتن آرمه، ایجاد پیوستگی مناسب بین بتن و آرماتور فولادی است. همانطور که می دانید طول شاخه های میلگرد محدود و معمولا 12 متری است. در سازه بتن مسلح باید این میلگردها به خوبی به یکدیگر متصل شوند تا ارتباط لازم بین بتن و میلگرد فولادی ایجاد شود.

اتصال میلگردهای فولادی در مقاطع بتن آرمه به یکدیگر تحت عنوان وصله آرماتور شناخته می‌شوند. این اتصال ضمن مقاومت در برابر نیرو‌های طراحی وارده باید قابلیت انتقال تنش‌ها را در بین میلگرد‌ها فراهم کند. وصله‌ آرماتور انواع مختلفی دارند که بر اساس شرایط، الزامات اجرایی و آیین‌ نامه ای باید استفاده شوند. در این مقاله سعی داریم علاوه بر معرفی انواع روش های وصله میلگرد، آن‌هارا با یک دیگر مقایسه کرده و نحوه طراحی و اجرای آن‌ها را بر اساس آیین‌ نامه‌های مربوطه به شما آموزش دهیم.

پیشنهاد مطالعاتی: طول مهاری و طول هم پوشانی میلگرد در سازه های بتن آرمه چیست؟ + فایل اکسل مطابق ACI318-1

وصله آرماتور چیست و چرا استفاده می شود؟

امروزه سازه‌ های بتن آرمه به دلیل مزایای خاص خود مثل مقاومت بالا و صرفه اقتصادی به طور متداول در پروژه‌های ساختمانی استفاده می‌شود و این روند در حال افزایش است. یکی از اعضای اصلی مقاومتی در مقاطع بتن آرمه میلگرد فولادی است و همان طور که می‌دانید یکی از شروط لازم برای عملکرد مطلوب مقاطع سازه ای به صورت بتن آرمه ایجاد پیوستگی مناسب بین بتن و میلگرد فولادی است. با توجه به این موضوع که طول میلگرد‌های فولادی تولیدی در کارخانه محدود است، تیم اجرایی پروژه برای دستیابی به طول میلگرد فولادی مورنیاز خود، دو یا چند میلگرد فولادی را به هم متصل می‌کنند که به این کار اصطلاحا وصله میلگرد ‌می‌گویند.

میلگردها در بتن به صورت ثابت قرار می‌گیرند به همین دلیل طول میلگرد، چسبندگی با بتن و سطح تماس سه فاکتور اساسی برای طراحی یک اتصال میلگرد مناسب به شمار می روند. پیوستگی بین فولاد مسلح کننده و بتن در اثر عوامل زیر ایجاد می شود:

• بین فولاد و بتن چسبندگی از نوع شیمیایی به وجود می‌آید
• بین سطح میلگرد فولادی و بتن اطراف آن مقاومتی از نوع  نیرو اصطکاک وجود دارد
• برآمدگی ها و فرورفتگی های روی آرماتور با بتن درگیر می‌شود که نیروی اصطکاک را افزایش می‌دهد

از بین تمامی عواملی که باعث ایجاد پیوستگی مطلوب بین بتن و میلگرد فولادی می‌شود مورد سوم یعنی برآمدگی ها و فرورفتگی های میلگرد (آج میلگرد) با بتن که درگیری بیشتری را ایجاد می‌کند، موثرترین عامل پیوستگی است. با ارجاع به دلیلی که گفته شد، آیین نامه‌های ساختمانی استفاده از میلگردهایی با سطح صاف را مگر در مواردی بسیار محدود ممنوع کرده است. در طراحی اتصال میلگردهای فولادی باید به این موضوع توجه داشته باشید که وصله میلگرد علاوه بر مقاومت در برابر بار‌های طراحی وارده به میلگرد‌ها باید قابلیت لازم در انتقال کشش یا فشار پیوسته بین دو میلگرد را داشته باشد. یکی دیگر از وظایف وصله میلگرد، در کنار هم نگه داشتن میلگرد‌ها در هنگام بتن ریزی است به گونه ای که از هرگونه جابه جایی میلگردهای فولادی در حین بتن ریزی مقاطع خود داری شود.

انتخاب نوع وصله مورد استفاده برای میلگردهای فولادی در پروژه به نوع میلگرد (جنس، قطر و …) و تجهیزات موجود در کارگاه بستگی داشته و در نهایت توسط کارفرما تعیین می شود. از سوی طراح سازه تعیین می‌شود تا استحکام کافی برای اتصال آرماتور ها وجود داشته باشد. نوع و قطر میلگرد به کار رفته در ساختمان بر اساس مسائل اقتصادی انتخاب می‌شوند.

اجرای وصله میلگردهای فولادی در ساختمان جزئیات و دقت زیادی را می‌طلبد، به همین دلیل در آیین‌ نامه‌های ساختمانی بر این موضوع تاکید شده است که وصله آرماتور تنها مطابق بر آنچه که در نقشه‌های طراحی و مشخصات فنی ذکر شده است اجرا گردد. در اجرای میلگرد‌ها در بعضی از موارد تمام یا قسمتی از قفسه‌ی آرماتورها را خارج از قالب می‌بافند و سپس آن را در داخل قالب جاگذاری می‌کنند؛ برای مثال در اجرای شبکه میلگردهای شطرنجی (مش) کف فونداسیون و میلگردهای سقف دال بتنی قفسه آرماتور به این شکل اجرا می‌شود.

اتصال میلگردهای فولادی یکی از مهمترین مراحل اجرای سازه و از اولین مراحل ساخت اسکلت به شمار می‌رود. در گذشته اتصال میلگرد را به روش همپوشانی میلگرد‌ها و بستن آن‌ها به یکدیگر توسط سیم پیچ‌ها انجام می‌دادند و در انتها این بخش همپوشانی شده را با بتن می‌پوشاندند تا انتقال صحیح بار از یک میلگرد فولادی به دیگری به خوبی انجام شود. این روش از نظر اقتصادی، به علت مصرف زیاد فولاد مقرون به صرفه نبوده و محدودیت‌های اجرایی زیادی دارد، بنابراین امروزه با پیشرفت صنایع، روش‌های متنوعی برای اتصال میلگرد وجود دارد که هرکدام مزایا و معایب خاص خود را دارند.

انواع وصله آرماتور

ایده آل ترین حالت اجرای ساختمان با اسکلت بتنی اجرای آرماتور ها بدون هر گونه وصله ای است یا استفاده از کمترین میزان وصله در میلگرد است. در صورت نیاز به وصله در آرماتورهای فولادی می توان از یکی از روش های زیر استفاده کرد:

• وصله پوششی (lap splices)
• وصله جوشی (welded splices)
• وصله با انتهای اتکایی (end-bearing splices)
• وصله مکانیکی (mechanical splices)

وصله پوششی میلگرد

یکی از رایج ترین روش های وصله میلگرد که از گذشته مورد استفاده بوده است وصله پوشش یا اورلپ است. در این نوع از اتصال دو میلگرد در قسمتی از طولشان به صورت مجاور در کنار هم قرار می‌گیرند. مقدار طول همپوشانی دو میلگرد در کنار یک دیگر طول پوشش (Overlap) یا طول وصله (splice length) می‌نامند. در این نوع اتصال دو میلگرد بعد از قرار گرفتن در کنار یکدیگر با طول معین، توسط مفتول ها با فواصل خاص به هم متصل می‌شوند. در وصله میلگردهای با قطر بالا از وصله پوششی نمی‌توان استفاده کرد و تنها در میلگردهای با قطر 36 میلی متر به پایین مجاز می‌ باشد. استفاده از این نوع وصله به دلیل تامین طول همپوشانی توسط هر دو میلگرد، مصرف میلگرد را به میزان حدود 20 درصد افزایش می دهد. مادامی که شرایط مناسب باشد و محدودیت های آیین نامه رعایت شوند، استفاده از وصله پوششی به عنوان متداول ترین روش وصله میلگرد است.

در وصله پوششی انتقال نیرو به شکلی انجام می‌شود که نیروی‌های موجود در میلگرد توسط تنش پیوستگی به بتن منتقل می‌شود و مجددا توسط همین تنش پیوستگی از بتن به میلگرد دیگر منتقل می‌شود. انتقال تنش و نیرو در حالتی که میلگردها تحت کشش باشند در شکل زیر نشان داده شده است. همان طور که در شکل مشاهده می‌کنید نیروی کششی در میلگرد باعث می‌شود که تنش فشاری ناشی از چسبندگی بین بتن و فولاد، در راستای عمود بر سطح آج میلگرد در قسمت انتهایی میلگرد ایجاد شود. عکس العمل این تنش فشاری در بتن اطراف میلگرد، تنش فشاری است که  سرانجام با همان راستای مورب به میلگرد دیگر منتقل می‌شود. نهایتا این تنش فشاری به صورت نیروی کششی در میلگرد دوم ایجاد می‌گردد.

انواع وصله پوششی

وصله پوششی به طور کلی به دو صورت انجام ‌می‌شود:

• وصله پوششی تماسی
• وصله پوششی غیر تماسی

وصله پوششی تماسی (contact lap splices): در این نوع از وصله همان طور که در شکل زیر مشاهده می‌کنید، هر دو میلگرد با هم کاملا در تماس هستند به طوری که امکان ایجاد حفره بین دو میلگرد فراهم نباشد. برای اجرای وصله پوششی تماسی از سیم های نازک متداول برای وصله میلگردهای مورد نظر در فواصل مناسب استفاده می‌شود.

وصله پوششی غیر تماسی (non-contact splices): در این نوع اتصال همان طور که در شکل زیر مشاهده می‌کنید دو میلگرد با هم فاصله دارند به نحوی که بتن به اندازه کافی بین آن‌ها نفوذ کند. در این نوع وصله از بتن برای جلوگیری از ایجاد حفره در وصله استفاده می‌شود. فاصله میلگردها از یکدیگر باید به اندازه کافی کم باشد تا از ایجاد یک مقطع غیر مسلح دیگر پرهیز شود.

مزایا و معایب وصله پوششی

در ادامه به بررسی مزایا و معایب وصله های پوششی خواهیم پرداخت:

مزایای وصله پوششی عبارت است از:

• رایج ترین و متداول ترین وصله میلگرد است.
• اجرای آن نیاز به تجهیزات خاصی ندارد.

معایب وصله پوششی عبارت است از:

• وصله پوششی برای اتصال میلگردهای بزرگ تر از قطر 36 استفاده نمی‌شود مگر اینکه نیروی منتقل شده فقط فشاری باشد.
• مصرف میلگرد را تا 20 درصد افزایش می‌دهد. این افزایش میلگرد علاوه بر افزایش هزینه، وزن سازه را هم بالا می‌برد.
• به دلیل عدم تطابق محور‌های میلگرد وصله شده، خروج از مرکزیت محوری در مقطع رخ می‌دهد.
• وصله پوششی برای گروه میلگردها (تعدادی میلگرد در کنار هم به عنوان یک مجموعه میلگرد) مجاز نیست؛ اما هریک از میلگردها را می‌توان جداگانه با وصله پوششی به هم متصل کرد. در این حالت طول همپوشانی هر جفت میلگرد نباید با سایر وصله پوششی تداخل داشته باشد.

وصله جوشی میلگرد

یکی از روش‌های اتصال میلگرد به هم، اتصال به وسیله جوش است. این اتصال به شرطی امکان اجرا دارد که کیفیت جوش بالا باشد و توسط مهندسین و آزمایش‌های مربوطه تایید شود. در این روش انتهای دو میلگرد مورد نظر به وسیله جوش به یکدیگر متصل می‌شوند. این روش اتصال یکی از بهترین روش‌ها برای انتقال تنش است. شرط اصلی برای اتصال قطعات یک فلز بهم به وسیله جوش، امکان جوش پذیری آن‌ها است. قابلیت جوش‌ پذیری به ترکیب شیمیایی مواد تشکیل‌ دهنده فلز و روش جوش کاری  بستگی دارد. برای فراهم کردن کیفیت جوشکاری بالا و مطابق با استانداردها باید به نکات زیر قبل، در حین و بعد از جوشکاری توجه کنید:

• قبل از شروع عملیات جوشکاری سطح قطعات فلز را باید کامل تمیز کرد. سطوح قطعات باید عاری از چربی، رنگ و هرگونه آلودگی باشد.
• دمای میلگرد فولادی که قرار است با جوش وصله شود نباید از از صفر درجه سانتی گراد کمتر باشد؛ و پس از اتمام عملیات جوشکاری نیز نباید آن را سریع سرد کرد.
• برای تمامی اتصالات چه انتقال‌دهنده بار باشند و چه نباشند از یک روش جوشکاری یکسان استفاده ‌شود.
• در قسمت‌هایی تغییر شکل نداده از میلگرد عملیات جوشکاری می‌تواند انجام شود.

روش‌های معمول جوشکاری مورد استفاده در اتصال میلگردهای فولادی در بتن در جدول زیر فهرست شده اند. در این جدول نام استاندارد‌های ناظر بر روش جوش هم گزارش شده است؛ از هر کدام از روش‌ها استفاده شود باید از استانداردهای آن مطلع بود و کامل آن را مطالعه کرد.

پس از اتمام جوشکاری روش‌ها و استانداردهای مربوطه برای کنترل کیفیت جوشکاری وجود دارد که در این بخش بیان نشده است. معمولا وصله‌های جوشی ازنظر انتقال تنش عملکرد بسیار خوبی دارند به شرطی که با کیفیت بالا و تحت نظارت کامل انجام شود و مورد آزمایش قرار بگیرد و در نهایت تائید شود.

یکی از آزمون‌های مهم در وصله جوششی، آزمون کشش فورجینگ است. در این آزمایش میلگرد متصل شده توسط وصله جوشی تحت کشش قرار می‌گیرد تا گسیختگی رخ دهد. به شرطی این وصله قابل قبول است که که گسیختگی در خود میلگرد نه ناحیه وصله جوشی رخ دهد.