چرا میلگرد آجدار مهم است؟

[rkiahoseyni]

مقدمه:

میلگرد تقویت کننده (یا میلگرد فولادی) یک عنصر مهم در مهندسی عمران و ساخت و ساز توسط سازه های بتنی می باشد. به عبارتی، همه اجزا و هر چیز مربوط به سازه ساختمان، از راهرو گرفته تا ساختمان‌های 100 طبقه به تقویت و استحکام بخشیدن توسط آنها نیاز دارد.

چرا این میلگرد دارای برجستگی هستند؟

دو دلیل وجود دارد که میلگردهای مدرن با برآمدگی ها یا دنده ها (که به آنها آجدار نیز گفته می شود) تولید می شوند:

• اول اینکه آج ها سطحی زبر بر روی میله ایجاد می کنند که ضریب اصطکاک آن را افزایش داده و به آن اجازه می دهد تا به طور مؤثرتری با بتن پیوند بخورد.
• دوم اینکه در فرآیند تولید و ساخت میلگرد، تغییر شکل ها باعث افزایش استحکام کششی آنها از طریق فرآیند سخت شدن می شود.

در این مقاله نگاهی دقیق‌تر به ویژگی های منحصربه‌فرد میلگردهای تقویت‌کننده تغییر شکل یافته انداخته شده است. این که چگونه میلگرد آجدار بر طراحی مهندسی سازه تأثیر می‌گذارند، و چگونه خواص میله‌ای که دارای برآمدگی و آج است با آرماتور گرد (یا مسطح) متفاوت است.

تاثیر آج بر خواص میلگرد:

 ممکن است این سوال در ذهن مهندسان و صنعتگران ایجاد شده باشد که چگونه برآمدگی ها یا تغییر شکل های روی میلگرد، به اتصال آن در بتن کمک می کند. سازه های بتنی باید به صورت مرحله ای ساخته شوند. هر مرحله از ساخت و ساز اغلب نیاز به پیوند ساختاری با مرحله بعدی دارد تا فرم ساخته شده نهایی به عنوان یک موجودیت واحد رفتار کند. نقطه ای که در آن دو بخش از سازه به هم می رسند اغلب به عنوان "مفصل ساختمانی" نامیده می شود. جزئیات ناکافی در رابط مشترک ساختمانی دلیل اصلی فروریختن پل عابر پیاده FIU در فلوریدا بود. برای شناخت و دانستن چرایی و چگونگی فروریختن پل FIU از دیدگاه مهندسین سازه، مطالعات و تحقیقات مختلفی در حوزه مهندسی عمران، مواد و مکانیک انجام شده است.

به طور کل اتصالات بین مراحل بخشهای مختلف یک سازه ممکن است شامل موارد زیر باشد:

• پایه ستونی که به پایه آن متصل است
• دو دال مجاور که نیاز به ریختن حجم های بتن در طی چند روز است.
• دال متصل به دیوار برشی
• ستون ها و دیوارها از یک سطح به سطح زیر و بالای آن متصل می شوند.

پیوند بین میله تقویت کننده و بتن چیزی است که به مراحل مختلف ساخت و ساز اجازه می دهد تا به هم گره بخورند. و همیشه این سوال مطرح می شود که این پیوند چگونه کار می کند. بیایید یک میله تقویت شده تغییر شکل یافته را در یک توده بتنی در نظر بگیریم. همچنین اجازه دهید اعمال نیروی کششی در انتهای میله را در نظر بگیرید که آن را از توده بتن دور می کند. اگر بخواهیم نیروی اعمالی روی این میله فرضی را افزایش دهیم، در نهایت شکست رخ خواهد داد. خرابی سیستم به یکی از سه روش زیر رخ می دهد:

1. رابط برشی و اصطکاک بین میلگرد و بتن از کار می افتد و میله از بتن بیرون می لغزد.
2. توده بتن از بین می رود و از بتن اطراف خارج می شود و مخروط یا شکست بیرون کشیده می شود.
3. میلگرد تحت بار کششی شکسته می شود.

فاصله ای که میله تقویت کننده به داخل توده بتن بیرون می زند به طول توسعه آن (یا طول تعبیه) اشاره می شود. مکانیسم های شکست در بالا به طول توسعه ای که به میله در داخل توده بتن ارائه شده است بستگی دارد. اغلب مهندس سازه طول تعبیه آرماتور را مشخص می کند تا توسعه کامل میله حاصل شود. این استحکام اتصال را به حداکثر می‌رساند زیرا از استحکام کامل میله استفاده می‌شود. توسعه کامل یک میلگرد تقویت کننده زمانی است که فاصله کافی در یک توده بتنی قرار می گیرد تا باعث شکست از طریق شکست آرماتور به جای شکست رابط اصطکاک برشی میله و شکست بتن یا مخروط بتن شود.

از این توضیح، می‌توانیم تعیین کنیم که دو تا از سه مکانیسم خرابی یک میله تقویت‌کننده که از یک توده بتنی بیرون کشیده می‌شود، ناشی از طراحی نادرست است که در ذیل دلایل آن بیان گردیده است:

• مکانیزم شکست نوع 1: شکست برشی و اصطکاک میلگرد در برابر بتن توسعه نیافته
• مکانیزم شکست نوع 2: شکست مخروط بتنی (یا خروجی) توسعه نیافته که دارای جاسازی کم است
• مکانیزم شکست نوع 3: شکستگی آرماتور کاملاً توسعه یافته و جاسازی کافی تغییر شکل‌ها (یا برجستگی‌ها/دنده‌ها) روی یک میله تقویت‌کننده باعث می‌شود طول تعبیه کوتاه‌تری برای دستیابی به توسعه کامل میله ایجاد شود.

برآمدگی های روی میله باعث افزایش سطح تماس بتن با سطح میله و همچنین افزایش ضریب اصطکاک سطح مشترک می شود. این موضوع به آن معنی است که برای یک میله تغییر شکل یافته با برجستگی در مقایسه با یک میله گرد، طول تعبیه کمتری لازم است.

تاثیر آج بر استحکام میلگرد:

آرماتور در شکل ها و اندازه های مختلف وجود دارد. دو نوع اصلی تقویت کننده مورد استفاده در ایران و سراسر جهان عبارتند از:

1. میله تغییر شکل یافته (قابل شناسایی با برجستگی ها یا دنده های مشخص)

2. نوار گرد (نوار با سطح صاف)

افزودن دنده ها یا تغییر شکل ها به میلگرد تقویت کننده مزیت زیادی در افزایش استحکام کششی آن دارد. برای درک این که چگونه این نوع میلگرد کار می کند، باید به ساختار فولاد در سطح اتمی نگاه کنیم.

در سطح زیر میکروسکوپی، اتم‌های درون فولاد خود را در یک ساختار محکم قرار می‌دهند. این آرایش به عنوان ساختار کریستالی شناخته می شود. کریستال شیشه شفافی نیست که ممکن است با آن آشنا باشید، اما قطعه ای از یک ماده جامد همگن با شکل هندسی منظم طبیعی با وجوه مسطح به صورت متقارن است که اتم های درون فولاد را در صفحات منظم قرار می دهند. هنگامی که فولاد فراتر از حد الاستیک خود خم می شود، این صفحات اتم ها روی یکدیگر می لغزند که باعث تغییر شکل می شود.

در حالی که ساختار اتمی دچار تغییر شکل می شود، چیزی جالب رخ می دهد. نابجایی ها می توانند در آرایش مسطح به دلیل تغییر شکل ایجاد شوند. هر چه فولاد بیشتر تغییر شکل دهد، نابجایی های بیشتری در آرایش اتمی فولاد ایجاد می شود. سپس نابجایی ها می توانند به یکدیگر بپیوندند و در هم تنیده شوند. شبکه نابجایی ها از لغزش آسان آرایش کریستالی اتم ها در امتداد یکدیگر جلوگیری می کند که باعث افزایش استحکام فولاد می شود.

با بررسی فلزات تغییر شکل یافته به وسیله میکروسکوپ های الکترونی، می توان درک کرد که یک نابجایی منفرد در ساختار کریستالی فولاد در سطح اتمی چگونه ممکن است به نظر برسد. نابجایی ها باعث ایجاد اختلال در الگوی کریستالی منظم می شوند. آهنگرها به طور شهودی این ویژگی را در فولاد قبل از اینکه نظریه اتمی را درک کنند، می دانستند. این پدیده قوی شدن فولاد با تغییر شکل آن "سخت کاری" نامیده می شود. شمشیرسازان ژاپنی برای قرن ها از این تکنیک برای تولید شمشیرهای سامورایی استفاده می کردند. فرآیندی که شامل گرم کردن، تا کردن و "خمیر کردن" فولاد است که به طور چشمگیری استحکام آن را افزایش می دهد.

در طول ساخت آرماتور تغییر شکل یافته، میله در حالی که هنوز قابل انعطاف است، چین خورده یا کشیده می‌شود تا ویژگی آجدار متمایز را که در فولاد تقویت‌کننده مدرن می‌بینیم، ارائه دهد. این باعث ایجاد تغییر شکل در فولاد برای ایجاد نابجایی می شود که باعث افزایش استحکام آن می گردد.

شما می توانید این را خودتان با یک آزمایش کوچک در خانه امتحان کنید. دفعه بعد که یک نوشابه را از یک قوطی تمام کردید، آن را له کنید، سپس آن را چندین بار به جلو و عقب خم کنید و متوجه شوید که چگونه قبل از شکستگی سفت تر می شود. به طور مشابه با تولید میلگرد تقویت کننده، مقدار کار مناسبی برای سخت شدن یک عملیات حرارتی لازم است تا استحکام کافی و همچنین ویژگی های شکل پذیری به آن داده شود. این فرآیند و همچنین عملیات حرارتی، خواص میلگردهای تغییر شکل یافته را تا حدود دو برابر استحکام کششی آرماتور میله گرد معمولی افزایش می دهند. این بدان معناست که در طراحی سازه توسط میلگردهای تغییر شکل یافته به حدود نصف میلگرد معمولی مواد فولادی نیاز است تا استحکامی مشابه بدست آید.

گردآورنده: سیدرحیم کیاحسینی