پیچ و مهره اعلاء- استفاده مجدد از پیچ و مهره اعلاء

High Strength Bolts-Reused Bolts

 محمد جعفر کُرمی.

چکیده:

استفاده ازپیچ و مهره اعلاء در ساختمان ها امروزه عامیت یافته و طبعا مسئله بکار گیری دوباره ازآن مطرح می گردد.استفاده مجدد از پیچ های اعلاء  اغلب به باز کردن و سپس بستن آن در اتصال بعدی یا همان اتصال اشاره دارد . اگر چه استفاده مجدد این پیچ ها در کشورهای پیشرفته معمول نیست ، ولی ممکن است برای انواع خاصی از  سازه ها مانند ساختمان های موقتی و تعمیر و تقویت ساختمان های موجود مورد استفاده قرار گیرد . بعلاوه ، در صورت استفاده مجدد از این پیچ ها در هنگام دوباره سرهم کردن سازه ، ممکن است صرفه جویی قابل توجهی در هزینه ها امکان پذیر باشد .

طبیعی است که به علت گرانی نسبی این اتصال دهنده در ایران هزینه پیچ های دور ریخته شده نسبتا" گران تمام می شود .

این مقاله نتیجه می گیرد که در مورد استفاده از پیچهای ASTM A325    سیاه ، بی توجه به نحوه استفاده قبلی، با توجه به شرائط خاص که مورد تأیید مهندس مسئول پروژه ( (Engineer of  Record قرار بگیرند قابل استفاده مجدد هستند. استفاده دوباره ازپیچ  ASTM A325 گالوانیزه و ASTM A490   توصیه نگردیده.

هدف تهیه این مقاله فراهم کردن اطلاعات رفتاری استفاده از پیچ و مهره اعلاء  ASTM A325 وASTM A490   که قبلا مورد استفاده قرار گرفته اند می باشد.

در این مقاله همچنین برداشتی از مقالات  و تحقیقات و آئین نامه های کاربردی صورت گرفته و توضیحات لازم برای درک بهتر نظرات ارائه شده ،داده خواهد شد.

همچنین به شرائط خاص که بر اساس آن می توان از پیچ اعلاء دوباره استفاده کرد می پردازیم و  نظرات مختلف حاصل از آزمایشات در مورد استفاده مجدد از پیچ   ASTM A325 وASTM A490   دیده می شود.

در انتها پیشنهاد در مورد استفاده دوباره از پیچ اعلاء و اثر روغن کاری پیچ ،قبل از مصرف ،عرضه می شود.

تاریخچه:

در مراجع مختلف  آمده که استفاده ازپیچ های اعلاء  ASTM A325 و ASTM A490   که قبلا" درحالت اتصال جذب ( Snug tight)  بسته شده اند ، برای دوباره مورد استفاده قرارگرفتن هیچگونه مشکلی ندارد.

پیچهای اعلاء که کاملا" تحت پیش تنیدگی قرار گرفته اند ، چه در حالت اتکایی (Bearing ) و اصطکاکی  ( (Slip Critical ممکن است بشرح زیرمورد قضاوت قرارگیرند .

براساس مشخصات   RCSC (مرجع1 ) در بخش  8g) )    پیچهای ASTM A490  و گالوانیزه شده  ASTM A325  که مطابق بخش (8d)   مشخصات RCSC کاملا" پیش تنیده شده برای دوباره مورد استفاده قرارگرفتن مناسب نیستند.

استفاده از پیچهای ASTM A325    سیاه ،بی توجه به نحوه استفاده قبلی قابل استفاده مجدد هستند به شرط آنکه مورد تأیید مهندس مسئول پروژه  ( (Engineer of  Record  قرار بگیرند . تنها قانونی که در این مورد می تواند به کمک مهندس مسئول پروژه بیاید آنستکه مهره روی پیچ قرار گرفته ودر تمام طول دنده آن براحتی با دست بسته شود. (مرجع 4 صفحه117  و مرجع5 ص 46)

این قانون یک نماگر و نشان دهنده آن است که مقدارپلاستیک شدن دنده های پیچ که معمولا" در عمق ریشه پیچ بوجودمی آید ،از حد کوچکی تجاوز نکرده و یا تغییر شکل پلاستیک در ساقه پیچ رخ داده.

 بعضی از منابع و مراجع یک یا دو بار استفاده  مجدد از پیچ A325  را مجاز نموده اند .( مرجع5 ص 46 ومرجع 8 ص62 )

 حتی یک یا دوبار استفاده از پیچ A490 در بعضی مراجع مجاز دانسته شده (مرجع 4 ص 116 )

اگر پیچی در اتصال در حالتی که پیچ های دیگر به حالت اتصال جذب می روند ، شل شود ، نباید به عنوان پیچ مصرف شده دیده شود . این پیچ ها می تواند در صورت لزوم به حالت پیش تنیدگی کامل  بروند و به عنوان پیچ دائمی اتصال بسته شوند . (مرجع5 ص 46  و مرجع4 ص117)

آزمایشات انجام شده توسط Christopher et.al مرجع7 روی پیچهای A325 و A490 نشان داده است که در صورتیکه دنده پیچ A490 قبل از بستن روغن کاری شده باشد تا 5 بار بازوبسته کردن به حد بارنشانه خودرسیده است . در آزمایشات دیگری که توسط M. D Brown and M.Betancourt (مرجع 6 ص  110 ) انجام شده ، پیچ های A490 که در جعبه برای آزمایشات نوسط کارخانه ارسال شده و به نظر می رسید فقط  بتوانند یکبار به بار نشانه برسند . در حالیکه آن ها به طور متوسط بعد از چهار بار باز و بسته شدن به خرابی رسیدند . در حالیکه همین پیچ ها که دنده های آنها قبل از بستن روغن کاری شده بود بصورت متوسط بعد از 8 بار باز و بسته شدن به خرابی رسیدند. در مورد این تفاوت برداشت و آزمایش یاد باید به نوع روغنکاری هنگام ساخت پیچ در کارخانه و روغن یا گریس مصرف شده در آزمایشگاه اشاره داشت.

 

توضیح:

اکنون به توضیحاتی در این مورد پرداخته می شود .

پیش می آید که به علتی یک اتصال بسته شده با پیچ های اعلاء که تا حد پیش تنیدگی لازم به طرق مختلف پیش رفته ، باید باز شود . سوال این است که پیچ های باز شده باید معدوم گردد و یا دوباره می توان از آن استفاده نمود .

در این مورد در بخش تاریخچه اشاره شد . اکنون به توضیحات بیشتر جهت باز شدن موضوع می پردازیم.

 

 شکل 1

 

 

یک پیچ با مشخصات معمول وقتی تا حداقل پیش تنیدگی مشخصه که برای پیچ های اعلاء ردیف 8.8 اروپائی و یا A325 آمریکایی معمولا" %70  حد جاری شدن و برای پیچ 10.9 یا A490  حدود بالاتراز %80  حد جاری شدن بسته شود به عنوان پیچ پیش تنیده محسوب می شود.

آنچه برای  یک پیچ پیش تنیده لازم است ، عبور از حداقل پیش تنیدگی مشخصه می باشد و نه رسیدن به آن .بنابراین در روش پیش تنیده نمودن پیچ اعلاء مقدار پیش تنیدگی از این مقدار معمولا بالاتر برده می شود.

 

 

 

 

 

 

                                                                                                   

شکل شماره 2 نشان می دهد که برای یک پیچ ، در روش مهره چرخانی Turn nut مقدار تنش برای یک پیچ 7/8 اینچ تا حدود زیادی از حداقل پیش تنیدگی مشخصه بالاتر رفته و در نتیجه مقدار تغییر طول نسبی درطول گیره پیچ نیز تا حدود 0/025 اینچ رسیده است .)تغییرشکل الاستیک وغیر الاستیک)

با توجه به شکل شماره 2 اگر نقطه شروع جاری پیچ را در نیروی 40 kips فرض کنیم مقدار حدود  0.0075 in    که معادل 0.190 mm می باشد  تغییر طول غیرالاستیک در اثرعملیات پیش تنیده سازی  در پیچ ایجاد شده.

حال این پیچ را باز می کنیم و سوال این است که آیا دوباره این پیچ در بستن و کشیدن بعدی جوابگو خواهد بود یا خیر ؟

جواب این سوال دو بخش دارد. اول : مقاومت لازم برای تحت تنش لازم قرار گرفتن بعدی. دوم: از نظر بسته شدن فیزیکی دچار مشکل نباشد .

اول: در مرجع 2 بند 8-6 و ترجمه آن (مرجع 4) نحوه رفتاری از نظر مقاومتی این پیچ تا زمانیکه به منطقه کوتاه خرابی(Fail)    وارد نشده مقاومت خود را در استفاده های بعدی از دست نمی دهد . همانطوریکه در شکل دیده می شود خط جاری شدن شبه افقی که تمایلی به سمت بالا نیز هنوز نشان می دهد که فاصله زیادی تا نقطه خرابی وجود دارد .

اما از نظر شکلی و بسته شدن فیزیکی ، چون جاری شدن ها اصولا" در بخش ریشه پیچ صورت می گیرد ، نتیجتا"   روی فاصله نوک دندها از یکدیگر تأثیر گذاشته و آنها را از هم دور می کند. این اتفاق در داخل مهره نیز خیلی کمتر و در بیرون مهره ونزدیک آن درطول دنده های درون طول گیره پیچ بسیار بیشتر اتفاق می افتد .

                                                                                                                                                شکل2

اما این تغییر طول در هرکجا ی دنده باشد وقتی از حدی بگذرد اجازه بسته شدن مهره روی پیچ را نمی دهد و دندها با هم خوانی مناسب روبرو نیستند . از این رو اگر مهره به صورت راحت روی پیچ بسته شود ، نتیجه می گیریم که  :

اولا" :  پیچ وارد منطقه خرابی نشده .

ثانیا" : تغییر طول نوک دنده ها مقدار قابل توجهی نیست .

 از این رو با رعایت شرط راحت بسته شدن مهره روی پیچ   finger tight امکان استفاده مجدد پیچ اعلاء که پیش تنیده شده ، بعد از باز شدن وجود دارد .

توجه 1: این نکته ضروری است که پیچ های اعلا بعضا منطقه کوتاهی را در هنگام جاری شدن طی می کنند. ولی این موضوع باعث تغییر زیادی در نتایج نیست.  چرا که این پیچ ها معمولا قله های تنش خرابی مرتفع تری دارند.(شکل 3)

 

 

 

شکل 3

 

 

 توجه 2: استفاده از اصطلاح جاری شدن در پیچ های اعلاء فقط در مباحث علمی ودر جهت روشن شدن موضوع استفاده می شود و بجای آن ازکلمه بار نشانه  (Proof Load)استفاده می گردد که برای مطالعه آن می توان به مرجع شماره 4 بخش 3-2-1ص 23 ، توضیحات مترجم، مراجعه نمود.

توجه 3: توضیح این موضوع ضروری است که این تکرار باز کردن و بستن پیچ ، بسته به نوع پیچ ،دارای دفعات محدود به دو تا سه بار بسته و باز کردن می شود. مسئله ترک های ناشی از ترد شکنی فولاد پیچ باعث این محدودیت است.نگاهی به شکل 4 افت تدرجی تنش وبالاخره گسیختگی در پائین حداقل پیش تنیدگی مجاز را درتکرار چهارم نشان می دهد.

درمورد پیچ A490  این افت شدید مشاهده می شود و مشخص می کند که محدودیت زیادتری دارد.

در مرجع 4 قید گردیده که این تکرر در مورد پیچ های خواهد بود که طبق معمول با روغن های با پایه آبی در کارخانه پوشش شده باشند.( مرجع  4 ص116 )

 

 

 

 

  شکل 4- سیکل خرابی

  نتیجه گیری کاربردی :

  • پیچ و مهره اعلاء A325 سیاه ، می تواند حداقل 2 بار به شرط تأیید مهندس مسئول کارگاه مورد استفاده قرار گیرد . شرط استفاده بیشتر ، بسته شدن مهره با دست بر روی تمام دنده پیچ است .

باید توجه داشت که عوارض بوجود آمده سطحی و شرایط نگهداری که  سطح دنده های پیج یا مهره را مخدوش کرده باعث نتیجه گیری غلط از روش بستن با دست نشود. در این مورد به کنده شدن دنده های پیچ نیز که بعضا" پیش می آید باید توجه داشت .

  • پیچ ومهره A490 ، اگر چه در سازه های متعارف مورد استفاده قرارنمی گیرد، وپیچ A325 گالوانیزه  با آنکه با استفاده از روغن کاری روی دنده ها تعداد سیکل های خرابی مناسبی را برای باز و بسته شدن مجدد نشان می دهند ولی به هر صورت  نباید مورد استفاده مجدد قرار گیرند .
  • پیچهای روغن کاری شده چه به صورت روغن و یا واکس رفتار بهتری را نشان می دهند و در بدترین حالت شبیه آنچه از کارخانه رسیده است می گردند .

روغن کاری دنده های پیچ بهبود در باربری نهایی ، ازدیاد نسبی طول را مخصوصا" برای پیچ های گالوانیزه نشان می دهند .

  • روغن کاری دنده ها تعداد سیکل خرابی را بالا می برد (حدود 2 سیکل ) همین طور این عمل باعث بیشتر شدن تعداد سیکل های خرابی پیچ گالوانیزه ،بیشتر از پیچ های سیاه ،می شود .

توجه شود که پیچ های گالوانیزه معمولا" به صورت خشک از کارخانه خارج می شوند . در حالیکه    پیچ های سیاه معمولا" روغن ناشی ازعملیات ساخت را روی خود دارند ، که این روغن نباید پاک شود .

 

 مراجع:

 

1-     ( RCSC Specification for Structural Joints Using High-Strength Bolts August 1, 2014                   (includes April 2015 Errata

2.                                                      High Strength Bolts –A Primer for Structural Engineers-Steel Design Guide No.17 -AISC 

3- High Strength Bolting for Canadian Engineers G.L. Kulak, Ph.D., P.Eng. Department of Civil Engineering University of Alberta        Edmonton, Alberta .cisc-icca-

  4- کتاب پیچ ومهره اعلاء – طراحی ، نصب  ، نظارت – ترجمه مهندس محمد جعفر کُرمی –انتشارات شرکت کُرمیت پارس – چاپ دوم – بهار 1398صفحه     .

 5 - 1                                                 A Guide to Engineering and Quality Criteria for Steel Structures- Part 1-Fourth Edition.AISC   

  2-5                                                  A Guide to Engineering and Quality Criteria for Steel Structures- Part 2-Fourth Edition.AISC 

 

6- Bowman, Mark D.; Betancourt, Miguel (1991). "Reuse of A325 and A490 High-Strength Bolts," Engineering Journal, American  Institute of Steel Construction, Vol. 28

7-  Christopher, R. J., Kulak, G. L., and Fisher, J. W., "Calibration of Alloy Steel Bolts," Journal of the Structural Division,  92:No.ST2       (April  1966)  1940   

 

8-Guide to Design Criteria for Bolted and Riveted Joints Second Edition. Geoffrey L. Kulak John W. Fisher John H. A. Struik

 

 

 

پ

برو بالا