في مختلف الحالات الإنشائية، قد يحتاج المهندسون إلى تقييم قوة الوصلات المصنوعة من اللحامات والمثبتات الميكانيكية. اليوم، عادةً ما تكون المثبتات الميكانيكية عبارة عن مسامير، ولكن قد تحتوي التصاميم القديمة على مسامير برشام.
قد يحدث هذا أثناء عمليات الترقيات أو التجديدات أو تحسينات المشروع. قد يتطلب التصميم الجديد التثبيت بالمسامير واللحام ليعملا معًا في المفصل، حيث تُثبّت المادة المراد ربطها أولًا بالمسامير، ثم تُلحم لتوفير القوة الكاملة للمفصل.
مع ذلك، فإن تحديد القدرة الاستيعابية الكلية للوصلة ليس ببساطة جمع مجموع مكوناتها الفردية (اللحامات، والمسامير، والمسامير البرشامية). وقد يؤدي هذا الافتراض إلى عواقب وخيمة.
يتم وصف الوصلات الملولبة في مواصفات الوصلات الهيكلية للمعهد الأمريكي للهياكل الفولاذية (AISC)، والتي تستخدم مسامير ASTM A325 أو A490 كتثبيت محكم أو تحميل مسبق أو مفتاح انزلاق.
شدّ الوصلات بإحكام باستخدام مفتاح ربط صدمي أو مفتاح أقفال تقليدي ذي وجهين لضمان تماسك الطبقات. في الوصلات مسبقة الإجهاد، تُركّب البراغي بحيث تتعرض لأحمال شد كبيرة، بينما تتعرض الصفائح لأحمال ضغط.
١. لفّ الصمولة. تتضمن طريقة لفّ الصمولة شد البرغي ثم لفّ الصمولة قليلاً، ويعتمد ذلك على قطر البرغي وطوله.
٢. معايرة المفتاح. طريقة معايرة المفتاح تقيس عزم الدوران المرتبط بشد البراغي.
٣. مسمار ضبط الشد من نوع الالتواء. مسامير الشد القابلة للفك مزودة بمسامير صغيرة في طرف المسمار المقابل للرأس. عند الوصول إلى عزم الدوران المطلوب، يُفك المسمار.
٤. مؤشر السحب المستقيم. مؤشرات الشد المباشر عبارة عن غسالات خاصة مزودة بألسنة. يشير مقدار الضغط على العروة إلى مستوى الشد المطبق على البرغي.
ببساطة، تعمل البراغي كدبابيس في وصلات محكمة ومُشدودة مسبقًا، تمامًا مثل دبوس نحاسي يُثبّت رزمة من الورق المثقوب. تعمل وصلات الانزلاق الحرجة بالاحتكاك: يُولّد التحميل المسبق قوة سفلية، ويعمل الاحتكاك بين أسطح التلامس معًا لمقاومة انزلاق الوصلة. يشبه الأمر مُجلّدًا يُثبّت رزمة من الأوراق معًا، ليس بسبب وجود ثقوب فيها، بل لأن المُجلّد يضغط الأوراق معًا، والاحتكاك يُثبّت الرزمة معًا.
تتمتع مسامير ASTM A325 بقوة شد تتراوح بين 150 و120 كجم/بوصة مربعة (KSI)، وذلك حسب قطر المسمار، بينما يجب أن تتمتع مسامير A490 بقوة شد تتراوح بين 150 و170 كجم/بوصة مربعة. تتصرف وصلات البرشام بشكل أشبه بالوصلات المحكمة، ولكن في هذه الحالة، تكون المسامير عادةً أقل قوة بنحو نصف قوة مسامير A325.
عند تعرض وصلة مثبتة ميكانيكيًا لقوى قص (عندما يميل أحد العناصر إلى الانزلاق فوق الآخر بسبب قوة مؤثرة)، قد يحدث أحد أمرين. قد تكون البراغي أو المسامير على جانبي الثقوب، مما يتسبب في انفصالها في الوقت نفسه. والاحتمال الثاني هو أن الاحتكاك الناتج عن قوة تثبيت المثبتات المشدودة مسبقًا يتحمل أحمال القص. لا يُتوقع حدوث انزلاق في هذه الوصلة، ولكنه وارد.
يُعدّ الربط المُحكم مقبولاً في العديد من التطبيقات، إذ لا يُمكن للانزلاق الطفيف أن يؤثر سلباً على خصائصه. على سبيل المثال، لنفترض وجود صومعة مُصممة لتخزين المواد الحبيبية. قد يكون هناك انزلاق طفيف عند التحميل لأول مرة. بمجرد حدوث الانزلاق، لن يتكرر، لأن جميع الأحمال اللاحقة لها نفس الطبيعة.
يُستخدم عكس الحمل في بعض التطبيقات، كما هو الحال عند تعرض العناصر الدوارة لأحمال شد وضغط متناوبة. ومن الأمثلة الأخرى تعرض عنصر الانحناء لأحمال عكسية تمامًا. عند حدوث تغيير كبير في اتجاه الحمل، قد يلزم توصيل مُحمّل مسبقًا لمنع الانزلاق الدوري. يؤدي هذا الانزلاق في النهاية إلى مزيد من الانزلاق في الثقوب الطويلة.
تتعرض بعض المفاصل لدورات تحميل متعددة، مما قد يؤدي إلى إجهادها. وتشمل هذه المفاصل مكابس الضغط، ودعامات الرافعات، ووصلات الجسور. وتُعدّ الوصلات الحرجة المنزلقة ضرورية عند تعرضها لأحمال إجهاد عكسية. في هذه الحالات، من المهم جدًا عدم انزلاق المفصل، لذا يلزم استخدام وصلات حرجة الانزلاق.
يمكن تصميم وتصنيع الوصلات المُثبّتة بالمسامير وفقًا لأيٍّ من هذه المعايير. تُعتبر وصلات البرشام مُحكمة.
الوصلات الملحومة صلبة. أما وصلات اللحام فهي معقدة. بخلاف الوصلات المُثبّتة بإحكام، والتي قد تنزلق تحت الحمل، لا تحتاج اللحامات إلى التمدد وتوزيع الحمل المطبق بشكل كبير. في معظم الحالات، لا تتشوه المثبتات الميكانيكية الملحومة والمحملة بنفس الطريقة.
عند استخدام اللحامات مع مثبتات ميكانيكية، ينتقل الحمل عبر الجزء الأصعب، ما يسمح للحام بتحمل معظم الحمل، مع مشاركة جزء ضئيل جدًا منه مع البرغي. لذلك، يجب توخي الحذر عند اللحام والربط بالمسامير وتثبيت المسامير. المواصفات. يحل AWS D1 مشكلة خلط المثبتات الميكانيكية واللحامات. المواصفة 1:2000 للحام الهياكل الفولاذية. تنص الفقرة 2.6.3 على أنه بالنسبة للمسامير أو البراغي المستخدمة في الوصلات ذات النوع الحامل (أي حيث يعمل البرغي أو البرشام كدبوس)، لا ينبغي اعتبار المثبتات الميكانيكية مشاركة للحمل مع اللحام. في حالة استخدام اللحام، يجب توفيرها لحمل الحمل الكامل في الوصلة. ومع ذلك، يُسمح بالوصلات الملحومة بعنصر واحد والمثبتة بمسامير أو بمسامير بعنصر آخر.
عند استخدام مثبتات ميكانيكية تحملية وإضافة لحامات، تُهمل قدرة تحمل البرغي بشكل كبير. وفقًا لهذا الشرط، يجب تصميم اللحام لنقل جميع الأحمال.
هذا يُطابق بشكل أساسي معيار AISC LRFD-1999، البند J1.9. مع ذلك، يسمح المعيار الكندي CAN/CSA-S16.1-M94 أيضًا بالاستخدام المُستقل عندما تكون قوة المُثبّت الميكانيكي أو البرغي أعلى من قوة اللحام.
في هذه المسألة، هناك ثلاثة معايير متسقة: لا تتوافق إمكانيات التثبيتات الميكانيكية من نوع المحمل مع إمكانيات اللحام.
يناقش القسم 2.6.3 من AWS D1.1 أيضًا الحالات التي يُمكن فيها دمج البراغي واللحامات في وصلة من جزأين، كما هو موضح في الشكل 1. اللحامات على اليسار، والبرغي على اليمين. يمكن أخذ القدرة الكلية للحامات والمسامير في الاعتبار هنا. يعمل كل جزء من الوصلة بشكل مستقل. وبالتالي، يُعد هذا الكود استثناءً للمبدأ الوارد في الجزء الأول من 2.6.3.
تنطبق القواعد التي ناقشناها للتو على المباني الجديدة. بالنسبة للهياكل القائمة، ينص البند 8.3.7 D1.1 على أنه عندما تُظهر الحسابات الإنشائية أن مسمارًا أو برغيًا سيتعرض لحمولة زائدة بحمل إجمالي جديد، يُخصص له الحمل الساكن الحالي فقط.
وتتطلب القواعد نفسها أنه إذا تم تحميل البرشام أو البراغي بأحمال ثابتة فقط أو تعرضها لأحمال دورية (إجهاد)، فيجب إضافة كمية كافية من المعدن الأساسي واللحامات لدعم الحمل الإجمالي.
يكون توزيع الحمل بين المثبتات الميكانيكية واللحامات مقبولاً إذا كان الهيكل مُحمَّلاً مسبقًا، أي إذا حدث انزلاق بين العناصر المتصلة. ولكن لا يُمكن تحميل المثبتات الميكانيكية إلا بأحمال ساكنة. يجب حماية الأحمال الحية التي قد تُؤدي إلى انزلاق أكبر باستخدام لحامات قادرة على تحمّل الحمل بالكامل.
يجب استخدام اللحامات لتحمل جميع الأحمال المطبقة أو الديناميكية. عند تحميل المثبتات الميكانيكية بشكل زائد، لا يُسمح بتقاسم الأحمال. في حالة التحميل الدوري، لا يُسمح بتقاسم الأحمال، لأن الحمل قد يؤدي إلى انزلاق دائم وزيادة تحميل اللحام.
رسم توضيحي. لنفترض وجود وصلة متداخلة مُثبّتة بإحكام في الأصل (انظر الشكل 2). يُضيف الهيكل قوة إضافية، ويجب إضافة وصلات وموصلات لمضاعفة القوة. يوضح الشكل 3 الخطة الأساسية لتقوية العناصر. كيف يجب إجراء التوصيل؟
بما أنه كان لا بد من ربط الفولاذ الجديد بالفولاذ القديم باستخدام لحامات فيليه، قرر المهندس إضافة بعض لحامات فيليه عند الوصلة. ولأن البراغي كانت لا تزال في مكانها، كانت الفكرة الأصلية هي إضافة اللحامات اللازمة فقط لنقل الطاقة الإضافية إلى الفولاذ الجديد، مع توقع مرور 50% من الحمل عبر البراغي و50% عبر اللحامات الجديدة. هل هذا مقبول؟
لنفترض أولاً أنه لا توجد أحمال ثابتة مطبقة حاليًا على الاتصال. في هذه الحالة، تنطبق الفقرة 2.6.3 من AWS D1.1.
في هذا النوع من الوصلات الحاملة، لا يُمكن اعتبار اللحام والبرغي مشتركين في الحمل، لذا يجب أن يكون حجم اللحام المُحدد كبيرًا بما يكفي لتحمل جميع الأحمال الساكنة والديناميكية. لا يُمكن مراعاة قدرة تحمل البراغي في هذا المثال، لأنه بدون حمل ساكن، ستكون الوصلة في حالة ارتخاء. يتمزق اللحام (المصمم لتحمل نصف الحمل) في البداية عند تطبيق الحمل الكامل. ثم يحاول البرغي، المصمم أيضًا لنقل نصف الحمل، نقل الحمل وينكسر.
بافتراض وجود حمل ساكن. بالإضافة إلى ذلك، يُفترض أن الوصلة الحالية كافية لتحمل الحمل الدائم الحالي. في هذه الحالة، تُطبق الفقرة 8.3.7 D1.1. يجب أن تتحمل اللحامات الجديدة فقط الأحمال الساكنة والأحمال الحية العامة المتزايدة. يمكن تخصيص الأحمال الميتة الحالية للمثبتات الميكانيكية الحالية.
تحت الحمل الثابت، لا يرتخي الوصل. بل تتحمل البراغي حمولتها بالفعل. وقد حدث انزلاق طفيف في الوصلة. لذلك، يمكن استخدام اللحامات لنقل الأحمال الديناميكية.
تعتمد إجابة سؤال "هل هذا مقبول؟" على ظروف الحمل. في الحالة الأولى، في حال عدم وجود حمل ثابت، تكون الإجابة سلبية. أما في الحالة الثانية، فتكون الإجابة نعم.
ليس من الممكن دائمًا التوصل إلى استنتاجٍ قاطعٍ بمجرد تطبيق حملٍ ساكن. فمستوى الأحمال الساكنة، وملاءمة التوصيلات الميكانيكية الموجودة، وطبيعة الأحمال الطرفية - سواءً أكانت ساكنة أم دورية - قد تُغيّر الإجابة.
دوان ك. ميلر، دكتور في الطب، مهندس محترف، 22801 شارع سانت كلير، كليفلاند، أوهايو 44117-1199، مدير مركز تكنولوجيا اللحام، شركة لينكولن إلكتريك، www.lincolnelectric.com. تُصنّع شركة لينكولن إلكتريك معدات اللحام ومستهلكاته حول العالم. يساعد مهندسو وفنيو مركز تكنولوجيا اللحام العملاء على حل مشاكل اللحام.
جمعية اللحام الأمريكية، 550 NW LeJeune Road، ميامي، فلوريدا 33126-5671، هاتف 305-443-9353، فاكس 305-443-7559، الموقع الإلكتروني www.aws.org.
ASTM Intl.، 100 Barr Harbor Drive، West Conshohocken، PA 19428-2959، هاتف 610-832-9585، فاكس 610-832-9555، موقع الويب www.astm.org.
جمعية الهياكل الفولاذية الأمريكية، One E. Wacker Drive، Suite 3100، Chicago، IL 60601-2001، هاتف 312-670-2400، فاكس 312-670-5403، موقع الويب www.aisc.org.
فابريكاتور هي المجلة الرائدة في أمريكا الشمالية في مجال تصنيع وتشكيل الفولاذ. تنشر المجلة أخبارًا ومقالات تقنية وقصص نجاح تُمكّن المصنّعين من أداء أعمالهم بكفاءة أكبر. تعمل فابريكاتور في هذا المجال منذ عام ١٩٧٠.
الآن مع إمكانية الوصول الكامل إلى النسخة الرقمية من The FABRICATOR، يمكنك الوصول بسهولة إلى موارد الصناعة القيمة.
أصبحت النسخة الرقمية من مجلة The Tube & Pipe Journal متاحة الآن بشكل كامل، مما يوفر سهولة الوصول إلى الموارد الصناعية القيمة.
احصل على وصول رقمي كامل إلى مجلة STAMPING Journal، التي تضم أحدث التقنيات وأفضل الممارسات وأخبار الصناعة لسوق ختم المعادن.
الآن، مع إمكانية الوصول الرقمي الكامل إلى The Fabricator en Español، يمكنك الوصول بسهولة إلى موارد الصناعة القيمة.