مقدمه:
چرا باید ضوابط مرتبط با کوپلر میلگرد را بیشتر بشناسیم؟ چرا هم اکنون که بیش از بیست سال از ورود این تکنولوژی به کشورمان گذشته همچنان مخالفان خودش را دارد؟ بسیار قابل درک است که طراحان و مهندسان سازه که سال‌هاست با روش های سنتی طراحی سازه‌های بتنی را انجام داده‌اند نسبت به روش‌های جدیدتر گارد داشته باشند. ما در این مقاله، قصد داریم دیدگاه کاملی به مهندسان درباره الزامات و ضوابط استفاده از این روش طبق آیین نامه های ایران و جهان ارائه بدهیم. اگر هم میخواهید بیشتر درباره ی کوپلر و کاربرد های آن بدانید مقاله کوپلر چیست را حتما مطالعه کنید.
کوپلر میلگرد از نظر انتقال بار چطور عمل می‌کند؟
به طور کلی ممکن است مواقعی پیش بیاد که استفاده از اتصال مکانیکی نسبت به روش‌های سنتی چه از نظر اجرایی و چه از نظر طراحی سازه مناسب‌تر باشد. رزوه و کوپلر برخلاف روش سنتی اورلپ که بر روی هماهنگی و پیوند بین آرماتور و بتن تکیه دارد، به گونه‌ای طراحی شده‌است که بار را تنها با اتکا بر اتصال رزوه و کوپلر، بین میلگرد‌ها منتقل می‌کند. به این ترتیب، اتصال مستقل از بتن عمل کرده و پیوستگی بهتری را برای میلگرد‌ها ایجاد می‌کند. بنابراین در صورتی که بتن به هر دلیلی خراب شود و یا کیفیت لازم را در اطراف اتصال نداشته‌باشد احتمال گسیختگی اتصال میلگرد‌هایی که با کوپلر به یکدیگر متصل شده‌اند وجود ندارد.
کوپلر میلگرد در آیین‌نامه UBC97 چه جایگاهی دارد؟
این آیین‌نامه به صورت کلی اتصالات مکانیکی را به دو دسته تقسیم‌بندی کرده‌است:
- تیپ 1: اتصالات مکانیکی که پس از قرار‌گرفتن تحت آزمایش کشش به مقاومتی برابر با 1.25 برابر مقاومت تسلیم(fy) میلگرد برسند، جز تیپ 1 اتصالات مکانیکی قرار می‌گیرند.
- تیپ 2: اتصالات مکانیکی که پس از قرار‌گرفتن تحت آزمایش کشش به مقاومتی معادل 1.6 برابر مقاومت تسلیم(fy) آرماتور و یا 0.95 درصد مقاومت نهایی(fu) میلگرد(هر کدام که کمتر باشد) برسد.
استفاده از تیپ 1 در مناطق کم زلزله، در همه جای ساختمان مجاز است اما برای مناطق زلزله‌خیز این تیپ اتصالات باید با فاصله مشخصی (d= برابر با عمق مقطع) از محل تشکیل مفصل پلاستیک استفاده شوند. همچنین استفاده از این تیپ 1 در داخل گره اتصال مجاز نیست. تیپ 2 این اتصالات مقاومت بیشتری از تیپ 1 دارد و از این رو می‌تواند در همه جای سازه و در هر منطقه لرزه‌ای استفاده شود.
کوپلر میلگرد در آیین‌نامه ACI318-2014 چه جایگاهی دارد؟
این آیین‌نامه نیز دقیقا مانند آیین‌نامه UBC97 اتصالات مکانیکی را به دو تیپ تقسیم‌بندی کرده‌است:
- تیپ 1: اتصال مکانیکی استاندارد با مقاومت حداقل 1.25 برابر مقاومت تسلیم(fy) میلگرد.
- تیپ 2: اتصال مکانیکی لرزه‌ای و تحکیم‌یافته با مقاومتی برابر با min(1.6fy , 0.95fu).
طبق این آیین‌نامه استفاده از هر دو تیپ کوپلر میلگرد در تمامی قاب‌های خمشی مجاز می‌باشد. تنها در قاب‌های خمشی ویژه محدودیت‌هایی برای تیپ 1 اتصال مکانیکی وجود دارد. این در حالی است که استفاده از تیپ 2 در تمامی نقاط ساختمان مجاز دانسته می‌شود. در ادامه محدودیت‌های بیان شده درباره تیپ 1 اتصال مکانیکی را در قاب های خمشی ویژه بررسی می‌کنیم:
- استفاده از اتصال تیپ 1 در نقاطی که مستعد تغییر شکل ارتجاعی و یا جاری‌شدگی هستند مجاز نمی‌باشد.
- استفاده از اتصال تیپ 1 در فاصله‌ای برابر با 2 برابر عمق مقطع از وجه ستون یا تیر مجاز نمی‌باشد.
کوپلر میلگرد در مبحث نهم مقررات ملی ساختمان"طرح و اجرای ساختمان های بتن آرمه" چه جایگاهی دارد؟
-
-
-
- جدید‌ترین ویرایش مبحث نهم مقررات ملی ساختمان در سال 1399 نیز اتصالات کوپلر میلگرد را به دو گروه تقسیم بندی کرده است:(بند 9-21-4-7-6 و بند 9-20-6-2-2-6)
-
-
- نوع 1: اتصال مکانیکی با مقاومت حداقل 1.25 برابر مقاومت تسلیم(fy) میلگرد.
- نوع 2: اتصال مکانیکی که مقاومتی برابر با مقاومت گسیختگی اسمی(fu) میلگرد وصله شده، دارا باشد.
نکات تکمیلی:
- استفاده از اتصال مکانیکی در آرماتور‌های طولی ستون مجاز می‌باشد.(بند 9-12-6-4-1)
- استفاده از اتصال مکانیکی یکی از راه‌های تامین مقاومت کششی ناشی از خمش در دیافراگم‌ها می‌باشد.(بند 9 -14-5-2-2)
- استفاده از این ها در محدوده ¼ عمق دیافراگم(h) از لبه کششی تکیه گاه مجاز می‌باشد.(بند 9-14-5-2-3)
- اتصالات مکانیکی که از درز بین قطعات پیش ساخته عبور می‌کنند باید برای تحمل نیروی کششی متناظر با بازشدگی مورد انتشار در اتصال طراحی شود.(بند 9-14-5-2-4)
- برای انتقال نیرو‌ها و لنگر‌های پای ستون‌ها، دیوارها یا ستون‌های پایه به شالوده می‌توان از اتصال مکانیکی استفاده کرد.(بند 3-17-9-1-1)
- در محل اتصال ستون‌ها، ستون‌های پایه و دیوار‌های پیش ساخته به شالوده، اتصالات مکانیکی باید به گونه‌ای طراحی شوند که قبل از گسیختگی مهاری یا شکست اطراف بتن به حد مقاومت خود برسند.(بند9-17-2-3-6)
- محدودیت‌های اتصالات مکانیکی در قاب‌های خمشی: (بند 9-20-6-2-2-7)
|
نوع قاب خمشی |
محدودیت استفاده از تیپ 1 |
محدودیت استفاده از تیپ 2 |
|
با شکل پذیری کم(معمولی) |
ندارد |
ندارد |
|
با شکل پذیری متوسط |
ندارد |
ندارد |
|
با شکل پذیری زیاد(ویژه) |
در فاصله ی دو برابر عمق مقطع از بر تیر یا ستون نمی‌توان استفاده کرد. |
در تیر‌های پیش ساخته نمی‌توان استفاده کرد. |
|
در جاهایی که در آن‌ها احتمال تسلیم آرماتور وجود دارد نمی‌توان استفاده کرد. |
تنها اگر آرماتور S400 یا S420 باشد می‌توان استفاده کرد.* |
*S400 و S420 به عنوان فولاد رایج ساختمانی(میلگرد خشک یا A3) شناخته می‌شوند.
- یک درمیان بودن میلگرد‌ها با اتصال مکانیکی در هر مقطع از عضو به جز در اعضای کششی زیر الزامی نیست: (بند 9-21-4-7-7)
- عضو کششی قوس ها
- عضو کششی که بار را به تکیه گاهی در تراز بالا منتقل می‌کند.
- عضو کششی خرپا
- استفاده از مهار مکانیکی(کوپلر انتهایی) برای تامین گیرداری میلگرد‌های آجدار به شرط تامین مقاومت تسلیم میلگرد(fy) مجاز است.(بند 9-21-3-5-1)
- انتقال بار در اتصال مکانیکی به وسیله کوپلر میلگرد، غلاف اتکایی، غلاف کوپل‌کننده و غیره انجام می‌شود. (9-21-4-7-4)
- برای تامین پوشش بتنی کافی روی میلگرد، اثر افزایش ابعاد میلگرد ناشی از اتصال مکانیکی باید در نظر گرفته شود.(بند 9-21-4-7-5)
- وصله دورپیچ(اسپیرال) می‌تواند از روش اتصال مکانیکی انجام شود به شرطی که شرایط مجاز ذکر‌شده یعنی مقاومت 25 برابری مقاومت تسلیم میلگرد(fy) را داشته‌باشد.(بند 9-21-6-3-5)
کوپلر میلگرد در آیین‌نامه بتن ایران"آبا" چه جایگاهی دارد؟
ضوابط مربوط به اتصال مکانیکی در آبا همانند مبحث نهم مقررات ملی ساختمان می‌باشد.
در چه موارد‌ی استفاده از کوپلر میلگرد به جای اورلپ ضروری است؟
آیین‌نامه ACI318-2014 و مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، ضرورت‌های زیر را برای استفاده از کوپلر میلگرد یا جوش به جای روش اورلپ ذکر کرده‌اند:
1- زمانی که قطر میلگرد‌ها مساوی یا بیشتر از 36 میلی‌متر باشد.
3- زمانی که عرض مقطع دارای محدودیت باشد و با روش اورلپ اجرایی نباشد.
4- در اتصال تیر‌ها به ستون‌ها استفاده از اورلپ در طولی معادل دو برابر عمق مقطع از بر تکیه‌گاه و همچنین در محل‌هایی که امکان تشکیل مفصل پلاستیک وجود دارد مثلا پای ستون‌ها مجاز نیست.
5- در مقاطع کششی ( مقاطعی که تمام سطح مقطع آن ها در کشش باشد) استفاده از کوپلر میلگرد یا جوش به جای اورلپ ضروری است.
جمع بندی:
به طور کلی، اتصال مکانیکی روش نوینی برای پوشش محدودیت‌های روش اورلپ می‌باشد. این اتصالات نیاز است تا حداقل مقاومتی برابر با 1.25 برابر مقاومت تسلیم(Fy) میلگرد داشته باشند تا به عنوان تیپ 1 اتصال مکانیکی شناسایی شده و استفاده از آن در سازه‌ها مجاز باشد اما برای سازه‌های با اهمیت بالاتر باید از تیپ 2 این اتصالات استفاده کرد. شرکت پرت لس به عنوان یکی از بزرگ‌ترین تولید‌کننده‌های کوپلر میلگرد در ایران شناخته می‌شود و اتصالات ایجاد‌شده توسط این مجموعه همگی الزامات تیپ 2 اتصال مکانیکی را براورده می‌سازد. برای مشاهده نتایج تست کشش اتصال رزوه و کوپلر که توسط این مجموعه انجام شده‌است، تست‌های کشش هفتگی را مشاهده کنید و اگر هم اطلاعات کامل‌تری درباره مزیت‌های کوپلر و کاربرد‌های آن نیاز دارید حتما سری به مقاله کوپلر چیست بزنید.
