تهیه شده در بخش تحقیق و توسعه شرکت پرت لس
1. مقدمه
در شرایطی که طول اورلپ میلگردهای بیرون‌زده از بتن رعایت نشده یا سر میلگرد رزوه نشده و نیاز به اتصال آنها با میلگردهای جدید وجود دارد، معمولاً گزینه‌ها به وصله‌های جوشی یا اتصالات مکانیکی (کوپلر پرسی) محدود می‌شوند. هرچند وصله‌های جوشی متداول‌ترند، اما نبود شاخص اندازه‌گیری دقیق در فرآیند تولید آنها، احتمال خطای انسانی را بالا می‌برد. به همین دلیل، طبق آیین‌نامه ACI، تمامی جوش‌ها باید تحت آزمایش التراسونیک (UT) قرار گیرند که به دلیل هزینه بالا، کارفرمایان آن را به‌صورت رندوم انجام می‌دهند. همچنین، در برخی نقاط حساس سازه، استفاده از جوش طبق آیین‌نامه ACI 318-25 ممنوع است.
در مقابل، کوپلرهای پرسی با استفاده از شاخص اندازه‌گیری دقیق دستگاهی اجرا می‌شوند و همواره مقاومتی بیشتر از تنش نهایی میلگرد دارند. این کوپلرها بدون هیچ محدودیتی در تمام نقاط سازه قابل استفاده‌اند و مشکلات وصله‌های جوشی را ندارند. در ادامه، این دو روش وصله بیشتر تشریح و مقایسه خواهند شد.
2. محدودیت‌های وصله‌های جوشی و احتیاط در استفاده از آنها
جوشکاری میلگردهای تقویتی، با وجود ایجاد یک اتصال به ظاهر پیوسته، با محدودیت‌ها و خطرات قابل توجهی همراه است که باید با دقت مورد توجه قرار گیرند. این محدودیت ها عبارتند از:
1.2. تغییرات متالورژیکی و کاهش شکل‌پذیری: گرمای شدید تولید شده در حین جوشکاری می‌تواند ریزساختار فولاد میلگرد را تغییر دهد و به طور بالقوه مقاومت و مهم‌تر از آن، شکل‌پذیری آن را کاهش دهد. این امر می‌تواند میلگرد را در ناحیه متاثر از حرارت ترد کند. این یک نگرانی عمده در مناطق لرزه‌خیز است زیرا در این مناطق رفتار شکل‌پذیر میلگرد برای ایمنی سازه حیاتی است.
2.2. نیاز به میلگرد قابل جوشکاری و چالش‌های آن: همه میلگردها برای جوشکاری مناسب نیستند. بعضی از انواع میلگرد اغلب مقدار کربن بیشتری دارند که بدون اقدامات احتیاطی خاص مانند پیش‌گرمایش و خنک‌سازی کنترل‌شده، جوش‌پذیری آن را دشوار می‌کند.
3.2. نیروی کار ماهر و کنترل کیفیت دشوار: برای دستیابی به جوش‌های سازه‌ای با کیفیت بالا روی میلگرد، به جوشکاران بسیار ماهر و دارای گواهینامه نیاز است که با توجه به عدم کنترل با شاخص های دستگاهی، چالش خطای نیروی انسانی در اجرای آن بسیار حائز اهمیت است. لذا کنترل کیفیت مداوم و قابل اعتماد در محل پروژه حیاتی است و اغلب دستیابی به آن دشوار است، زیرا بازرسی چشمی به تنهایی ممکن است عیوب داخلی (مانند نفوذ ناقص) را شناسایی نکند.
4.2. حساسیت به شرایط و عوامل محیطی: جوشکاری به شرایط محیطی حساس است. باران، باد و دماهای شدید می‌توانند کیفیت جوش را تحت تأثیر قرار دهند. این موضوع منجر به تأخیر در پروژه و افزایش هزینه‌ها می‌شود.
5.2. آسیب به بتن موجود: هنگام جوشکاری میلگردهای موجود که در بتن مدفون هستند، گرمای تولید شده می‌تواند به بتن اطراف آسیب برساند و منجر به ترک‌خوردگی، خرد شدن یا ضعیف شدن بتن اطراف وصله شود.
6.2. چالش‌های بازرسی و هزینه‌های پنهان: روش‌های آزمایش غیرمخرب (NDT) اغلب برای اطمینان از یکپارچگی جوش مورد نیاز است که هزینه و زمان پروژه را افزایش می‌دهد. برخلاف برخی از وصله‌های مکانیکی، کیفیت داخلی یک جوش همیشه به راحتی قابل تشخیص نیست.
3. نقاط حساس سازه که آیین‌نامه ACI 318-25 استفاده از وصله‌های جوشی را ممنوع می‌کند:
آیین‌نامه ACI 318-25، به ویژه در فصل 18 (سازه‌های مقاوم در برابر زلزله)، استفاده از وصله‌های جوشی را در مکان‌هایی که انتظار می‌رود عضو بتنی سازه‌ای دچار تغییر شکل غیرالاستیک قابل توجهی شود، به شدت محدود یا ممنوع می‌کند. این مناطق حیاتی شامل:
1.3. در فاصله‌ای برابر با دو برابر عمق عضو (2h) از وجه اتصالات در قاب‌های خمشی ویژه (مانند ستون‌ها و تیرها).
2.3. در داخل گره‌های اتصال (Joints) در سیستم‌های لرزه‌ای.
3.3. در مقاطع بحرانی که انتظار می‌رود مفصل های پلاستیک (Plastic Hinges) در آنها تشکیل شود.
3.3. در دیوارهای سازه‌ای ویژه و سایر عناصر سیستم مقاوم در برابر نیروی لرزه‌ای که انتظار تسلیم در آنها می‌رود.
دلیل اصلی این محدودیت‌ها، پتانسیل کاهش شکل‌پذیری و عملکرد غیرقابل پیش‌بینی ناحیه متاثر از حرارت در اتصالات جوشی تحت بارگذاری سیکلیک شدید (مانند زلزله) است که می‌تواند به گسیختگی ترد و ناگهانی سازه منجر شود.
4. کوپلرهای پرسی: جایگزینی قدرتمند و مطمئن بجای جوش سر به سر
کوپلرهای پرسی، به عنوان نوعی از وصله‌های مکانیکی، جایگزینی بسیار مؤثر و اغلب برتر برای وصله‌های جوشی هستند. این کوپلرها معمولاً شامل یک لوله فولادی هستند که به صورت سرد و با اعمال فشار مکانیکی بر روی انتهای میلگردها فشرده می‌شود و یک اتصال مکانیکی بدون استفاده از حرارت و بدون آسیب به میلگرد ایجاد می‌کند. در اینجا مزایای کلیدی کوپلرهای پرسی آورده شده است:
1.4. حفظ خواص ذاتی میلگرد (عدم وجود ناحیه متاثر از حرارت): از آنجایی که در فرآیند اتصال از حرارت استفاده نمی‌شود، کوپلرهای پرسی خطر تغییر خواص متالورژیکی میلگرد را به طور کامل از بین می‌برند. این امر تضمین می‌کند که مقاومت و شکل‌پذیری ذاتی میلگرد دست نخورده باقی می‌ماند که یک مزیت حیاتی، به ویژه برای کاربردهای لرزه‌ای است.
2.4. کیفیت و قابلیت اطمینان بالا: فرآیند پرس کوپلرهای پرسی کاملاً کنترل‌شده و دقیق است و توسط تجهیزات تخصصی انجام می‌شود. این امر منجر به عملکرد وصله ثابت، قابل اعتماد و قابل پیش‌بینی اتصال می‌شود و در حین اجرا دو عامل فشار پرس و تعداد پرس بطور دقیق قابل مشاهده می باشد.
3.4. کاهش وابستگی به شرایط محل پروژه و تسریع کار: نصب کوپلرهای پرسی کمتر تحت تأثیر شرایط آب و هوایی (باران، باد، دماهای شدید) قرار می‌گیرد که منجر به تسریع مراحل پروژه و افزایش چشمگیر بهره‌وری می‌شود.
4.4. نصب سریع‌تر و ساده‌تر: پس از آماده‌سازی انتهای میلگرد، عملیات پرس نسبتاً سریع است. این می‌تواند به طور قابل توجهی زمان‌بندی ساخت و ساز را تسریع کند.
5.4. بازرسی بصری مستقیم و آسان نصب: برای سیستم‌های کوپلر پرسی ، نصب صحیح به صورت بصری و فوری تأیید می‌شود. برای مثال، درگیر شدن کامل رزوه و کوپلر تضمین کیفیت واضح و فوری را در محل ارائه می‌دهد و نیاز به آزمایش‌های پیچیده را کاهش می‌دهد.
6.4. کاهش ازدحام و سهولت بتن‌ریزی: کوپلرهای پرسی فشرده هستند و به کاهش ازدحام آرماتور در مناطق با تراکم بالای آرماتور کمک می‌کنند. این امر بتن‌ریزی را ساده‌تر می‌کند، فضای خالی را به حداقل می‌رساند و می‌تواند امکان ابعاد ستون یا تیر کوچک‌تر را فراهم کند.
7.4. عدم آسیب به بتن موجود: از آنجایی که در فرآیند نصب حرارتی درگیر نیست، کوپلرهای پرسی را می‌توان در کنار یا در بتن موجود بدون نگرانی در مورد آسیب حرارتی یا خرد شدن به سازه اطراف نصب کرد.
8.4. تنوع در کاربرد: کوپلرهای پرسی را می‌توان در طیف وسیعی از کاربردها، از جمله مواردی که جوشکاری در آنها محدود یا غیرعملی است، مانند اتصال میلگردهای با قطر بزرگ‌تر، در فضاهای محدود، یا هنگام اتصال سایزهای مختلف میلگرد، استفاده کرد. این کوپلرها یک اتصال قوی و قابل اعتماد برای بارهای کششی و فشاری فراهم می‌کنند.
در نتیجه، در حالی که وصله‌های جوشی یک اتصال مستقیم را ارائه می‌دهند، چالش‌های ذاتی آنها مربوط به متالورژی، کنترل کیفیت، محدودیت‌های محل کار و به ویژه محدودیت‌های آیین‌نامه‌ای در نقاط حساس سازه، اغلب آنها را به گزینه‌ای پرخطر و کمتر ایده‌آل تبدیل می‌کند. کوپلرهای پرسی به عنوان یک جایگزین قدرتمند و عملی ظاهر می‌شوند و روشی قابل اعتماد، شکل‌پذیر و کارآمد برای اتصال میلگردهای تقویتی ارائه می‌دهند.
