اتصالات پیچ و مهره ای نوعی اتصال سازه ای است که برای اتصال دو یا چند جزء سازه ای در سازه فولادی با استفاده از پیچ و مهره استفاده می شود. پیچ و مهره ها شکلی از اتصال دهنده های رزوه ای هستند که دارای رزوه نر و نخ مادگی از پیش ساخته شده مانند مهره هستند. مفاهیم ارزش پیچ و مهره، استحکام اتصالات پیچ شده برای طراحی یک اتصال پیچی مهم هستند و در ادامه بیشتر در مورد اصول طراحی سازه پیچ و مهره ایی قرار می گیرند.
انواع اتصالات در اتصالات پیچی
دو نوع مفاصل غالب در اتصال پیچی وجود دارد که عبارتند از: اتصال لبه و اتصال لب به لب. انواع فرعی در این دو نوع وجود دارد، به عنوان مثال، اتصالات خارج از مرکز، اتصالات لحظه ای خالص و غیره، اما خارج از محدوده این وبلاگ هستند. ماهیت مفاصل و انواع فرعی درون این مفاصل به شرح زیر توضیح داده شده است.
- لپ Joint
در یک اتصال لبه، اعضای اصلی که باید متصل شوند روی یکدیگر قرار می گیرند تا یک همپوشانی بین اعضا ایجاد شود و سپس پیچ و مهره روی قسمت روی هم قرار گرفته انجام می شود. به دلیل ماهیت اتصال، یک خروج از مرکز ایجاد می شود.
- مفصل لب به لب
در این نوع اتصال از صفحه پوششی برای اتصال دو عضو استفاده می شود. بر اساس تعداد صفحات پوششی دو نوع اتصال لب به لب وجود دارد که عبارتند از اتصال لب به لب تک روکش و مفصل لب به لب دوپوش.
برای آشنایی بیشتر با پیچ و مهره، انواع پیچ و مهره، دیگر انواع مختلف اتصالات لب به لب اینجا را کلیک کنید.
مرجح ترین اتصال در اتصال پیچ و مهره ای
اصول طراحی سازه پیچ و مهره ایی
از بین تمام اتصالات ذکر شده در بالا، اتصال لب به لب دوپوش به دلایل زیر بیشترین ارجحیت را دارد.
ظرفیت برشی پیچ بیشتر از یک اتصال لبه است
هیچ گریز از مرکز در اتصال وجود ندارد
سازه پیچ و مهره ایی چیست و چه کاربردهایی دارد?
سازه پیچ و مهره‌ای یک نوع سازه است که در آن از پیچ و مهره‌ها برای اتصال قطعات سازه به یکدیگر استفاده می‌شود. پیچ و مهره‌ها از قطعات فلزی با شکل استوانه‌ای و رشته‌ای تشکیل شده‌اند. پیچ یک سر مهره دارد که درون رشته پیچ قرار دارد و برای اتصال دو قطعه به یکدیگر استفاده می‌شود. مهره نیز یک سر پیچ دارد که برای نگهداری پیچ در موقعیت مورد نظر استفاده می‌شود.
استفاده از سازه پیچ و مهره‌ای در صنعت ساختمان و سازه‌ها بسیار رایج است و برای اتصال قطعات فلزی و چوبی به کار می‌رود. برخی از کاربردهای سازه پیچ و مهره‌ای عبارتند از:
1. ساختمان‌های فلزی: در ساختمان‌های فلزی مانند ساختمان‌های صنعتی، پل‌ها و سوله‌ها، سازه پیچ و مهره‌ای برای اتصال قطعات فلزی به کار می‌رود.
2. ساختمان‌های چوبی: در ساختمان‌های چوبی مانند خانه‌ها و ساختمان‌ها
3. ماشین‌آلات و تجهیزات صنعتی: در تولید ماشین‌آلات و تجهیزات صنعتی، سازه پیچ و مهره‌ای برای اتصال قطعات و قطعات جانبی به کار می‌رود.
این شامل اتصالات در موتورها، دستگاه‌های حفاری، تجهیزات نفت و گاز و غیره می‌شود.
4. خودروها: سازه پیچ و مهره‌ای در ساخت خودروها برای اتصال قطعات مختلف مانند موتور، جعبه‌دنده، ترمز و سیستم‌های برقی استفاده می‌شود.
5. صنایع الکترونیکی: در تولید محصولات الکترونیکی مانند تلفن همراه، رایانه و لوازم خانگی هوشمند، سازه پیچ و مهره‌ای برای اتصال قطعات الکترونیکی به کار می‌رود.
6. صنایع هواپیما و فضایی: در صنایع هواپیما و فضایی، سازه پیچ و مهره‌ای برای اتصال قطعات سازه‌های بال، بدنه و سیستم‌های الکترونیکی استفاده می‌شود.
7. صنایع دریایی: در ساخت قایق‌ها، کشتی‌ها و سازه‌های دریایی، سازه پیچ و مهره‌ای برای اتصال قطعات فلزی و چوبی به کار می‌رود. سازه پیچ و مهره‌ای به دلیل سادگی و سرعت در اتصال قطعات، قدرت بالا در انتقال بار و مقاومت در برابر انواع نیروها، یکی از راه‌های محبوب برای اتصال قطعات در صنعت است. همچنین، سازه پیچ و مهره‌ای قابلیت تعویض و تنظیم را دارد که امکان تغییرات و تعمیرات در آینده را فراهم می‌کند.
در ساخت و ساز ساختمان ها سازه پیچ و مهره ایی چه کاربردی دارد?
سازه پیچ و مهره‌ای در صنعت ساخت و ساز ساختمان‌ها دارای کاربردهای متعددی است. برخی از کاربردهای سازه پیچ و مهره‌ای در ساختمان‌ها عبارتند از:
1. اتصال قطعات فلزی: سازه پیچ و مهره‌ای برای اتصال قطعات فلزی مانند بارهای ستون، تیرها، پله‌ها و سایر قطعات فلزی استفاده می‌شود. این اتصالات قوی و پایدار بوده و می‌توانند بارهای آنها را به طور مطلوب انتقال دهند.
2. اتصال قطعات چوبی: در ساختمان‌های چوبی، سازه پیچ و مهره‌ای برای اتصال قطعات چوبی مانند تیرها، ستون‌ها، نرده‌ها و درب‌ها استفاده می‌شود. این اتصالات قوی و قابل تنظیم هستند و به ساختمان استحکام و پایداری می‌بخشند.
3. نصب تجهیزات: در ساختمان‌ها، سازه پیچ و مهره‌ای برای نصب تجهیزات مانند برق، اتصالات لوله‌کشی، سیستم‌های HVAC و سایر تجهیزات استفاده می‌شود. این اتصالات به طور ایمن تجهیزات را در موقعیت مورد نظر نصب می‌کنند.
4. اتصال دیوارها و سقف: سازه پیچ و مهره‌ای برای اتصال دیوارها به سقف‌ها و دیوارها به یکدیگر استفاده می‌شود. این اتصالات به ساختمان استحکام می‌بخشند و از جداشدگی و تحرک ناخواسته جلوگیری می‌کنند.
5. اتصال پنجره‌ها و درب‌ها: سازه پیچ و مهره‌ای برای اتصال پنجره‌ها، درب‌ها و سایر قطعات باز شونده به سازه استفاده می‌شود. این اتصالات باید قوی و مقاوم باشند و به امنیت ساختمان و عملکرد صحیح درب و پنجره کمک می‌کنند.
6. اتصالات سیستم‌های تنظیم دما و رطوبت: در سیستم‌های تنظیم دما و رطوبت مانند سیستم‌های تهویه مطبوع، سازه پیچ و مهره‌ای برای اتصال قطعات لوله‌کشی، گریل‌ها و دستگاه‌های مربوطه استفاده می‌شود. سازه پیچ و مهره‌ای به دلیل سهولت و سرعت در اتصال قطعات، قدرت بالا در انتقال بار و مقاومت در برابر نیروها، یکی از روش‌های محبوب برای اتصال قطعات در ساختمان‌ها است.
اصول طراحی سازه پیچ و مهره ایی
اصول طراحی سازه پیچ و مهره‌ای بستگی به نوع سازه و نیازهای خاص شما دارد. اما می‌توانید با مراعات موارد زیر به طراحی سازه پیچ و مهره‌ای بپردازید:
1. انتخاب موادمناسب: انتخاب مواد با کیفیت و مقاومت مناسب برای پیچ و مهره‌ها بسیار مهم است. بررسی استانداردها و راهنماهای مربوطه برای انتخاب مواد مناسب بسیار مفید است.
2. تعیین بارهای عملیاتی: برای طراحی سازه پیچ و مهره‌ای، باید بارهای عملیاتی مانند بارهای استاتیکی و دینامیکی را مشخص کنید. این شامل بارهای خرده، بارهای باد، بارهای زندگی و بارهای زلزله است.
3. انتخاب ابعاد و نوع پیچ و مهره: بر اساس نوع سازه و بارهای عملیاتی، باید ابعاد و نوع پیچ و مهره را تعیین کنید. این شامل طول، قطر و نوع رولپلاک، مته و روکش پیچ و مهره است.
4. طراحی اتصالات: برای اتصال پیچ و مهره به سازه، باید اتصالاتی را طراحی کنید که بتوانند بارهای عملیاتی را به طور مطلوب انتقال دهند. این شامل اتصالات پیچ و مهره به قطعات فلزی یا چوبی سازه است.
5. محاسبه مقاومت پیچ و مهره: برای اطمینان از مقاومت پیچ و مهره در برابر بارهای عملیاتی، باید محاسبات مقاومت سازه را انجام دهید. این شامل محاسبه مقاومت فشاری، مقاومت خمشی و مقاومت برشی پیچ و مهره است.
6. رعایت استانداردها و مقررات مربوطه: در طراحی سازه پیچ و مهره‌ای، باید استانداردها و مقررات مربوطه را رعایت کنید. این شامل استانداردهای ملی و بین‌المللی مانند استاندارد ASTM و AISC است.
7. انجام آزمایش‌ها و تست‌های مربوطه: برای بررسی مقاومت و عملکرد پیچ و مهره‌ها، می‌توانید آزمایش‌ها و تست‌های مربوطه انجام دهید. این شامل آزمون‌های کششی، خمشی و برشی می‌باشد. این موارد می‌توانند به شما در طراحی سازه پیچ و مهره‌ای کمک کنند.
8. انتخاب روش اتصال پیچ و مهره: در طراحی سازه پیچ و مهره‌ای، باید روش اتصال پیچ و مهره را مشخص کنید. این شامل استفاده از پیچ‌های عادی، پیچ‌های پیش‌بارگذاری شده و روش‌های جدید مانند اتصالات بدون پیچ است.
9. ارزیابی عمر مفید پیچ و مهره: برای اطمینان از عمر مفید پیچ و مهره در سازه، باید از روش‌های ارزیابی عمر مفید مانند آنالیز خستگی و آزمون‌های غیرمخرب استفاده کنید.
10. طراحی سازه پیچ و مهره در شرایط خاص: در برخی موارد خاص مانند سازه‌های دریایی، سازه‌های پل، سازه‌های با دمای بالا و زمین‌لرزه، باید به مسائل خاصی مانند مقاومت در برابر خوردگی، تغییر شکل‌های حرارتی و رفتار در زمین‌لرزه توجه کنید.
11. استفاده از نرم‌افزارهای مهندسی در طراحی سازه پیچ و مهره: در طراحی سازه پیچ و مهره‌ای، می‌توانید از نرم‌افزارهای مهندسی مانند ETABS، SAP2000 و ANSYS استفاده کنید تا محاسبات و تحلیل‌های مورد نیاز را انجام دهید.
12. ارزیابی و تضمین کیفیت پیچ و مهره‌ها: برای اطمینان از کیفیت پیچ و مهره‌ها، باید از تامین کنندگان معتبر و استفاده از استانداردها و آزمون‌های کیفیت مربوطه مانند آزمون‌های کششی، خمشی و شکست استفاده کنید.
13. رعایت مقررات و استانداردها: در طراحی سازه پیچ و مهره‌ای، باید مقررات و استانداردهای مربوطه مانند استانداردهای ASTM، AISC و ACI را رعایت کنید. این استانداردها شامل مشخصات مواد، طراحی سازه و اجرای صحیح می‌شوند.
14. تحلیل و مدل‌سازی دینامیکی: برای بررسی رفتار پیچ و مهره‌ها در شرایط دینامیکی مانند زمین‌لرزه، باید از تحلیل و مدل‌سازی دینامیکی استفاده کنید. این شامل استفاده از روش‌های المان محدود و تحلیل دینامیکی غیرخطی است.
15. مطالعه موردی پروژه‌های موفق سازه پیچ و مهره‌ای: مطالعه پروژه‌های موفق در زمینه سازه پیچ و مهره‌ای می‌تواند به شما در درک بهتر از اصول و روش‌های طراحی کمک کند. می‌توانید از مطالعه موردی پروژه‌های با موفقیت در این حوزه استفاده کنید.
انواع خرابی در اتصالات پیچ و مهره ای
در یک اتصال پیچی یا صفحه اتصال ممکن است خراب شود یا پیچ ممکن است از کار بیفتد. بنابراین، در نظر گرفتن “حالت های حد” یا حالت های خرابی هر دو پیچ و صفحه مهم می شود. حالت های حد ممکن که ممکن است اتصال پیچ و مهره ای از کار بیفتد در زیر ذکر شده است.
حالت‌های خرابی پیچ‌ها در یک اتصال پیچ‌دار
شکست برشی پیچ و مهره
خرابی بلبرینگ پیچ
شکست کششی پیچ و مهره
حالت های خرابی صفحه در یک اتصال پیچ و مهره ای
شکست برشی صفحه
خرابی بلبرینگ صفحه
شکست کششی صفحه
- شکست برشی پیچ و مهره
همانطور که از نام آن پیداست، این شکست به دلیل نیروی برشی در سطح مشترک سطوح در یک اتصال رخ می دهد. بسته به تعداد سطوح برشی دو نوع شکست برشی وجود دارد که می تواند در اتصال پیچی رخ دهد، شکست برشی تک برشی و شکست برشی دوگانه.
شکست برشی مضاعف
در اینجا، پیچ در دو صفحه برشی مجزا تحت دو نیروی برشی قرار می گیرد. این نوع شکست در اتصال لب به لب دوپوش رخ می دهد.
- خرابی بلبرینگ پیچ
در این خرابی، پیچ در اثر تماس با صفحات از کار می افتد. این نوع خرابی در مواردی رخ می دهد که از پیچ کم استحکام با صفحه ای با درجه بسیار بالا استفاده می شود که معمولاً در عمل رخ نمی دهد.
- شکست کششی پیچ و مهره
استحکام کششی پیچ مقدار کششی است که پیچ می تواند در جهت عمود بر صفحه بارگذاری تحمل کند. اگر کشش روی این محور عمود بر مقاومت کششی پیچ بیشتر شود، پیچ در کشش از کار می افتد.
- شکست برشی صفحه
- خرابی بلبرینگ صفحه
همانطور که در بخش 10 استاندارد IS 800: 2007 ذکر شده است، می توان با ایجاد فاصله کافی از مرکز تا مرکز بین پیچ ها، از شکست برشی و یاتاقان صفحه جلوگیری کرد. - شکست تنش صفحه
به دلیل کاهش سطح خالص (یعنی به دلیل سوراخ های پیچ) صفحه در امتداد خط پیچ، استحکام کششی صفحه کمتر از مقدار واقعی در این بخش خواهد بود. به همین دلیل، صفحه ممکن است تحت کشش از کار بیفتد. بنابراین، محاسبه کمترین سطح خالص در بین خطوط پیچ مختلف برای یافتن کمترین استحکام کششی صفحه و بررسی آن از نظر ایمنی برای بار اعمال شده مهم می شود.
مفروضات در طراحی اتصال پیچ و مهره ای
تمام پیچ ها در یک اتصال به یک اندازه تحت فشار قرار می گیرند
اصطکاک بین صفحات در یک اتصال نادیده گرفته می شود
توزیع تنش برشی برای پیچ یکنواخت است
توزیع تنش بلبرینگ برای پیچ یکنواخت است
خم شدن پیچ در صورت داشتن طول چنگ کوچکتر نادیده گرفته می شود، در صورت بزرگتر شدن طول باید عوامل کاهشی برای خم شدن پیچ در نظر گرفته شود.
اصطلاحات اساسی در طراحی اتصال پیچ و مهره ای
فاصله گام (p) – فاصله مرکز به مرکز بین دو سوراخ پیچ مجاور در جهت بار اعمال شده
فاصله سنج (g) – فاصله مرکز به مرکز بین دو سوراخ پیچ مجاور در جهت عمود بر بار اعمال شده
فاصله لبه (e) – فاصله بین لبه صفحه تا نزدیکترین خط مرکزی سوراخ پیچ در جهت عمود بر بار اعمال شده
فاصله انتهایی (e’) – فاصله بین انتهای صفحه تا نزدیکترین خط مرکزی سوراخ پیچ در جهت لوا اعمال شده
اصول طراحی سازه پیچ و مهره ایی اصول طراحی سازه پیچ و مهره‌ای بستگی به نوع سازه و نیازهای خاص شما دارد. اما می‌توانید با مراعات موارد زیر به طراحی سازه پیچ و مهره‌ای بپردازید:
1. انتخاب موادمناسب: انتخاب مواد با کیفیت و مقاومت مناسب برای پیچ و مهره‌ها بسیار مهم است. بررسی استانداردها و راهنماهای مربوطه برای انتخاب مواد مناسب بسیار مفید است.
2. تعیین بارهای عملیاتی: برای طراحی سازه پیچ و مهره‌ای، باید بارهای عملیاتی مانند بارهای استاتیکی و دینامیکی را مشخص کنید. این شامل بارهای خرده، بارهای باد، بارهای زندگی و بارهای زلزله است.
3. انتخاب ابعاد و نوع پیچ و مهره: بر اساس نوع سازه و بارهای عملیاتی، باید ابعاد و نوع پیچ و مهره را تعیین کنید. این شامل طول، قطر و نوع رولپلاک، مته و روکش پیچ و مهره است.
4. طراحی اتصالات: برای اتصال پیچ و مهره به سازه، باید اتصالاتی را طراحی کنید که بتوانند بارهای عملیاتی را به طور مطلوب انتقال دهند. این شامل اتصالات پیچ و مهره به قطعات فلزی یا چوبی سازه است.
5. محاسبه مقاومت پیچ و مهره: برای اطمینان از مقاومت پیچ و مهره در برابر بارهای عملیاتی، باید محاسبات مقاومت سازه را انجام دهید. این شامل محاسبه مقاومت فشاری، مقاومت خمشی و مقاومت برشی پیچ و مهره است.
6. رعایت استانداردها و مقررات مربوطه: در طراحی سازه پیچ و مهره‌ای، باید استانداردها و مقررات مربوطه را رعایت کنید. این شامل استانداردهای ملی و بین‌المللی مانند استاندارد ASTM و AISC است.
7. انجام آزمایش‌ها و تست‌های مربوطه: برای بررسی مقاومت و عملکرد پیچ و مهره‌ها، می‌توانید آزمایش‌ها و تست‌های مربوطه انجام دهید. این شامل آزمون‌های کششی، خمشی و برشی می‌باشد. این موارد می‌توانند به شما در طراحی سازه پیچ و مهره‌ای کمک کنند.
8. انتخاب روش اتصال پیچ و مهره: در طراحی سازه پیچ و مهره‌ای، باید روش اتصال پیچ و مهره را مشخص کنید. این شامل استفاده از پیچ‌های عادی، پیچ‌های پیش‌بارگذاری شده و روش‌های جدید مانند اتصالات بدون پیچ است.
9. ارزیابی عمر مفید پیچ و مهره: برای اطمینان از عمر مفید پیچ و مهره در سازه، باید از روش‌های ارزیابی عمر مفید مانند آنالیز خستگی و آزمون‌های غیرمخرب استفاده کنید.
10. طراحی سازه پیچ و مهره در شرایط خاص: در برخی موارد خاص مانند سازه‌های دریایی، سازه‌های پل، سازه‌های با دمای بالا و زمین‌لرزه، باید به مسائل خاصی مانند مقاومت در برابر خوردگی، تغییر شکل‌های حرارتی و رفتار در زمین‌لرزه توجه کنید.
11. استفاده از نرم‌افزارهای مهندسی در طراحی سازه پیچ و مهره: در طراحی سازه پیچ و مهره‌ای، می‌توانید از نرم‌افزارهای مهندسی مانند ETABS، SAP2000 و ANSYS استفاده کنید تا محاسبات و تحلیل‌های مورد نیاز را انجام دهید.
12. ارزیابی و تضمین کیفیت پیچ و مهره‌ها: برای اطمینان از کیفیت پیچ و مهره‌ها، باید از تامین کنندگان معتبر و استفاده از استانداردها و آزمون‌های کیفیت مربوطه مانند آزمون‌های کششی، خمشی و شکست استفاده کنید.
13. رعایت مقررات و استانداردها: در طراحی سازه پیچ و مهره‌ای، باید مقررات و استانداردهای مربوطه مانند استانداردهای ASTM، AISC و ACI را رعایت کنید. این استانداردها شامل مشخصات مواد، طراحی سازه و اجرای صحیح می‌شوند.
14. تحلیل و مدل‌سازی دینامیکی: برای بررسی رفتار پیچ و مهره‌ها در شرایط دینامیکی مانند زمین‌لرزه، باید از تحلیل و مدل‌سازی دینامیکی استفاده کنید. این شامل استفاده از روش‌های المان محدود و تحلیل دینامیکی غیرخطی است.
15. مطالعه موردی پروژه‌های موفق سازه پیچ و مهره‌ای: مطالعه پروژه‌های موفق در زمینه سازه پیچ و مهره‌ای می‌تواند به شما در درک بهتر از اصول و روش‌های طراحی کمک کند. می‌توانید از مطالعه موردی پروژه‌های با موفقیت در این حوزه استفاده کنید.
