اتصالات اصطکاکی چیست | مزایا و کاربرد آن از صفر تا صد

آیا تا به حال در مورد اتصالات اصطکاکی شنیده‌اید؟! آیا می‌دانید چه تفاوتی به اتصالات اتکایی دارند؟! پس این مقاله را تا انتها بخوانید! استفاده از اتصالات پیچی به دلیل مزایای فراوان آن، تبدیل به امری رایج در سازه‌های فولادی شده است. یکی از انواع اتصالات پیچی که کاربرد فراوانی در صنعت عمران دارد، اتصالات اصطکاکی است. در این مقاله به بررسی کامل اتصالات پیچی با عملکرد اصطکاکی خواهیم پرداخت. 

 

آنچه در این مقاله می آموزید:

اتصالات پیچی چیست؟

اتصالات اصطکاکی چیست ؟

نحوه ایجاد نیروی پیش تنیدگی

مزایای اتصالات اصطکاکی

کاربرد اتصالات اصطکاکی

محدودیت های اتصال اصطکاکی

ترکیب برش و کشش در اتصالات پیچی

تفاوت اتصال اصطکاکی و اتکایی

 

اتصالات پیچی چیست؟

یکی از روش‌های متصل کردن قطعات مختلف در سازه‌های فولادی استفاده از اتصالات پیچی است. در این حالت با استفاده از پیچ و مهره قطعات را به یکدیگر متصل می‌کنند که این روش مزایای زیادی نیز دارد. اتصالات پیچی دو نوع مختلف دارد که شامل موارد زیر است:

اتصالات اصطکاکی

اتصالات اتکایی

برای مطالعه بیشتر در مورد هر کدام، روی لینک آبی کلیک کنید.

اتصالات اصطکاکی

اتصالات اصطکاکی چیست ؟

زمانی که در یک اتصال مهره پیچ را بعد از محکم شدن بیشتر بپیچانید و به عبارتی سبب ایجاد نیروی پیش تنیدگی یا همان Ti در پیچ شوید، در این هنگام به اتصال ایجاد شده، اتصال اصطکاکی گویند. همچنین در نتیجه این کار، فشاری برابر با نیروی Ti از طرف مهره به ورق‌های اتصال وارد می‌شود.

همان طور که در اتصالات اتکایی توضیح دادیم، در اتصال اتکایی لغزش قطعات مجاز بود اما در اتصالات اصطکاکی هیچگونه لغزشی قابل قبول نبوده و نباید در اثر بارهای سرویس بین ورق‌های اتصال لغزش و یا لق شدگی ایجاد شود.

در این روش اتصال تنها استفاده از مهره کافی نبوده و بلکه باید واشر نیز حتماً به کار برد. در عمل یعنی پس از رفتن پیچ به داخل سوراخ، به ترتیب واشر و مهره نیز به انتهای آن افزوده می‌شوند.

در اتصال اصطکاکی نباید از واشر فنری استفاده شود.

تمامی پیچ‌های مورد استفاده که تحت تأثیر اثر کشش مستقیم در اتصالات اصطکاکی هستند، باید از نوع پیش تنیده باشند تا بهترین عملکرد را در برابر نیروهای کششی از خود نشان دهند.

اگر بخواهیم دقیق‌تر توضیح دهیم، در صورتی که به پیچ پر مقاومت بدون کشش نیروی کششی وارد شود، میزان نیروی کششی درون پیچ و نیروی وارد شده برابر خواهد شد؛ اما اگر پیش تنیده یا همان پیش کشیده باشد میزان زیادی از نیروی کششی خارجی صرف ایجاد نیروهای فشاری یا گیره‌ای اعمال شده به اجزای اتصال می‌شود.

 

آموزش‌های اجرایی ساختمان

آموزش‌های فراتر از کاربردی

به جمع حرفه‌ای‌ها بپیوندید!

کلیک کنید

مسیر یادگیری مهندسی عمران

یک مسیر رایگان برای حرفه‌ای شدن

حتما تو این مسیر با ما همراه شو!

کلیک کنید

 

دلیل این امر کشش ایجاد شده در پیچ‌های پر مقاومت ناشی از نیروی کششی خارجی در زمان جدا شدن قطعات از هم است که حدوداً ۱۰ درصد بیشتر از میزان کشش موجود در زمان شروع بارگذاری است.

برای آشنایی با تمامی نکات پیچ پر مقاومت مقاله پیچ پر مقاومت چیست؟ انواع، ویژگی‌ها و کاربرد پیچ پر مقاومت را مطالعه کنید.

اتصالات اصطکاکی

در اتصال اصطکاکی اگر ورق‌های اتصال در جهت موازی با سطح خود تحت تأثیر نیروی P قرار بگیرند، به محض آغاز لغزش بین ورق‌ها، نیروی اصطکاکی Nf برابر با μTi که در آن μ ضریب اصطکاک میان ورق‌های اتصال است، سبب جلوگیری از لغزش ورق‌ها می‌شود.

برای تعیین ضریب اصطکاک μ از روش‌های تجربی غالباً استفاده می‌شود. مقدار μ به زبری و صیقلی بودن سطح ورق‌های اتصال نیز وابسته است.

ضریب اصطکاک μ برای فولادهایی که مقاومت بالایی دارند، بیشتر از فولادهای معمولی است.

برای مثال ضریب μ در فولاد ST52 که نوعی فولاد با مقاومت بالا است، بیشتر از فولاد ST37 است.

مقدار μ برای فولاد معمولی با پوسته ناشی از نورد گرم بین ۰.۲۵ تا ۰.۳۵ است.

برای افزایش μ روش ماسه‌پاشی یا تمیز کردن با استفاده از شعله توصیه می‌شود. عملیات ماسه‌پاشی و تمیز کردن باید پس از سوراخ کردن انجام گیرد.

زیرا دندانه پیچ‌ها پیش از قرار گیری در سوراخ روغن کاری می‌شوند، بنابراین باید دقت کرد که سطح ورق به این مواد آغشته نشود.

با استفاده از شعله یا ماسه‌پاشی می‌توان ضریب اصطکاک را برای فولاد تا میزان μ برابر با ۰٫۵ افزایش داد.

در شکل زیر اتصال اصطکاکی با استفاده از پیچ پر مقاومت و پیش تنیده به خوبی نشان داده شده است. نمودار آزاد مهره‌ها، ورق‌های اتصال و پیچ نیز نشان داده شده است:

اتصالات اصطکاکی

در اتصال اصطکاکی به دلیل اینکه نیروی اصطکاک Nf = μTi در اثر پیش تنیدگی توانایی انتقال نیرو بین ورق‌های اتصال را دارد، تحت اثر بارهای سرویس بین بدنه پیچ و جداره، لهیدگی به وجود نمی‌آید.

در یک اتصال اصطکاکی با افزایش بار، نیروی اصطکاک Nf دیگر توانایی مقابله با بارهای وارده را نخواهد داشت.

با افزایش نیروی P نیروهای مقاوم همان تنش‌های لهیدگی بین بدنه پیچ و جداره سوراخ و تنش برشی در پیچ خواهد بود. بنابراین می‌توان گفت که انهدام یک اتصال اصطکاکی نیز مثل گسیختگی‌های نشان داده شده طبق شکل بالا است.

اتصالات اصطکاکی

نحوه ایجاد نیروی پیش تنیدگی

روش‌های مختلفی جهت ایجاد نیروی پیش تنیدگی وجود دارد که در ادامه متداول‌ترین آن‌ها را ذکر می‌کنیم:

استفاده از آچارهای دستی مدرج دستی یا مکانیکی

استفاده از آچارهای خاردار

پیچاندن دوباره مهره‌ها به مقدار زاویه معین پس از محکم شدن اولیه آن‌ها

در صورتی که اطلاع دقیقی از نیروی پیش تنیدگی ندارید، پیشنهاد می‌کنم مقاله پیچ پر مقاومت چیست؟ انواع، ویژگی‌ها و کاربرد پیچ پر مقاومت را مطالعه کنید.

اتصالات اصطکاکی

مزایای اتصالات اصطکاکی

برای پیچ‌های پر مقاومت عادی نیازی به سوراخ‌کاری خیلی دقیقی نبوده، بلکه دقت ۲ میلی‌متر نیز کفایت می‌کند.

چون بخشی از نیرو پیش از محل سوراخ توسط اصطکاک تحمل می‌شود، بنابراین تنش‌های موجود در ورق و در محل سوراخ کاهش پیدا می‌کند.

به دلیل میزان باربری کمتر پیچ‌ها، تعدادشان و سوراخ‌های موردنیاز نسبت به اتصالات اتکایی بیشتر است.

به خاطر نیروی پیش تنیدگی، امکان شل شدن مهره‌ها به میزان زیادی کم می‌شود.

در بارگذاری‌های تناوبی تأخیر در باربری ایجاد نمی‌شود و تنها جهت نیروی اصطکاک تغییر خواهد کرد.

در بارگذاری‌های تناوبی با تعداد تناوب زیاد، خستگی پیچ کنترل می‌شود.

اتصالات اصطکاکی

کاربرد اتصالات اصطکاکی

اگر سازه‌های فولادی مورد اجرا ویژگی‌های زیر را دارا باشند، باید از اتصالات اصطکاکی استفاده کرد:

سطوح تماسی باید کاملاً بدون لغزش باشند.

اتصالات ممکن است با گذشت زمان دچار پدیده خستگی شوند.

اتصالاتی که در آن‌ها سوراخ‌های بزرگتری به کار رفته است.

اتصالاتی که در آن‌ها سوراخ شیار موازی به کار رفته است.

اتصالات اصطکاکی

محدودیت های اتصال اصطکاکی

تمیز کردن سطح‌های اتصال از آلودگی‌ها امری واجب است.

رنگ آمیزی اتصالات اصطکاکی (قطعات) باید پس از تمیزکاری توسط رنگ غیر لغزان جهت پیشگیری از زنگ‌زدگی سطوح اتصال انجام شود. رنگ‌های غیرلغزنده در حالت کلی از نوع آلکالی – سیلیکات – روی هستند که سبب افزایش هزینه این نوع اتصال نیز می‌شود.

در اتصالات اصطکاکی احتمال شل شدن مهره‌ها در اثر کاهش یا از بین رفتن نیرو پیش تنیدگی وجود دارد، بنابراین پیش‌بینی لازم برای مطمئن شدن از عملکرد اتصال باید افزون‌بر کنترل آن در حالتی که بین سطوح تماس نیروی اصطکاک برقرار است، آن را مثل یک اتصال غیر اصطکاکی (یاتاقانی) در برابر تنش‌های برشی و لهیدگی کنترل کرد.

اتصالات اصطکاکی

ترکیب برش و کشش در اتصالات پیچی

به خاطر وجود نیروهای خارج از مرکز و همچنین عملکرد نیروی برشی و لنگر خمشی در اتصالات پیچی، به ترکیب تنش‌های برشی و کشش در پیچ‌های اتصال باید توجه شود.

در شکل زیر اتصالاتی که در آن‌ها پیچ‌های اتصال تحت تأثیر تنش‌های برشی، کششی و ترکیبی از آن‌ها هستند، نمایش داده شده است:

اتصالات اصطکاکی

تنش‌های مجاز توصیه شده در آئین‌نامه‌های طراحی برای اتصالات اتکایی (لهیدگی-معمولی) و اصطکاکی که در آن‌ها پیچ‌ها تحت تأثیر همزمان برش و کشش هستند، بر اساس رابطه‌های اندرکنش تنش‌های برشی و کششی استوار است.

اندرکنش برش و کشش در اتصالات پیچی اصطکاکی

در اتصال اصطکاکی پیچ‌ها وارد کردن هر نیروی کششی به اتصال سبب کاهش میزان تنش فشاری میان ورق‌های اتصال می‌شود.

جهت درک بهتر این موضوع به تصویر زیر دقت کنید، در این شکل قسمت الف را که تحت اثر بارهای خارجی کششی به نام P است را بررسی می‌کنیم.

پیچ اصطکاکی تحت اثر نیروی پیش تنیدگی اولیه Ti بوده و سطح تماس اتصال Ap و ضخامت ورق‌های اتصال t است. نمودار آزاد پیچ پیش از اعمال نیرو در قسمت ب و نمودار آزاد اتصال پس از اعمال نیروی کششی P در قسمت ج نشان داده شده است:

اتصالات اصطکاکی

تفاوت اتصال اصطکاکی و اتکایی

در اتصالات اصطکاکی از پیچ‌های معمولی نمی‌توان استفاده کرد، اما در اتکایی قابل استفاده است. در مقالهپیچ معمولی | انواع، کاربرد و ویژگی های آن از صفر تا صد در مورد پیچ‌های معمولی صحبت می‌کنیم.

در اتصال پیچی اصطکاکی به نیروی پیش تنیدگی نیز علاوه بر بستن پیچ‌ها نیاز است.

در اتصالات اصطکاکی اگر پیچ پیش تنیده، بسته و سپس باز شود، نمی‌توان از آن دوباره استفاده کرد، اما این امر در اتصالات اتکایی صدق نمی‌کند.

سرپیچ‌های اتکایی مورد استفاده از اتصالات اصطکاکی بزرگ‌تر هستند.

در اتصال اتکایی پیچ‌ها در سوراخ‌های هم محور نصب و محکم بسته می‌شوند.

به طور کلی در اتصالات اتکایی از بارگذاری‌های یک طرفه استفاده می‌شود.

اتصالات اصطکاکی

 

امیدواریم در پایان این مقاله به جواب تمام سوال‌های خود در مورد اتصالات اصطکاکی رسیده باشید و از اینکه تا پایان مقاله با ما همراه بودید، تشکر می‌کنیم. نظرات و تجربیات خود را در مورد این مقاله با ما به اشتراک بگذارید.

مسیر یادگیری مهندسی عمران

یک مسیر رایگان برای حرفه‌ای شدن

حتما تو این مسیر با ما همراه شو!

کلیک کنید
ارسال دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *