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 آکادمی عمران به بررسی کامل اتصالات پیچی با عملکرد اصطکاکی خواهیم پرداخت.

به طور کلی اتصالات پیچی دو نوع مختلف دارد که شامل موارد زیر است:

1. اتصالات اصطکاکی
2. اتصال اتکایی

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 است اما در اتصالات اصطکاکی هیچگونه لغزشی قابل قبول نبوده و نباید در اثر بارهای سرویس بین ورق‌های اتصال لغزش 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.

بیش از ۳۰ ساعت آموزش حرفه‌ای ولی رایگان دفتر‌فنی و ساختمان‌سازی

دریافت

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 10 درصد بیشتر از میزان کشش موجود در زمان شروع بارگذاری است.

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 N_f برابر با μT_i که در آن μ ضریب اصطکاک میان ورق‌های اتصال است، سبب جلوگیری از لغزش ورق‌ها می‌شود.

برای تعیین ضریب اصطکاک μ از روش‌های تجربی استفاده می‌شود. مقدار μ به زبری و صیقلی بودن سطح ورق‌های اتصال 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 0.25 تا 0.35 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 0.5 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:

در اتصال اصطکاکی به دلیل اینکه نیروی اصطکاک N_f = μT_i 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 N_f 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.

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

مزایای اتصالات اصطکاکی

• برای پیچ‌های پر مقاومت عادی نیازی به سوراخ‌کاری خیلی دقیقی نبوده، بلکه دقت 2 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.

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.

محدودیت‌های اتصال اصطکاکی

• تمیز کردن سطوح اتصال از آلودگی‌ها امری الزامی است.
• قطعات باید پس از تمیزکاری توسط رنگ غیر لغزان برای جلوگیری از زنگ‌زدگی سطوح اتصال رنگ آمیزی شوند. رنگ‌های غیرلغزنده معمولا از نوع آلکالی – سیلیکات – روی هستند که سبب افزایش هزینه این نوع اتصال می‌شوند.
• 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.

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: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 T_i بوده و سطح تماس اتصال A_p 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:

تفاوت اتصال اصطکاکی و اتکایی

• در اتصالات اصطکاکی از پیچ‌های معمولی نمی‌توان استفاده کرد، اما در اتکایی قابل استفاده است.
• 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.

در صورتی که مایل به یادگیری تمام نکات اجرای ساختمان هستید توصیه می‌کنیم حتما به دوره اجرای ساختمان سر بزنید.

مسیر پیشنهادی مطالعه مقالات آکادمی عمران

مشاهده مسیر یادگیری