مقایسه وصله مکانیکی و وصله پوششی

همان طور که در این شکل مشاهده می‌شود، مکانیزم وصله پوششی باعث اعمال نیروی اضافه بر بتن می‌شود که این نیرو در راستای جدا کردن میلگردها از یکدیگر عمل می‌کند. لذا کاور بتن باید استحکام کافی را برای تحمل این نیروی سرشار (Bursting Force) داشته باشد.این نیروی سرشار می‌تواند موجب پوسته پوسته شدن کاور بتن و جدا شدن وصله میلگردها شود. به دلیل همین نیروی سرشار برای میلگردهای سایز بالا استفاده از آرماتور تقویت کننده عرضی اضافی در اکثر آیین‌نامه‌های طراحی تاکید شده است.

برای طراحی یک وصله پوششی مناسب موارد لازم مطلبق با ACI 12.2 در نظر گرفته شود که پارامترهای زیر در این فصل در نظر گرفته می‌شود:

نوع فولاد: هرچقدر تنش تسلیم فولاد بالاتر باشد طول وصله پوششی هم بیشتر خواهد بود.

شرایط سطح میلگرد: در صورت استفاده از پوشش اپوکسی بر روی سطح میلگرد طول وصله اورلپ تا 1.5 برابر افزایش خواهد یافت.

سایز آرماتور: هرچه سایز آرماتور بزرگتر باشد، طول وصله پوششی نیز افزایش می‌یابد.

رده بتن: بتن ضعیف‌تر نیازمند طول همپوشانی بیشتر است.

محل وصله در سازه: کارایی اتصال اورلپ در سازه وابسته به محل میلگرد در سازه، محل میلگرد در عضو سازه‌ای، فاصله آرماتورها از یکدیگر و فاصله از لبه‌های عضو بتنی دارد.

بار طراحی: ‌میزان طول همپوشانی مورد نیاز برای میلگرد تحت کشش بسیار بیشتر از میلگردهای تحت فشار است. اتصال اورلپی که برای فشار طراحی شده است نمی‌تواند در برابر اعمال بار کششی غیرقابل انتظار در سازه مقاومت کند.

درنتیجه، برای طراحی اتصال اورلپ باید نکات زیر رعایت شود:

•  اتصالات پوششی باید در نقطه‌ای قرار بگیرند که کمترین تنش را داشته باشد.
•  در هر نقطه باید تعداد محدودی وصله پوششی وجود داشته باشد.
•  برای آرماتورهای با سایز بالا استفاده از آرماتورهای عرضی تقویتی ضروری است. در محل وصله پوششی تعداد آرماتورها به دو برابر افزایش پیدا می‌کند که این امر جریان بتن، توزیع مناسب سنگدانه‌ها و ویبره کردن را با مشکل مواجه خواهد کرد و در نتیجه کیفیت بتن در این ناحیه بسیار پایین خواهد آمد. طبق آیین‌نامه بتن ایران، نسبت مساحت فولاد به بتن نباید بیشتر از 6 درصد باشد. که رعایت کردن این قاعده در محل وصله اورلپ به علت دو برابر شدن تعداد آرماتورها ممکن نخواهد بود. شکل زیر گویای این مطلب است.

                                        

از آنجایی که اتصال اورلپ، دوام و پایداری خود را از پوشش یتن اطراف خود دارد، از بین رفتن کاور بتن منجر به شکست اتصال اورلپ خواهد شد. یکی دیگر از معایب وصله پوششی این است که عملکرد این وصله‌ها در برابر بارهای دوره‌ای(Cyclic Loads)  در محدوده غیرخطی به شدت ضعیف است. در مناطق مرطوب ساحلی و یا در مناطق سرد برفی خوردگی میلگردها می‌تواند موجب لایه‌لایه شدن و از بین رفتن کاور بتن شود. بدون پوشش بتنی اتصال اورلپ بی‌اثر و مسیر انتقال بار شکسته شده است.

                                                         

بنابراین اتصال اورلپ از نظر سازه‌ای نمی‌تواند قابل اعتماد باشد و از طرف دیگر شرایط طراحی را نیز محدود می‌کند. این روش هزینه‌های پنهان زیادی دارد (که در ادامه به آنها خواهیم پرداخت). بنابراین استفاده از وصله مکانیکی به جای اتصال اورلپ روزبه‌روز افزایش پیدا می‌کند.

مزایای وصله مکانیکی (کوپلر)

وصله مکانیکی یک قطعه مکانیکی است برای ایحاد اتصال بین دو میلگرد که این امکان را فراهم می‌کند که آرماتور در ناحیه اتصال نیز رفتاری مانند میلگرد یک‌ پارچه داسته باشد، این نوع اتصال که میلگردها را به صورت سر به سر به یکدیگر متصل می‌کند، بسیاری از مزایای آرماتور یکپارچه را تامین می‌کند.

در سالهای گذشته تنها راه یکپارچه نمودن دو قطعه آرماتور جوشکاری قوسی بوده است، اما امروزه انواع مختلفی از اتصالات مکانیکی در دسترس است که می‌تواند یک اتصال دقیق و مطمئن را به سادگی و به سرعت فراهم کند.

            

اتصال اورلپ تعداد میلگردها را دو برابر می‌کند که این امر از جریان مطلوب بتن جلوگیری می‌کند و اجازه حرکت دانه‌های شن و ماسه را در بین آرماتورها نمی‌دهد. اتصالات مکانیکی تراکم را به نصف کاهش می‌دهد و امکان برقراری جریان مطلوب بتن را فراهم می‌کند.

وصله‌های مکانیکی قابلیت اطمینان بسیار بیشتری نسبت به وصله پوششی دارند. چرا که برای انتقال نیرو از یک آرماتور به آرماتور دیگر هیچ وابستگی به بتن ندارند. علاوه بر آن وصله‌های مکانیکی بسیار قوی‌تر از اتصال اورلپ هستند چرا که مطابق آیین‌نامه ACI و آیین نامه بتن ایران (آبا) مقاومت وصله‌های مکانیکی باید حداقل 25 درصد از مقاومت طراحی اتصال اورلپ بیشتر باشد. از مزایای دیگر وصله‌های مکانیکی می‌توان به تحمل فوق العاده در برابر انتقال بار، همچنین مقاومت فوق‌العاده در برابر بارهای پریودیک و دوره‌ای و افزایش یکپارچگی سازه را در برابر بلایای طبیعی نام برد. اتصال مکانیکی با داشتن تمام این محاسن می‌توانند با حذف اورلپ کاهش هزینه چشم‌گیری نیز به نفع سازندگان ایجاد نمایند.

از نقطه نظر سازه‌ای، مهم‌ترین مزیت استفاده از کوپلر، اطمینان از مسیر حرکت نیرو در درون شبکه آرماتور، بدون وابستگی به کیفیت و شرایط بتن است. علاوه بر آن کوپلر میزان تراکم آرماتور را با حذف اورلپ به میزان بسیار زیادی کاهش می‌دهد.

اتصال اورلپ باعث دو برابر شدن نسبت فولاد به بتن می‌شود و مشکلات زیادی را هنگام جایگذاری آرماتورها و بتن‌ریزی ایجاد می‌کند. حذف اورلپ فضای لازم را حتی برای عملیات پس کشیدگی (Post Tensioning) فراهم می‌کند.

 

ز نقطه نظر طراحی، کوپلر می‌تواند نسبت فولاد به بتن را در مقطع کاهش دهد. با استفاده از این تکنولوژی امکان استفاده از آرماتور با قطرهای بالا فراهم می‌شود که این امر با کاهش تعداد آرماتورهای مورد نیاز ابعاد ستون را به مراتب کاهش می‌دهد و با کمینه کردن تراکم میلگرد امکان بتن ریزی مناسب را نیز فراهم می‌کند. کم شدن ابعاد ستون‌ها از نقطه نظر اقتصادی می‌تواند بسیار کمک کننده باشد چرا که علاوه بر کاهش حجم بتن‌ریزی، به خصوص در طبقات پایین‌تر و پارکینگ‌ها بزرگ بودن ابعاد ستون مشکلی است که گاها می‌تواند پروژه را به سمت اجرا به صورت فولادی میل دهد.

منابع

1. آیین نامه بتن ایران 
2. ACI 318-05 Building Code Requirements for Reinforced Concrete, American Concrete Institute, Detroit, October, 2004
3. Mechanical vs. Lap Splices in Reinforced Concrete Construction, ERICO Concrete Reinforcement Products
4. Mechanical butt splices vs. Lap Splicing, study conducted by Cagley and associates