کوپلر لرزه ای

کوپلر لرزه ای

کوپلر لرزه‌ای: تغییری نوین برای تحکیم بیش از پیش سازه های بتنی

یکی از عوامل مهم برای پیشرفت علم مهندسی عمران در طول زمان، تغییرات تدریجی آیین نامه ها و قوانین بر اساس آزمایشات و مطالعات بر روی نمونه های واقعی و زلزله هاست. مطالعه و اطلاع از آخرین ویرایش آیین نامه ها همیشه از اهمیت ویژه ای برای مهندسین برخوردار بوده است. کوپلرهای لرزه ای دسته ای جدید از کوپلرها هستند که در ویرایش سال 2025 آیین نامه ACI-318 معرفی شده اند.

کوپلر لرزه ای چیست؟

با توجه به شباهت ظاهری کوپلرهای لرزه ای و سایر کوپلرهای میانی، اولین سوالی که به ذهن می رسد این است که تفاوت این دو دسته از کوپلر در چیست؟ هر دو دسته استوانه ای فولادی هستند که درون آن حدیده شده است. اما تفاوت اصلی این دو دسته کوپلر، در الزامات و آزمایشاتی است که کوپلرهای لرزه ای می بایست نسبت به سایر کوپلرهای میانی داشته باشند. بر اساس آیین نامه ACI 318-25 کوپلرهای لرزه ای می بایست علاوه بر تست کشش، تست های کرنش و لغزش را نیز با موفقیت پشت سر بگذارد.

ضوابط مربوط به اتصالات مکانیکی در آیین نامه ACI 318-25 نسبت به نسخه سال 2019 تغییرات بسیار زیاد و بنیادی داشته اند. در ویرایش سال 2019 این آیین نامه، اتصالات مکانیکی به دو دسته Type 1 و Type 2 تقسیم می شوند در حالی که در ویرایش سال 2025 وصله های مکانیکی به سه دسته Class L، Class G  و Class S تقسیم بندی شده اند.

حال بیایید این سه دسته را با کمک مقایسه با دسته بندی موجود در ویرایش 2019 که هنوز در آیین نامه های بتن کشور معتبر است بهتر بشناسیم.

 در آخرین ویرایش آیین نامه بتن آمریکا یعنی ACI 318-25 بخش مربوط به کوپلر و وصله مکانیکی با تغییر جدی مواجه شده و بر خلاف آیین نامه ACI 318-19 که کوپلر ها را به دو نوع Type 1 و Type 2 تقسیم کرده بود، برای وصله های مکانیکی سه کلاس Class L، Class G  و Class S در نظر گرفته است.

دو دسته کوپلری که در آیین نامه ACI 318-19 به آن اشاره شده است همان گونه که پیش از این در مقاله ای مربوط به ضوابط اتصالات مکانیکی در آیین نامه های مختلف به آن اشاره شد عبارتند از: Type1: اتصالاتی که مقاومت نهایی کششی آنها برابر است با 25/1 برابر تنش اسمی تسلیم میلگرد (fy) Type 2: اتصالاتی که مقاومت نهایی آنها با مقاومت اسمی میلگرد پایه برابر است. اتصالات دسته اول برای استفاده در نقاط مختلف سازه دارای محدودیت هایی هستند در حالی که اتصالات دسته دوم آزادانه در هر قسمت از سازه قابل استفاده هستند.

پیش از این در مقاله ضوابط اتصالات مکانیکی اشاره کردیم که رایج ترین نوع کوپلر در سازه های بتنی معمول کوپلرهای Type 1هستند و کوپلرهای Type 2 بیشتر در سازه های خاص که تحت بارگذاری ویژه قرار می گیرند مصرف می شوند. اما تغییرات ایجاد شده در ویرایش جدید آیین نامه حاکی از اشتباه بودن این دیدگاه است.

بر اساس آیین نامه ACI 318-25، کوپلر Class L در واقع همان کوپلر Type 2 در ویرایش قبلی آیین نامه است و بر خلاف ویرایش سال 2019 آیین نامه که از این نوع اتصالات آزادانه در هر قسمت از سازه می توانستیم استفاده کنیم استفاده از آن ها را در انواع مختلف قاب های خمشی و در قسمت های مختلف اعضا با محدودیت های جدی مواجه کرده است. تا جایی که در سازه هایی که می بایست در برابر زلزله مقاومت داشته باشند استفاده از این دسته از کوپلرها ممنوع شده است.

دسته بعدی اتصالات در آیین نامه ACI 318-25 کوپلرهای Class G هستند. این دسته از کوپلرها علاوه بر الزامات مقاومت کششی که در اتصالات Class L می بایست رعایت می شدند، در طی آزمایش کشش میلگرد میبایست حداقل کرنش 2 درصد از خود نشان دهند. بر روی این اتصالات می بایست آزمایش بارگذاری رفت و برگشتی نیز انجام شود. این تست به این صورت است که نیروهای رفت و برگشتی کشش و فشار طی 20 سیکل به نمونه وارد می شود و نمونه نباید طی این آزمایش بشکند و بعد از اتمام سیکل های بازگذاری نمونه باید بتواند مقاومت نهایی کششی میلگرد را نیز از خود نشان دهد. مورد دیگری نیز که نمونه باید بتواند در این آزمایش رعایت کند محدودیت لغزش است. حداکثر لغزش پسماند در نمونه بعد از اجرای آزمایش نباید بیشتر از 016/0 اینچ یا 4/0 میلی متر باشد.

کوپلر Class L در واقع همان کوپلر Type 2 در آیین نامه گذشته است که بر خلاف آیین نامه ACI 318-19 استفاده از آن در آیین نامه جدید با محدودیت های جدی مواجه شده است. اما دو کلاس دیگر کوپلر ها در آیین نامه جدید، یعنی Class G و Class S، با توجه به تست های بارگذاری چرخه ای الاستیک و غیر الاستیکی که دارند، «کوپلر لرزه ای» محسوب می شوند. کوپلرهای لرزه ای تنها دسته ای از کوپلر ها هستند که در قابهای خمشی ویژه اجازه استفاده دارند. کوپلر های Class S با توجه به الزامات سخت گیرانه تری که باید رعایت کنند، در هر قسمت از سازه اجازه استفاده دارند اما بکارگیری کوپلرهای Class G در نقاط بحرانی که ممکن است میلگردها به تنش تسلیم برسند، ممنوع است. با توجه به محدودیت های جدیدی که در آخرین ویرایش آیین نامه بتن آمریکا برای کوپلرها و استفاده از آنها در سازه های بتنی اعمال شده است، کوپلرهایی که به صورت رایج تا امروز استفاده می شدند می بایست برای قرارگیری در دسته بندی جدید، تحت تست های جدید چرخه ای قرار گیرند و میزان کرنش و لغزش نیز در آنها اندازه گیری شود.

برای اطلاع از ضوابط کامل کوپلرهای لرزه ای، تفاوت انواع مختلف آنها و مقایسه ضوابط آیین نامه های ACI 318-19 وACI 318-25 به مقاله ای که در این مورد نوشته شده است مراجعه نمایید.

 مزایای کوپلر لرزه ای

کوپلرهای لرزه ای همان گونه که پیش از این بیان شد و در تصاویر مشخص است دقیقا از نظر ظاهری مانند کوپلرهای میانی است که پیش از این استفاده می شده است. پس تمامی مزایایی که برای کوپلرهای میانی پیش از این ذکر شده بود برای کوپلرهای لرزه ای نیز قابل بیان است. در این مقاله صرفا به بیان تیتروار این مزایا بدون بیان توضیحات تکمیلی می پردازیم:

1. انتقال بار بین میلگردها بدون نیاز به بتن
2. انتقال بار مستقیم بدون خروج از مرکزیت
3. افزایش یکپارچگی در شبکه ارماتوربندی
4. کم کردن تراکم آرماتورها به خصوص در محل اتصال تیر و ستون
5. کاهش درصد نسبی آرماتور در مقطع و ایجاد امکان کوچک کردن مقطع
6. عدم نیاز به ایجاد خم S شکل در محل اتصال میلگردها به یکدیگر و افزایش سرعت ساخت و کاهش مشکلات اجرایی
7. کم شدن پرت میلگرد و هدر رفتن آرماتور و کاهش هزینه نهایی با توجه به کاهش مصرف میلگرد

با توجه به تمامی این مزایا حتما میتوانیم استفاده از کوپلر به جای اورلپ را کاری صحیح و اصولی بدانیم اما باید به این نکته توجه کرد که بر اساس آیین نامه ACI 318-25 تنها کوپلرهای قابل استفاده در قابهای خمشی ویژه، کوپلرهای لرزه ای هستند. با توجه به اینکه درصد قابل توجهی از ساختمانهای بتنی در حال ساخت در کشور از نوع قابهای خمشی ویژه هستند کوپلرهای لرزه ای روز به روز مصرف بیشتری در کشور خواهند داشت و به مرور به تنها کوپلرهای قابل استفاده تبدیل خواهند شد.

این دسته از کوپلرها با توجه به الزامات جدید آیین نامه بتن، می بایست الزامات بیشتری را در پروسه تولید رعایت کنند و در نتیجه قیمت بالاتری نسبت به کوپلرهای میانی معمولی خواهند داشت. اما همچنان از توجیه اقتصادی برای استفاده در سازه های بتنی برخوردار هستند.

کاربرد های کوپلر لرزه ای

همان طور که کوپلرهای معمولی در تمامی پروژه های عمرانی قابل استفاده است، کوپلرهای لرزه ای نیز در همه ساختمان های اداری، مسکونی، تجاری، پروژه های زیرساختی مانند پل ها و تونل ها و همچنین پروژه های بازسازی و مقاوم سازی کاربرد دارند.

اما همان طور که پیش از این اشاره کردیم بر مبنای نسخه جدید آیین نامه بتن آمریکا، در مناطق لرزه خیز و در قابهای بتنی قاب اجرا در مناطق لرزه خیز، صرفا کوپلرهایی قابل استفاده هستند که آزمایشاتی مانند لغزش و بارگذاری چرخه ای را با موفقیت پشت سر گذاشته باشند. با گسترش استفاده از آیین نامه ACI 318-25 و ترجمه این آیین نامه و ورود الزامات آن به مباحث مقررات ملی ایران و با توجه به اینکه کشور ما در منطقه ای لرزه خیز قرار دارد، این دسته از کوپلرها به تنها وصله های مکانیکی قابل استفاده در کشور تبدیل خواهند شد.

در حال حاضر تنها شرکتی که محصولات آن را می توان جز کوپلرهای لرزه ای به حساب آورد، شرکت SAVE coupler است، که محصولات آن را می توانید از شرکت کوپلر سپهر که نماینده رسمی این شرکت است، تهیه نمایید.