انواع کوپلر و کاربرد آنها

مهندسین ساختمان و متخصصین در سازه‌های بتنی، معایب و ایراداتی را در روش قدیمی و سنتی وصله میلگرد در ساختمان بتنی یا به زبان دیگر وصله اورلپ مشاهده کردند. با انجام تعداد بسیار زیادی آزمایش به همراه استفاده از تجربه مهنسین و متخصصین . مقایسه انواع روش وصله میلگرد، وصله مکانیکی یا کوپلر به عنوان راهکاری ارائه شد که می‌تواند مشکلات اتصال اورلپ را در حال حاضر و در آینده بر طرف نماید. سهولت استفاده، قابلیت اطمینان، تمامیت ساختاری، و حداقل ازدحام میلگرد مزایای استفاده از  سیستم اتصال مکانیکی هستند.

سیستم وصله مکانیکی نیازهای مخاطبین خود را تحت کشش، فشرده سازی و بارگذاری های چرخه ای را برطرف می‌کند. اتصال مکانیکی بهینه‌ترین نوع ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اتصال میلگرد است و تمامی ضوابط و مقررات آیین نامه های ملی و بین المللی را ارضا می‌نماید.

در سراسر دنیا انواع مختلف این وصله‌ها استفاده می‌شوند که عبارتند از:

·         کوپلر استاندارد با رزوه راستگرد

·         کوپلر با رزوه چپ و راست

·         کوپلر تبدیل

·         کوپلر پیچی قفل شونده

·         کوپلر انتهایی

·         کوپلر گروتی

·         کوپلر جوشی میلگرد و سازه

·         کوپلر موقعیت

·         کوپلر برای آرماتورهای فشاری

که خوش بختانه به جز مورد آخر تمامی انواع کوپلر در کشور تولید می‌شود و قابل دسترس است.

در ادامه نحوه استفاده و موارد استفاده انواع کوپلر در ساختمان به تفصیل بررسی می‌شود.

مزایای اتصالات مکانیکی

تعداد بسیار زیادی از مهندسین بر برتری اتصال مکانیکی نسبت به اورلپ تاکید دارند. آنها بر این عقیده هستند که اتصال مکانیکی انسجامی را در سازه ایجاد می‌کند که اورلپ به هیچ عنوان توانایی ایجاد آن را ندارد.

• اتصالات مکانیکی به نسبت اورلپ بسیار قابل اعتمادتر هستند چون برای انتقال بار به بتن بستگی ندارند.
• وصله‌های مکانیکی یکپارچگی بیشتری را در سازه ایجاد می‌کند. این اتصالات در برابر حوادث ناشی از خطای انسانی، بارهای لرزه‌ای و سایر حوادث طبیعی مقاومت به مراتب بیشتری نسبت به اورلپ دارند.
• طبق آیین نامه‌های طراحی بتن وصله مکانیکی باید مقاومت بیشتری نسبت به طول اورلپ معمول فراهم کند. این مقدار به طور معمول حدود 125% تا 150% مقاومت اورلپ می‌باشد.

• اتصال اورلپ میزان ازدحام میلگرد را در محل اتصال به مقدار 2 برابر حالت معمول افزایش می‌دهد. که این امر عمده‌ترین دلیل گیر کردن دانه‌های سنگی و ایجاد حفره در بتن می‌باشد. وصله‌های مکانیکی از این ازدحام جلوگیری می‌کند و با کم کردن ابعاد ستون باعث صرفه‌جویی اقتصادی قابل توجهی در پروژه می‌شود.
• آیین نامه بتن ایران نسبت 6% فولاد به بتن را برای طراحی ستون‌های بتنی مشخص کرده‌است. با توجه به ازدحام آرماتور در ناحیه اورلپ طراحی با نسبت بالانس با اتصال پوششی تقریبا غیر ممکن است. حال آنکه وصله مکانیکی این امکان را برای طراح فراهم می‌کند که با حذف میلگردهای اضافی در ناحیه وصله به مقطع ایده‌آل بتنی با نسبت فولاد به بتن بالانس دست پیدا کند.

• کارکردن با آرماتورهای سایز پایین باعث افزایش ابعاد ستون می‌شود تا بتواند تعداد بیشتری آرماتور را در خود جای دهد. استفاده از وصله مکانیکی امکان استفاده از سایزهای بزرگتر آرماتور را در ستون با ابعاد کوچکتر فراهم می‌کند و در عین حال میزان ازدحام را در ستون به مقدار حداقل برساند. این امر یاعث طراحی مقرون به صرفه و حداکثر استفاده از فضا در پلان می‌شود.
• نصب کوپلر سریع و آسان است و به کارگر ماهر برای این کار نیاز ندارد.
• اتصال مکانیکی با کاهش هزینه دستمزد کارگرها و افزایش سرعت پیشرفت امور باعث کاهش چشم‌گیر هزینه‌ها می‌شود.
• کوپلر انتهایی از ایجاد ازدحام در محل اتصال تیر و ستون جلوگیری می‌کند و قرار دادن میلگردها را در شبکه تسهیل می‌کند.

انواع کوپلر و کاربرد آنها در سازه بتنی 

انواع وصله‌های مکانیکی برای اتصال دو آرماتور در شرایط مختلف در سازه طراحی شده‌اند. بسته به مکان و شرایط قرارگیری و زمان و موقعیت بستن آرماتور، انواع مختلفی از اتصالات مکانیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. تمامی این اتصالات قابل استفاده و طراحی بر اساس تمامی آیین نامه‌های طراحی و گریدهای مختلف فولاد در تمامی کشورها می‌باشند.

به طور کلی در تمامی نقاط سازه بتنی و به جای تمامی خم‌‌های آرماتور در شبکه می‌توان از کوپلر استفاده کرد. شکل زیر نقاط مختلفی با شرایط متفاوت را در سازه نشان می‌دهد که کوپلرهای مختلف در آنها استفاده شده‌اند.

کوپلرهای میانی 

این دسته از کوپلرها که خود به دسته های کوپلر استاندارد، کوپلر با رزوه چپ و راست و کوپلر تبدیل تقسیم می‌شوند، متداول‌ترین دسته از وصله‌های مکانیکی هستند. این دسته از وصله‌های میلگرد به دلیل نصب سریع و آسان و تضمین مقاومت بسیار بالا در مقایسه با دیگر روش‌های اتصال میلگرد در  دهه اخیر بیشترین مصرف و استفاده را در سازه‌های بتنی دنیا دارا بوده است. حال آنکه استفاده از این نوع وصله درکشور ما هنوز آنچنان که باید و شاید رواج پیدا نکرده است.

این نوع کوپلرها در دنیا معمولا به دو مدل رزوه مستقیم و رزوه مخروطی عرضه می‌شود که طی مقاله‌ای تفاوت این دو مدل و محاسن و معایب هر کدام را بررسی خواهیم کرد.

این دسته از وصله ها قابلیت انطباق با تمامی آیین‌نامه‌های طراحی بتن در سراسر دنیا را دارد و با تسریع عملیات آرماتوربندی کمک شایانی به پیشرفت پروژه می‌کنند.

برای استفاده از این نوع وصله‌ها و ایجاد رزوه بر سر آرماتورها به دستگاه رزوه نیازمند هستیم. این نوع دستگاه‌ها که برای انجام عملیات کوپلینگ آرماتور طراحی شده‌است، می‌تواند آرماتور را از سایز 16 تا 50 به سرعت رزوه کند.

خوشبختانه با در دسترس قرار گرفتن این دستگاهها در کشور زمینه ترویج بیش از پیش سیستم وصله مکانیکی فراهم شده است.

کوپلر انتهایی

تغییرات جدید در آیین‌نامه‌های طراحی بتن سبب افزایش مقدار آرماتور در سازه‌های بتنی شده‌اند و در عین حال طراحان علاقه بیشتری به طراحی و استفاده از مقاطع کوچکتر دارند. این امر باعث افزایش ازدحام میلگرد و مشکلات نصب و آرماتوربندی می‌شود. در این شرایط خم‌های 90 درجه انتهای آرماتورهای ستون‌ها هم بر مشکل اضافه می‌کنند و شرایط آرماتوربندی و بتن‌ریزی را سخت‌تر می‌کنند. با این وضعیت استفاده از جایگزینی برای خم‌های انتهایی می‌تواند تا حد بسیار زیادی به حل این مشکل کمک کند. کوپلر انتهایی جایگزین بسیار مناسبی برای خم‌های انتهایی تیر و ستون است و می‌تواند فضا را برای آرماتوربندی و بتن‌ریزی تا 60% باز کند.

طراحی این نوع کوپلر بر اساس آیین نامه ACI-355 و بر اساس تئوری مخروط برشی (توزیع تنش برشی به صورت مخروط در اثر نیروی کششی در بتن) انجام می‌شود.

این وصله‌ها مطابق تمامی آیین نامه‌های طراحی بتن در دنیا قابل استفاده هستند و در ایران نیز کوپلر انتهایی برای سایز 16 تا 50 موجود و در دسترس کارفرمایان، پیمانکاران و مهندسین محترم می‌باشد.

کوپلر پیچی قفل شونده

 کوپلر پیچی قفل شونده نوعی خاص از وصله‌های مکانیکی است که می‌تواند پروژه را از بن بست خارج کند. این نوع کوپلر از معدود راه‌های موجود برای ادامه دادن آرماتور انتظار با طول کوتاه است. در مواقعی که طول آرماتور در حدود 20 سانتی‌متر باشد می‌توان از کوپلر پیچی استفاده کرد. این نوع اتصال به دلیل آنکه انتهای میلگردها نیازی به آماده‌سازی خاصی ندارند بهترین روش برای ادامه دادن میلگردهای انتظار کوتاه، تعمیر و مقاوم‌سازی سازه بتنی می‌باشد.

    این نوع کوپلر، میلگرد را به صورت کاملا یکپارچه در می‌آورد و قابلیت استفاده در تیرها و ستون‌های سازه بتنی، پل‌‌‌ها، شمع‌ها، سازه‌های پیش‌ساخته و تمامی وصله‌های مورد نیاز دیگر را دارد. 

کوپلر پیچی قفل شونده برای نصب فقط به یک آچار استاندارد نیاز دارد و کارگری که آن را می‌بندد نیازی به مهارت خاصی ندارد. به همین دلیل برای عملیات‌های درجا کاملا ایده‌آل است.

کوپلر گروتی

کوپلر گروتی نوعی وصله مکانیکی است که عمدتا برای سازه‌های پیش ساخته استفاده می‌شود. این نوع وصله ها از یک طرف رزوه دارند و از طرف دیگر محفظه ریختن بتن گروت.

برای نصب این وصله‌ها باید میلگردها در قطعه اول رزوه شوند و در مقطع قرار گرفته و بتن‌ریزی انجام شود. هنگام نصب قطعه دوم در محفظه گروت بتن گروت ریخته می‌شود و ریشه های آرماتور از قطعه دوم در آنها قرار می‌‌گیرد. نیرو از میلگرد به بتن و از بتن به میلگرد دوم منتقل می‌شود. از این نوع کوپلر می‌توان در تمامی قطعات پیش ساخته مانند تیر، ستون یا دیوار استفاده کرد.

این وصله‌ها به نحوی طراحی شده‌اند که پس از پس از تکمیل اتصال تمامی قواعد و بندهای آیین‌نامه ACI را ارضا نماید.

کوپلر فشاری(غلاف فشاری)

کوپلر فشاری فقط برای آرماتورهایی استفاده می‌شود که تحت بار فشاری باشند. این غلاف طراحی شده‌است تا انتقال بار فشاری را بین دو میلگرد که انتهای آنها به صورت کاملا قائم بریده شده است، میسر کند. این کوپلر می‌تواند بر روی هر میلگرد بدون وجود داشتن میلگرد مقابل آن بسته شود. این ویژگی باعث می‌شود که این کوپلر توسط یک نفر بسته شود و این امر می‌تواند بستن شبکه‌های پیش ساخته را به مقدار قابل توجهی تسهیل کند.

این نوع کوپلر معمولا برای سایزهای 20 تا 50 طراحی و ساخته می‌شود و برای سایزهای کوچکتر مصرف چندانی ندارد.