بخشی از مقاله
جوش جوشکاری
مقدمه
بدیهی است٬ برای داشتن یک جوش با کیفیت استاندارد باید حداقل هایی مهیا شده باشند که تجهیزات و مواد مصرفی استاندارد٬ نیروی انسانی ماهر و آموزش دیده و نظارت مستمر و هدایت کننده از جمله آنهاست.
اما بدلیل مهیا نبودن شرایط حداقل وعدم توجه قبلی به بخش بازرسی جوش٬ باید بپذیریم که کیفیت جوش ساختمانهای فلزی٬ مخصوصا ساختمانهای کوچک مسکونی یعنی ساختمانهای تقریبا در حد چهار طبقه معمول٬ دارای وضعیت قابل قبولی نیستند و اگر تصور کنیم که میتوان با یک بخش نامه و برخورد سختگیرانه در مدت کوتاهی آن را تغییر داد٬ به خطا رفته ایم.
به همین دلیل اگر یک سیستم استاندارد بازرسی جوش در این حوزه فعال شود٬ با اطمینان میشود گفت که کیفیت جوش بالای ۷۰ درصد ساختمانها مردود اعلام خواهد شد. به جرات میتوان پیش بینی کردکه مالکین و مجریان ساختمان تاب و تحمل یکباره این سیستم را نخواهند داشت. در نتیجه یا این قانون اجرا نمی شود و فقط در حد بخشنامه باقی میماند یا فعالیت ها زیرزمینی ودر جهت دور زدن این قانون خواهد شد.
چه باید کرد؟
بنظر میرسدکه بایددرقدم اول وضعیت موجود رادرک کرد. مشکل جوشکار و نیروی انسانی ساختمانی٬ مشکل مجری و غیره. در قدم دوم اهداف بازرسی جوش را اولویت بندی کرد. و در قدم سوم با ذکر اولویت ها اصالت را در تایید ویا رد کیفیت جوش٬ به مهندس ناظر داد.
نباید که سیستم بازرسی جوش مستقیما خود به شهرداریها اعلام وضعیت کند که در اینصورت تنها کارهای با کیفیت ۱۰۰ درصدی تایید میشوند. اما یک مهندس ناظر صلاحیت دار میتواند با تفسیر مهندسی خود یک کار با کیفیت ۷۰ درصدی را نیز بدلایل مهندسی قبول نماید.
بنابراین بسیار مهم است که بپذیریم نتیجه خام و بدون تفسیر آزمایشگاههای بازر
سی جوش تایید کننده نهایی فرایند جوشکاری نیست و این مهم برعهده مهندس ناظر است. البته بدیهی است که تفسیر مهندس ناظر نیز بر اساس دانش مهندسی اوست و نه مصلحت.
بنظر میرسد که شهرداریها باید بر نقش حمایتی خود بیافزایند. دادن امتیازهای گوناگون و حمایت از مجریانی که دارای کارگرهای ماهر هستند. اقدام به برگزاری دوره های آموزشی مختلف. در اختیارقراردادن تجهیزات جوشکاری نو درقبال دریافت نوع فرسوده آنها. حمایت شرکتهای بازرسی جوش به انجام کارهای پایه ای از قبیل آموزش و تحقیق. در اتباط بودن با دانشگاهها و استفاده از تولیدات علمی آنها و ...
ارایه یک طرح اولیه بازرسی فرآیند جوشکاری
مرحله اول : درست پس از اتمام اجرای پی ساختمان و قبل از شروع کارهای فلزی٬مهندس ناظر مجری را موظف مینماید که یک شرکت بازرسی و کنترل جوش انتخاب نموده و به وی معرفی نماید.
مرحله دوم : پس از توافق مهندس ناظر با شرکت مذکور بر شروع کار٬ آن شرکت از کارگرهای جوشکار تست اولیه جوش میگیرد تا مشخص شود که آنان از حداقل مهارت برخوردارند.
مرحله سوم : در حین انجام کارهای فلزی٬ شرکت بازرسی جوش باید در چند نوبت به کارگاه سر بزند و با مهندس ناظر نیز در ارتباط باشد.
مرحله چهارم : شرکت مذکور پس از اتمام کارهای فلزی کارگاه٬ گزارش نهایی خود را به مهندس ناظر میدهد. مهندس ناظر نیز آن را با تفسیر مهندسی و گزارش مرحله ای بازدید خود همراه کرده و به شهرداری میدهد.
توضیحات کلی در مورد انواع اتصالات در ساختمانهای فلزی
جهت وصل کردن یک یا چند قطعه در ساختمانهای فولادی نیاز به یک قطعه رابطی می باشد که دو قطعه بتوانند توسط جوش به هم متصل شوند که این قطعه رابط همان انواع اتصالات است .
انواع اتصالات در ساختمانهای فلزی به شرح زیر است :
1- انواع اتصالات تیر به ستون .
2- انواع اتصالات پای ستون .
3- اتصال دو تیرآهن به هم و تولید ستون یا تیر دوبل .
4- اتصالات بادبندها به ستونها وتیرها .
حال به توضیح تک تک اتصالات فوق می پردازیم .
1-انواع اتصالات تیربه ستون :
اتصال تیر به ستون معمولا به دو صورت است یا به صورت صلب و گیردار هستند ویا به صورت مفصلی اند .هر کدام از حالتهای مذکور نیزچند قسمت دارند که شامل موارد زیر می باشد .
الف ) اتصال صلب با جفت صفحه موازی .
ب ) اتصال صلب با جفت سپری .
ج ) اتصال صلب با صفحه انتهایی روی ستون .
اتصالات صلب در مواردی به کار می روند که از جانب تیر یا ستون در سر گره ها ممان جذب شود . اتصال صلبی که امروزه در کشور اجراء می گردد و به صورت کامل اجراء نمی شود اتصال صلب با جفت صفحه موازی است . در اتصال صلب باید جوش به صورتی باشد که قطعه کاملا گیردار باشد و جای هیچ گونه حرکتی وجود نداشته باشدیعنی دور تا دور قطعه جوش شود .
اتصالات مفصلی هم معملا در همه ساختمانها در یک طرف سازه بکار می روند که این اتصال بسیار ساده است وفقط جهت اتصال دو قطعه بکار می رود وممانی تحمل نمی کند . در این اتصال تغییر شکل وجود دارد در حالی که در اتصال مفصلی هیچ گونه تغییر شکلی نداریم . نحوه جوش دادن اتصالات مفصلی به این صورت است که(در مورد نبشی ها ) فقط بر بالایی و پائینی جوش می شود و بقیه قسمت ها نباید جوش شود .
انواع اتصالات مفصلی رایج عبارتند از :
الف ) اتصال ساده نشسته ( نبشی نشیمن )
ب ) اتصال به وسیله صفحه نشیمن ولچکی .
ج ) اتصال به وسیله صفحه نشیمن و صفحه برشگیر ( تیغه ).
آنچه که امروزه اجراء می شود اتصال ساده نشسته و اتصال با صفحه نشیمن ولچکی است .
اتصالات ساختمان ابوحامد به این صورت است که در جهت صلب اتصال با .
خصوصیت اصلی اتصال مفصلی این است که زاویه بین تیر و ستون بتواند تغییر کند و خصوصیت اصلی اتصال صلب این است که زاویه بین تیر وستون نتواند تغییر کند .
در اتصال ساده نشسته – نبشی هایی که در بالا می گذارند فقط برای ایجاد تعادل است و نقش باربری ندارد و حداقل نمره آن 6 خواهد بود .
2- انواع اتصالات پای ستون :
اتصالات پای ستون نیز مانند سایر اتصالات هم صلب و هم مفصلی دارند . که در اتصال صلب از سخت کننده استفاده می شود ودر اتصال مفصلی از نبشی ها ولچکی ها استفاده میشود .اتصال صلب را در جهتی می گذاریم که ممان داریم و اتصال مفصلی را نیز در جهتی می گذاریم که ممان نداریم . جوش اتصال پای ستون نیز باید شرایط دو اتصال صلب و مفصلی را تامین کند .
3- اتصال دو تیرآهن به هم :
برای تولید ستون دوبل یا تیر دوبل لازم است که دو تیرآهن را به هم توسط بست یا پلیت متصل کرد ونیز برای طویل کردن ستونها نیز باید بین تیرآهن ها اتصال وجود داشته باشد( چون طول شاخه های تیرآهن12 متر است).
4- اتصالات بادبند ها به تیر و ستونها :
معمولا بادبندها توسط یک صفحه فلزی که از قبل در محل تقاطع تیر به ستون جوش داده شده است به ستونها وتیرها متصل میشوند .این صفحات که تحت فشار وکشش هستند باید برای هر دو عامل طرح شوند وبادبند هایی که روی این صفحات قرار می گیرند باید به طور کامل جوش داده شوند .
بعضی وقت ها در وسط نیز صفحه می گذارند . چون بادبندها نمی توانند از روی هم عبور کنند در وسط قطع می شوند وبه صفحه وسط کاملا جوش داده
می شوند وادامه می یابند . همانطور که قبلا ذکر شد بادبند های این ساختمان ناودانی تک ودبل می باشد که بوسیله صفحات تقویت به تیر و ستونها متصل شده اند .
اثر طراحی و اجرای اتصالات جوشی بر آسیب پذیری لرزه ای سازه های فولادی
باگذشت حدود 50 سال از کاربرد اتصالات جوشی در صنعت ساختمان در ایران هنوز نقایص زیادی در اجرای ساختمانهای فولادی جدید مشاهده می شود. در یک بررسی اولیه عوامل زیر را می توان به عنوان دلایل اصلی نقایص ذکر کرد:
1- عدم طرح دقیق اتصالات جوشی با توجه به عملکرد مورد نظر آنها
2- عدم انطباق اجرای معمول ساختمان با آیین نامه ها و دستورالعملها
3- کیفیت پایین جوش به علت عدم وجود آموزش کلاسیک کافی در این زمینه برای مهندسان و جوشکاران
4- نبود نظارت اصولی و دقیق بر اجرای جوشکاری در ساختمانهای
شهری در کشور.
در این مقاله بعد از مرور خرابیهای سازه های فولادی در زلزله های گذشته ایران و جهان سعی گردیده تا طراحی و اجرای معمول و سنتی سازه های فولادی جوش شده در کشور با حالت قابل قبول آن مقایسه گردد. برای این منظور از آیین نامه های معمول طراحی سازه های فولادی ایران و آیین نامه های طراحی کشورهای صنعتی زلزله خیز استفاده شده تا مشخص شود که چه مواردی از اجرا یا آیین نامه ها و دستورالعملهای اجرایی همخوانی ندارد. علاوه بر آن مطالعه ای بر روی نقاط ضعیفی که ناشی از اجرای جوش می باشد انجام گرفته و در پایان پیشنهاداتی برای بهبود وضع موجود و کاهش خطرات ناشی از زلزله ها در این نوع سازه ها ارایه گردیده است.
سازه فولادی از مجموعه ای از اعضای باربرساخته شده از نیم رخهای فولادی یا ورق می باشد که به کمک اتصالات به یکدیگر متصل می گردند.با توجه به روشهای تکامل یافته ای که برای تولید نیمرخ های فولادی به کار گرفته می شود این مقاطع غالبا رفتار در حد قابل انتظاری از خود نشان می دهند. مساله بسیار مهم رفتار اتصالاتی است که الف) برای ساخت اعضای مرکب از نیمرخ و ورق برای یکپارچه نمودن اعضا(شامل تیر و ستون و مهاربندها)در محل گره ها مورد استفاده قرار می گیرد.وسایلی که برای ساخت اعضا و اتصال آنها به یکدیگر به کار می رود شامل پیچ و پرچ و جوش است.در این میان استفاده از جوش در ساختمان سازی متعارف در ایران بسیار رایج است.تا زمان وقوع زلزله نورث ریچ(1994)تصور بر این بود که در صورت رعایت اصول فنی در طرح و اجرای سازه های فولادی جوشی این سازه هادر زلزله عملکرد قابل قبولی از خود نشان می دهند.اما وقوع این زلزله این فرض رازیر سوال برد.در این زلزله مشاهده شد که در بسیاری از اتصالات , در محل درز جوش اتصال , فلز مادر(Base metal) دچار ترک یا یعضا شکست شده است.اسن مساله باعث شد تا تحقیقات گسترده ای در مورد علت این پدیده صورت گیرد که این تحقیقات تا به امروز ادامه دارد.از طرف دیگر مشاهده و تحقیق درباره وضعیت ساخت و ساز ساختمانهای فولادی نشان می دهد که اتصالات جوشی متداول در ایران از کیفیت مناسبی برخوردار نیستند و با وجود سابقه نسبتا طولانی در استفاده از جوشکاری در صنعت ساختمان هنوز نقایص زیادی در این زمینه مشاهده می شود.
عملکرد لرزه ای ساختمانهای فولادی
براساس تجربه های حاصل از زلزله های گذشته و مطالعات انجام گرفته سازه هایی در برابر زلزله دارای عملکرد بهتری هستند که بتوانند ضمن حفظ پایداری و انسجام کلی خود انرژی ناشی از زلزله را تا حد امکان جذب و مستهلک نمایند.با توجهبه منحنی نیرو-تغییر مکان سازه ها و توجه به این
مطلب که سطح بین منحنی نیرو-تغییرمکان و محور تغییرمکان نشان دهنده میزان انرژی جذب شده توسط سازه است.هر چه سازه شکل پذیرتر باشد انرژی بیشتری را هنگام زلزله جذب کرده و رفتار مطلوبتری دارد.فولاد نرمه به علت طبیعت شکل پذیر از این نظر ماده مناسبی می باشد و می تواند
میزان زیادی انرژی جذب کند.اما تجربه نشان داده است که در سازه های فولادی در صورت عدم استفاده از اتصالات مناسب عملکرد مناسب لرزه ای آنها مناسب و قابل قبول نخواهد بود و در اثر زلزله دچار شکست سازه ای و یا انهدام خواهد شد.در زلزله منجیل (1369) مشاهده شد که تعدادی از ساختمانهای فولادی دچار تخریب کامل شدند. رفتار این سازه ها در این زلزله ثابت کرد که در بسیاری از موارد سازه های موجود دارای سیستم مقاوم زلزله مناسبی نیستند.استفاده از تیرهای خورجینی(تیرهای سرتاسری در دو طرف ستون با اتصال نبشی) و عدم شناخت سیستم حاصل و مدل صحیح برای این اتصالات باعث شده این سیستم از نظر مهندسی زلزله بسیار آسیب پذیر تلقی گردد.درس حاصل از این زلزله کیفیت پایین ساخت و ساز شهری بودکه در سالهای اخیر تلاشهایی برای اصلاح آن به عمل آمده است.در زلزله نورث ریچ آمریکا مشاهده شد که در بسیاری ازساختمانهای فولادی اتصال تیرها و ستونها دچار ترک و یا بعضا شکست شد.بیشتر این ترکها و شکستها در بال ستون اتفاق افتاده است.
صنعت جوشکاری ساختمان در ایران
با گذشت 50 سال از استفاده از جوش در ساختمان دهه اخیر(80-1370)از نظر تعداد ساختمانهایی که با سازه های فولادی طراحی و اجرا شده اند کاملا استثنایی به شمار می آید.در نیمه دوم این دهه دهها هزار سازه فولادی در تهران و شهرهای بزرگ ایرن به ناگهان سر از زمین برآورد.گسیل سرمایه ها به سوی ساخت و ساز شهری و تبدیل ساخت سرپناه به ماشین
سرمایه گذاری جهت سودهای کلان باعث گردید تا رعایت اصول فنی و ایمن سازی ساختمانها در برابر زلزله در برابر منفعت طلبی صاحبکاران عملا مورد توجه قرار نگیرد.از طرف حجم عظیم ساخت و ساز نیروز انسانی زیادی اعم از مهندس و تکنسین و جوشکار احتیاج داشت که باعث ورود افراد غیرمتخصص به این جرگه گردید.تمامی این مسایل دست به دست هم داد تا طرح و اجرای ساختمانهای فولادی آنچنان که باید از کیفیت مطلوبی برخوردار نباشد.تخریب کلی ساختمانهای فولادی در زلزله منجیل، موید پایین بودن کیفیت ساختمانهای فولادی کشور می باشد. از میان تمامی عوامل دخیل در طرح و ساخت سازه های فولادی اتصالهای جوشی از نارساییهای بیشتری برخوردارند. علل اصلی پایین بودن کیفیت جوش درساخت و سازهای شهری را می توان به صورت زیر بیان نمود :
1- عدم انطباق اجرای معمول سازه های فولادی با آیین نامه ها و دستورالعملها
2- کیفیت پایین جوش به علت عدم آموزش کلاسیک کافی در این زمینه برای جوشکاران و مهندسان
3- نبود نظارت اصولی و دقیق بر اجرای جوشکاری در ساختمانهای شهری در کشور
4- عدم طرح دقیق اتصال جوشی با توجه به عملکرد مورد نظرآنها
1- عدم انطباق اجرای معمول سازه های فولادی با آیین نامه ها و دستورالعملها
در بسیاری از موارد طرز اجرای متداول جوش باجزییات ارایه شده در آیین نامه تطابق ندارد.این موارد ناشی از موارد متعددی است که از میان آنها به موارد زیر می توان اشاره کرد:
الف) آشنا نبودن مهندسین سازه به مسایل اجرایی و در نتیجه ارایه نقشه ها و جزییات
غیرقابل اجرا
ب) گران تر بودن هزینه اجرای جزییات آیین نامه نسبت به روش سنتی اجرا
پ)آگاه نبودن کارفرما و یا مهندس مجری طرح به جزییات آیین نامه و عدم توانایی در تمیز دادن حالات مختلف از یکدیگر
بعد از اجباری شدن آیین نامه2800 درسال (1368) اهمیت وجود سیستم مقاوم در برابر زلزله از یک طرف و محدودیتهای معماری برای استفاده از سیستم مهاربندی از طرف دیگر باعث استفاده روزافزون از سیستم قاب خمشی در جهت عرضی ساختمانها شد.در این سیستم اتصال تیر به
ستون از نوع گیردار بوده یعنی باید توانایی انتقال برش و لنگر از تیر به ستون وجود داشته باشد.در این نوع اتصالات از ورقهای بالاسری و زیرسری که در محل اتصال به ستون برای ایجاد جوش نفوذی کامل خورده است استفاده می شود.
