بررسی مقاومت کششی انواع میلگرد

بررسی مقاومت کششی انواع میلگرد

میلگرد محصولی فولادی ست که عمده کاربرد آن در ساخت سازه های با اسکلت بتنی ست. بتن هر چند ماده ای بسیار محکم در برابر فشارهای وارد شده است اما نمی تواند کشش را تحمل کند. به همین منظور لازم است تا ماده با مقاومت کششی بالا درون آن استفاده شود تا به این ترتیب مقاومت کششی ترکیب حاصل نیز افزایش یابد. بهترین و مقرون به صرفه ترین ماده ای که می تواند به این منظور مورد استفاده قرار بگیرد میلگرد است. میلگرد درون بتن مقاومت کششی بتن را افزایش می دهد و در اصطلاح آن را برای تحمل نیروهای کششی وارد شده مسلح می کند. با توجه به این کاربرد میگلرد، مقاومت کششی آن اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این مقاله ما به بررسی مقاومت کششی انواع میلگرد پرداخته ایم.   

مقدمه: 

مقاومت کششی میلگرد یکی از ویژگی‌های مهم و اساسی در ساخت سازه‌های بتنی است که به طور مستقیم بر ایمنی، دوام و استحکام ساختمان تاثیر می‌گذارد. میلگردها به دلیل خواص خاص خود، در درون بتن قرار می‌گیرند تا مقاومت کششی بتن را افزایش دهند. بتن خود به خود مقاومت فشاری بالایی دارد، اما در برابر کشش مقاومتی بسیار کم از خود نشان می‌دهد. در این مقاله به بررسی مقاومت کششی انواع میلگرد، ویژگی‌ها، مزایا و معایب آن‌ها پرداخته‌ایم تا به درک بهتری از کاربرد میلگرد در سازه‌ها دست یابیم.

اگر بخواهیم نمونه ای از هم گسیختگی  اتصالات ساختمانی را مثال بزنیم باید به واقعه ریزش برج های دوقلو در حادثه یازده سپتامبر اشاره کنیم. درآن حادثه نیروی ناشی از برخورد هواپیما نبود که باعث فرو ریختن برج ها شد بلکه از هم گسیختگی  اتصالات در برابر حرارت بود.

در یک سازه استاندارد، مهندسین طراح، کشش نهایی همه مصالح را محاسبه کرده و بهترین استاندارد و معیار را در نظر خواهند گرفت. برای دست یافتن به این امر مهم، مهندسان مصالح را در آزمایشگاه های مقاومت تحت نیروهای مختلفی قرار داده تا به یک حد مطلوب برسند. به عنوان مثال در طراحی و ساخت یک ساختمان ۲۰ طبقه که در برابر جریان هوا و نیروی باد قرار می‌گیرد عامل مهمی مانند نوع فولاد و قطر و وزن آن در ساختمان بسیار مهم بوده و ملاک اصلی سازندگان قرار خواهد گرفت.

آنچه در این مقاله به بحث و بررسی آن خواهیم پرداخت، تست کشش  میلگرد در صنعت ساختمان است. شایان ذکر است تست کشش تنها راه موجود برای آزمایش میلگرد نیست و باید گفت شش روش دیگر نیز برای تست و بررسی این محصول فولادی وجود دارد.

درابتدا به منظور تست مقاومت کششی، یک میلگرد باید در آزمایشگاه تحت کشش‌های مختلف قرار بگیرد. مطابق استاندارد ملی ایران 1-8103 قطعات انتخابی جهت تست باید طولی برابر با ۵ و یا ۱۰ برابر قطر میلگرد داشته باشند. یعنی اگر یک قطعه‌ انتخابی قطرش ۲۰ میلی‌متر است، باید طول قطعه جهت تست ۱۰۰ میلی‌متر باشد. زمانی که قطعه انتخاب شد، برای آزمایش در دستگاه‌های مخصوص تحت نیرو قرار می‌گیرد.

مقاومت کششی چیست؟

در جهان هر ماده ای تحت تاثیر نیروهای طبیعت قرار خواهد گرفت. این نیرو ها میتواند اصطکاک  در حالت سکون باشد و یا نیروی جاذبه ، همه اینها بریگ جسم نیروی وارد ساخته باعث حرکت و یا باعث شکستن و متلاشی شدن آن خواهد شد. به میزان تحملی که یک جسم در برابر نیروهای وارد بر خود تحمل می‌نماید نیروی مقاومت گفته می‌شود. مقاومت کششی میلگرد به نیرویی گفته می‌شود که میلگرد می‌تواند در برابر کشش بدون تغییر شکل دائم یا شکستگی تحمل کند. در واقع، مقاومت کششی میلگرد بیانگر حداکثر نیرویی است که میلگرد قبل از شکست می‌تواند تحمل کند. واحد اندازه‌گیری آن معمولاً کیلوگرم بر سانتیمتر مربع (kg/cm²) یا نیوتن بر متر مربع (N/m²) است.

در آزمایش‌های کششی، میلگرد تحت کشش قرار می‌گیرد تا هنگامی که به نقطه شکست برسد و مقدار نیرو، تغییر طول و کرنش آن اندازه‌گیری می‌شود. این داده‌ها برای مشخص کردن مقاومت کششی و ویژگی‌های فنی میلگرد مورد استفاده قرار می‌گیرند.

بررسی اهمیت مقاومت کششی میلگرد

میلگرد انواع مختلف در وزن های گوناگونی دارد و در صنعت ساختمان سازی و همچنین استحکام و تقویت سازه ها نقش مهم و بسزایی ایفا می کند. به همین منظور آگاهی از مقدار مقاومت کششی یک میلگرد برای مهندسین و سازندگان حرفه ای بسیار حائز اهمیت است. دانستن مقاومت کششی میلگرد در صنعت ساختمان سازی بسیار مهم و حیاتی به حساب می آید.مقاومت کششی میلگرد به طور مستقیم بر استحکام سازه‌های بتنی تاثیر می‌گذارد. میلگردهایی که مقاومت کششی بالاتری دارند، قادر به تحمل نیروهای بیشتری هستند و از این رو در سازه‌های حساس یا در مناطقی با شرایط جوی یا زلزله‌خیز بیشتر استفاده می‌شوند. ویژگی‌های مقاومت کششی میلگرد شامل:

1. در بررسی ابتدایی مقاومت کششی میلگرد باید گفت، سه نوع مقاومت کششی وجود دارد. مقاومت کششی تسلیم، مقاومت کششی نهایی و تنش گسیختگی. تنش نهایی یا همان مقاومت کششی نهایی از تقسیم حداکثر نیرو بر سطح مقطع اولیه به ‌دست می‌آید. لازم به ذکر و حائز اهمیت است در بسیاری از اوقات میلگرد در برابر نیروی وارده‌ کششی دچار تغییر خواهد شد. این تغییر شکل هنگامی که میلگرد در سقف و یا دیوارهای بتنی مورد استفاده قرارگیرد، امکان خطر و خرابی زیادی وجود دارد.
2. نیروی های گرانشی مانند زلزله، تاثیر بسیار زیادی در تنش کششی میلگرد خواهد داشت. در نتیجه بررسی و ساخت میلگرد و همچنین انجام آزمایشات لازم در خصوص مقاومت کششی میلگرد بسیار مهم بوده و مهندسین و سازندگان هنگام استفاده در مناطق پرخطری و زلزله خیر باید این موارد را درنظر بگیرند.

• افزایش استحکام سازه: میلگرد با داشتن مقاومت کششی بالا، می‌تواند سازه‌ها را در برابر نیروهای کششی و تغییرات بارگذاری مقاوم کند.
• دوران عمر سازه: استفاده از میلگرد با مقاومت کششی مناسب، عمر مفید ساختمان‌ها را افزایش می‌دهد.
• مقاومت در برابر زلزله: در مناطق زلزله‌خیز، انتخاب میلگرد با مقاومت کششی بالا از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.
• افزایش کارایی بتن: میلگرد به عنوان آرماتور در بتن، از ترک خوردن و شکستن آن در برابر نیروهای کششی جلوگیری می‌کند.

مقاومت کششی در انواع میلگرد چگونه است؟

کارخانجات تولید کننده میلگرد روش های تولیدی مختلفی دارند. جدا از این تفاوت در روش تولید باید استاندارهای مقاومتی را نیز در نظر بگیریم . لازم به یادآوری است که این استانداردها در هر کشور و هر منطقه از جهان  متفاوت است. به طور مثال در اروپا ازاستاندارد DIN استفاده می‌شود به دلیل اینکه اروپا منطقه‌ای کمتر زلزله‌خیز است و همین باعث شده مقاومت کششی در این استاندارد پایین‌تر در نظر گرفته شود اما در ان سوی جهان و کشوری مانند ژاپن که کشور زلزله‌خیز است مقاومت کششی میلگرد بالاتر است. در کشور ایران نیز برای تولید میلگرد از استانداردهای مختلفی استفاده می‌شود. در کشور ما تولید میلگرد بیشتر بر اساس استاندارد روسی است

، در این استاندارد میلگردها به سه شکل ظاهری مختلف تولید می‌شود:

میلگرد A1 : این نوع میلگرد از نظر شکل ظاهری  صاف بوده و روی آن آج وجود ندارد. و از نظرقرار گرفتن در آیین‌نامه‌ها مقاومتی  در دسته استاندارد  S240 قرار میگیرد. میلگرد ساده به  میلگرد نرم نیز گفته معروف است. مقاومت کششی این میلگرد ۳۸۰۰ کیلوگرم بر سانتی‌متر مکعب است.

میلگرد A2 :  این ملیگرد در دسته میلگردهای اجدار قرار می گیرد و همچنین از نظر  آیین ‌نامه‌ها در گروه مقاومتی  S340  جای می‌گیرد و نسبت به میلگرد A1 مقاومت کششی بیشتری دارد. مقاومت کششی این میلگرد ۵۰۰۰ کیلوگرم بر سانتی‌متر مکعب است.

میلگرد A3 : این میلگرد نیز در دسته  آجدار جای می گیرد. اما شکل ظاهری  آن با میلگرد A2 متفاوت است. شکل میلگرد A3 جناغی و یا هشتی بوده که همین تفاوت در ظاهر باعث شناسایی میلگرد A3 از دیگر میلگردها می‌شود. مزیت  میلگرد A3  دراین است که، مقاومت بیشتری نسبت به میلگرد A1 و A2 دارد مقاومت کششی این میلگرد نیز ۶۰۰۰ کیلوگرم بر سانتی‌متر مکعب است. در آیین‌نامه‌ها استاندارد میلگرد A3 در رده‌ی مقاومتی S400 قرار می‌گیرد.

میلگرد A4 : این میلگرد در رده‌ی مقاومتی S500 تعریف می‌شود و نوع آج آن مرکب است. حداقل مقاومت کششی این میلگرد ۶۵۰۰ کیلوگرم بر سانتی‌متر مکعب است.

مقاومت کششی انواع میلگرد چگونه محاسبه می شود

با تعیین مقاومت کششی یک میلگرد مشخص خواهد شد که میلگرد به کار رفته در بتن تحت چه نیروی قرار داشته و در این میان محاسبات ضروری برای تقویت و یا به ‌کارگیری میلگرد با مقاومت بالاتر به خوبی نمایان می شود. جهت بدست آوردن مقاومت کششی یک میلگرد باید در آزمایشگاه تحت کشش های مختلفی قرار گیرد. هماهنگ با استاندارد ملی ایران 1-8103 قطعات باید طول میلگرد ۵ و یا ۱۰ برابر قطر میلگرد انتخاب گردد یعنی اگر یک قطعه‌ انتخابی قطرش ۲۰ میلی‌متر باشد، باید طول قطعه ۱۰۰ میلی‌متر در نظر گرفته شود.  زمانی که قطعه انتخاب شد، برای آزمایش در دستگاه‌های مخصوص تحت نیرو قرار می‌گیرد. نحوه‌ آزمایش به شکل زیر است.

نمونه طبق استاندارد برش داده می‌‌شود و نشانه‌گذاری می‌گردد، طول نشانه‌‌گذاری شده با کولیس اندازه‌گیری شده و L۰ نام دارد. ابتدا ناظر در یک سرعت ثابت میلگرد را تحت کشش قرار می‌دهد و تا جایی که میلگرد تغییر شکل می‌دهد نیرو وارد می‌شود. نمونه‌ برش داده‌ شده بین دو فک قرار می‌گیرد. یک فک ثابت و فک دیگر متحرک است. همزمان با اندازه‌ گیری تغییر طول تحت تاثیر نیرو این کار آنقدر ادامه می‎یابد تا میلگرد دچار گسست شود. پس از گسست نمونه باز شده و در راستای طول قطعه را به یکدیگر چسبانده می‌شود.

میلگردها با توجه به استانداردهای مختلف تولید می‌شوند و هر نوع میلگرد ویژگی‌های خاص خود را از نظر مقاومت کششی دارد. در اینجا انواع رایج میلگردها را بررسی می‌کنیم:

3.1 میلگرد A1 (میلگرد ساده)

• ویژگی‌ها: میلگرد A1 سطحی صاف و بدون آج دارد. این میلگرد به دلیل میزان کربن پایین‌تر از انعطاف‌پذیری بیشتری برخوردار است.
• مقاومت کششی: حدود ۳۸۰۰ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع.
• مزایا:
  • قابل جوشکاری و آهنگری.
  • انعطاف‌پذیر و مناسب برای خم شدن.
• معایب:
  • مقاومت کششی نسبتاً پایین‌تر در مقایسه با سایر میلگردها.
  • مناسب برای استفاده در سازه‌هایی که نیاز به استحکام کششی بالاتر دارند، نیست.

3.2 میلگرد A2 (میلگرد نیمه خشک)

• ویژگی‌ها: این نوع میلگرد آج‌دار است و دارای آج‌های مارپیچ و موازی در سطح خود می‌باشد.
• مقاومت کششی: حدود ۵۰۰۰ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع.
• مزایا:
  • مقاومت کششی بیشتر از میلگرد A1.
  • مناسب برای استفاده در پروژه‌هایی که نیاز به انعطاف‌پذیری بیشتری دارند.
• معایب:
  • قابلیت جوشکاری ندارد.
  • مقاومت کششی به اندازه میلگرد A3 بالا نیست.

3.3 میلگرد A3 (میلگرد خشک)

• ویژگی‌ها: میلگرد A3 یکی از پرکاربردترین میلگردها در ساخت و ساز است. آج‌های این میلگرد به صورت جناقی یا هشتی هستند.
• مقاومت کششی: حدود ۶۰۰۰ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع.
• مزایا:
  • مقاومت کششی بالا و مناسب برای ساختمان‌های بلند و پیچیده.
  • استفاده گسترده در آرماتوربندی ساختمان‌ها.
• معایب:
  • مناسب برای خم کردن با زاویه‌های تند و تغییر شکل‌های زیاد نیست.
  • جوشکاری میلگرد A3 مشکل است.

3.4 میلگرد A4 (میلگرد سخت)

• ویژگی‌ها: این نوع میلگرد از سخت‌ترین انواع میلگردهای آج‌دار است.
• مقاومت کششی: حدود ۶۵۰۰ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع.
• مزایا:
  • مقاومت کششی بالا و مناسب برای استفاده در مناطقی که فشار و تنش کششی زیاد است.
  • بسیار مقاوم در برابر تغییر شکل.
• معایب:
  • انعطاف‌پذیری کمی دارد.
  • قیمت بالاتر نسبت به انواع دیگر میلگرد.

3.5 میلگرد آلیاژی

• ویژگی‌ها: میلگرد آلیاژی از مواد مختلف و با ترکیب‌های خاص ساخته می‌شود و برای کاربردهای خاص به کار می‌رود.
• مقاومت کششی: بسته به نوع آلیاژ متغیر است.
• مزایا:
  • مقاوم در برابر خوردگی و شرایط سخت محیطی.
  • استفاده در پروژه‌های خاص مانند پل‌ها و سازه‌های نفتی.
• معایب:
  • هزینه تولید بالا.
  • معمولاً نیاز به مهارت‌های خاص برای کار با این میلگردها.

مزایا و معایب میلگرد با مقاومت کششی بالا

مزایا:

1. افزایش استحکام سازه: میلگردهای با مقاومت کششی بالا باعث افزایش استحکام سازه در برابر نیروهای کششی می‌شوند.
2. پایداری در برابر زلزله: در مناطقی که خطر زلزله بالاست، میلگردهای با مقاومت کششی بالا از اهمیت ویژه‌ای برخوردار هستند.
3. مقاومت در برابر ترک‌خوردگی بتن: استفاده از میلگرد مناسب در ترکیب با بتن از ترک‌خوردگی و تخریب بتن در برابر تنش‌های کششی جلوگیری می‌کند.

معایب:

1. قیمت بالا: میلگردهای با مقاومت کششی بالا به طور معمول قیمت بیشتری دارند.
2. سختی در پردازش: برخی میلگردها مانند میلگرد A4 به دلیل سختی بالا، ممکن است در فرآیندهایی مانند جوشکاری و خم‌کاری مشکل‌ساز شوند.
3. انعطاف‌پذیری کم: میلگردهای با مقاومت کششی بالاتر معمولاً انعطاف‌پذیری کمتری دارند، که ممکن است در برخی پروژه‌ها محدودیت‌هایی ایجاد کند.

تست کشش میلگرد

دراین بخش با تست کشش میلگرد توسط دستگاه ها آشنا می شویم. هدف از این تست به دست آوردن مقاومت نهایی کشش است. دراین حالت میلگرد بین دو فک ماشین قرار می گیرد و تحت نیروی مشخص قرارداده می شود. طی این فرآیند یکی از دو فک ثابت است و فک دیگر حرکت می‌نماید. ماشین‌آلات آزمایشگاهی به یک نرم‌افزار وصل هستند که منحنی نیرو- جابه‌جایی را رسم می‌نماید و در نهایت به کمک آن منحنی تنش-کرنشبه دست می‌آید. این منحنی تقریبا برای همه‌ اجسام از یک مدل خاص تبعیت می‌نماید. نقاطی روی این منحنی به‌دست می‌آید که این نقاط به پیدا کردن مقاومت کششی نهایی، تسلیم و شکست به مهندس طراح کمک می‌نماید.

به منظور انجام تست مربوط به اندازه گیری مقاومتت کششی میلگرد می بایست از تیکه های کوچک میلگرد استفاده شود. شایان ذکر است در انتخاب این قطعه های میلگرد باید دقت فراوان صورت گیرد و حتما باید طول آن 5 تا 10 برابر قرار آن باشد.

منظور از آزمون کشش میلگرد چیست ؟

آزمون کشش میلگرد بر اساس استاندارد ASTM تعریف می شود ، در اغلب کشورها مانند ایران استانداردهای خود را تعریف کرده‌اند اما همگی میلگرد تولیدی بر اساس استاندارد ASTM را پذیرفته و به عنوان یک آزمون مرجع در نظر می گیرند.

میلگرد ها جهت تقویت مقاومت کششی سازه های بتنی مورد استفاده قرار می گیرند به همین منظور انجام آزمون کششی میلگرد تضمین کننده خصوصیات فیزیکی، شیمایی و مکانیکی میلگرد خواهد بود.

انواع آزمون کششی  به چهار دسته ‌بندی ذیل تقسیم می‌شوند ؛

• کششی
• خمشی
• فشرده‌سازی
• خستگی

آزمون‌های ISO نظیر ISO 6935-2 علاوه بر مشخص نمودن خواصی نظیر حداقل مقاومت تسلیم (Reh) تسلیم (Reh) ، نسبت  Rm / Reh و مقادیر طول کشش برای محصولات میلگرد فولادی آجدار ، نحوه اندازه‌گیری کشش را نیز مشخص می‌کنند.

همچنین در صورت نیاز استاندارد آزمون کشش عمومی فلزات همانند ISO6892-1 نیز در آن لحاظ می‌شود.

استانداردهای محصولات فولادی عبارت‌اند از ASTM A615 ، A706 ، A955 و A996

قیمت میلگرد 

به منظور اطلاع دقیق از قیمت لحظه ای  و خرید انواع میلگرد از سایر کارخانجات کشور، با کارشناسان آرتا فولاد آریا راد به شماره 32923-031 در تماس باشید.

نتیجه‌گیری

انتخاب میلگرد مناسب با توجه به مقاومت کششی آن، نقش بسیار مهمی در ساخت و ساز ایمن و پایدار دارد. هر نوع میلگرد ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارد و باید با توجه به نیازهای خاص پروژه، انتخاب شود. میلگردهایی که مقاومت کششی بالاتری دارند، برای سازه‌های بلندتر، مناطق زلزله‌خیز و فضاهای خاص توصیه می‌شوند. استفاده از میلگردهایی با مقاومت کششی پایین‌تر در پروژه‌های کوچک‌تر یا مناطق کم‌خطر می‌تواند از نظر اقتصادی مقرون به صرفه‌تر باشد.

---