في المباني الخرسانية المسلحة، يكاد يكون من المستحيل تنفيذ البناء دون وصل أسياخ التسليح في نقطة أو أخرى. هذا يرجع لأسباب واضحة مثل سهولة النقل والمناولة التي يوفرها تحديد طول معين لقضبان التسليح. أيضًا عند استخدام أطوال طويلة جدًا لأسياخ حديد التسليح، ستصبح القضبان غير مستقرة تحت وزنها عند وضعها في وضع عمودي. التراكب (وصلات تراكب أو تداخل التسليح) هو الطريقة التقليدية التي يتم استخدامها لربط اثنين من قضبان التسليح أثناء البناء والتنفيذ. ومع ذلك، في الآونة الأخيرة، تم إدخال وصلات ميكانيكية (مثل مقرنات حديد التسليح Couplers) لربط قطعتين مختلفتين من التسليح ببعضها البعض لتعمل كسيخ واحد "كوحدة واحدة مستمرة".
ما هي طرق وصل حديد التسليح؟
الطرق العامة الثلاثة المحددة لربط قضبان التسليح هي:
- وصلات التراكب Lap splices
- وصلات اللحام Welded splices
- الوصلات الميكانيكية Mechanical splices
من المعروف عمومًا أنه عندما يتم تداخل وتراكب أسياخ التسليح بشكل تقليدي (وصلات التراكب Lap splices)، سيعتمد القضيبان على قوة رابطة الخرسانة لنقل الحمولة. ومع ذلك، مع استخدام الوصلات الميكانيكية، ليست هناك حاجة للخرسانة لنقل الأحمال لأن القضيبين يميلان إلى التصرف كـ "وحدة مستمرة". علاوة على ذلك، فإن فكرة التراكب هي إهدار للمواد بطبيعتها وقد تؤدي إلى ازدحام شديد في التسليح في جزء ما في العنصر الخرساني يقلل من قابلية تشغيل الخرسانة ويصعب عملية الصب. من ناحية أخرى، يعتبر لحام القضبان بديلاً أكثر تكلفة والذي قد يعتمد على الخصائص الكيميائية لقضيب التسليح لقابلية اللحام الكافية.
ما هي مزايا استخدام الوصلات الميكانيكية لأسياخ التسليح Couplers؟
مزايا استخدام الوصلات الميكانيكية على وصلات التراكب في التسليح هي:
(١) تحسين الأداء الإنشائي
يتم تعزيز السلامة الهيكلية للمفاصل المرتبطة باستخدام الوصلات الميكانيكية نظرًا لأن الاتصال لا يحتاج إلى الاعتماد كليًا على الرابطة الخرسانية لنقل الحمل. في التطبيقات الزلزالية، تميل الوصلات الميكانيكية إلى الحفاظ على السلامة الهيكلية عندما يتم الضغط على القضبان في النطاق غير المرن. من ناحية أخرى، يمكن أن تنتهك وصلات التراكب منطقة المفصلات البلاستيكية plastic hinge، وهو ما يعد انتهاكًا لقيود الكود.
(٢) توفير جهد التصميم
في تصميم الخرسانة المسلحة، من المتوقع أن يقوم المهندس بحساب طول التراكب، والتي يمكن أن تعتمد على حجم ونوع التسليح، ورتبة الخرسانة، وحالة الرابطة، والغطاء الخرساني. ولكن مع استخدام الوصلات الميكانيكية Couplers، يتم التخلص من هذا الجهد الحسابي أثناء عملية التصميم.
(٣) التوفير في المواد
باستخدام الوصلات الميكانيكية، لا تتداخل قضبان التسليح، مما يؤدي إلى توفير المواد.
(٤) تقليل ازدحام أسياخ التسليح
يضاعف تراكب أسياخ التسليح بشكل فعال نسبة الحديد إلى الخرسانة، ويمكن أن يؤدي الازدحام الناتج إلى جعل عملية صب الخرسانة ودمكها أمرًا صعبًا. علاوة على ذلك، يحدد الكود مساحة التسليح في مناطق التراكب للأعمدة إلى 0.08Ac. استخدام مقرنات حديد التسليح أو Couplers يقضي تمامًا على هذا التحدي.
عيوب الوصلات الميكانيكية Couplers
من العيوب الأساسية للوصلات الميكانيكية هي الخطوة الإضافية التي تختص بإعداد القضبان أو الأسياخ المطلوبة قبل تثبيت أدوات التوصيل (Couplers). هناك حاجة إلى عناية خاصة في قص القضبان بشكل صحيح ولحماية هذه القضبان من التآكل قبل تركيب Couplers لأن هذه الأسباب قد تؤدي إلى تثبيت غير صحيح للوصلات الميكانيكية.
ومع ذلك، في بحث تم إجراؤه في سريلانكا في عام 2018، يبدو أن التكلفة الإضافية المستخدمة في إعداد القضبان والتي تشمل تكلفة آليتين (آلة إعداد نهاية السيخ وآلة قطع الأسياخ) ومصنعية إضافية (كهربائي وعامل مساعد)، قد وفرت فوائد تكلفة ملحوظة مقارنةً بوصلات التراكب للقضبان ذات القطر الأكبر مثل 32 ملم و 40 ملم.
آلية فشل أو انهيار الوصلات الميكانيكية Couplers
في دراسة للتحقق من نمط فشل التسليح المرتبط باستخدام المقرنات Couplers، تم تحديد طريقتين للفشل هما:
- فشل في حديد التسليح
- فشل في التوصيل (الوصلة)
ومع ذلك، فقد وجد أن إجهاد فشل القضبان التي فشلت بسبب فشل الوصلة أكبر من إجهاد الخضوع للصلب وأقرب إلى نقطة الانكسار. نظرًا لحقيقة أن إجهاد تصميم قضبان التسليح يؤخذ على أنه إجهاد خضوع للصلب وأيضًا بسبب تخفيض الإجهاد في الصلب عندما يكون الصلب ملامسًا للخرسانة، فقد لا يكون خطر الفشل بسبب التثبيت غير الصحيح للمقرنات Couplers أمرًا بالغ الأهمية.