الوصلات ( وصل العناصر الفولاذية )

الوصلات    connections

دواعي وصل الاجزاء المعدنية :

يلزم وصل الاجزاء المعدنية في الحالات التالية :

1-    الحصول على قطعة اطول مثال وصلة طولية لكمرة . انظر الشكل ( 1 )

                              

                     

2-    للحصول على مقطع اكبر بوصل عدة قطع حيث تزداد المساحة او عزم القصور الذاتي انظر الشكل ( 2 ) و ( 3 ) .

3-    لتقوية مقطع موجود بغرض زيادة مساحته  و عزم قصوره الذاتي انظر الشكل ( 4 ) .

                                           

                                  

4-    وصل عضو في منشأ بعضو اخر او بمجموعة من الاعضاء مثال وصلة كمرة في عمود او مفصل في كمرة شبكية  الشكل ( 5 ) والشكل ( 6 ) .

                             

                                                 

طرق وصل ( ربط ) الاجزاء المعدنية :

 هناك نوعان للروابط وهما

1-    الرابطات الميكانيكية  ؛ وتشمل : أ- البراغي ( مسامير الصامولة ) .

                                               ب- البراشيم

2-    اللحام .

الرابطات الميكانيكية :

اولا- البراغي : يتكون البرغي من جسم جزء منه على شكل قلووز وراس غالبا على شكل مسدس انظر الشكل ( 7 ) .حيث يجب ان تحقق اجزاء البرغي الابعاد التالية :

                                                                         h = 0.7 d

                                                d1 =d +3 – 4 mm

L = 40 – 200 mm       

                                                                    d  Lt = 1.5 – 2

                                                          D1 = 2 d1

                           

والبراغي نوعان:

1-    براغي عادية ( black bolt ) : تستخدم في اعمال التركيب او الاعمال المؤقتة وتصنع من اسياخ صلب 37 ويترك بينها وبين الثقب ( 3mm – 2 ) .

2-    براغي عالية القوة : تستخدم في الاعمال الدائمة وسطح وقطر هذه البراغي مخروطة بالمخرطة والخلوص بينها وبين الثقب حوالي ( 0.3mm ) وتصنع من اسياخ صلب52 .

ثانيا- البراشيم :

وتصنع من اسياخ مستديرة في مكابس خاصة لتكوين رأس لها ويتم الدق اما يدويا او باستخدام مطرقة ميكانيكية  ويجب ان يملأ المسمار فراغ الثقب تماما انظر الشكل ( 8 ) . ويجب ان يحقق المسمار الابعاد التالية :

                                           G = d + 3 mm   حيث G  سمك الاجزاء الممسوكة

                                                           H = 4/3 d        

                                                D = 1.6 d       

                   K = 0.6 d                                                

                                    

توضيب المسامير :

المقصود بالمسامير ( مسامير البرشام ومسامير القلاووظ ( البراغي ) )علما ان البراغي المعترف بها في الاعمال الانشائية هي البراغي المخروطة والتي ثقوبها مبرغلة .

تدق المسامير على خطوط في اتجاه القوة المؤثرة ، وتحدد هذه الخطوط حسب الاوضاع التالية :

1-    الزوايا التي تقل عن ( 110) توضع المسامير في خط واحد في منتصف الجزء الخالي من الرجل .

2-    في الزوايا التي تزيد على ( 110 ) توضع المسامير في خطين .ويفضل الترتيب المترنح حتى لا يضعف كثيرا من المقطع

                                 

3-    اذا وضعت المسامير في رجلي الزاوية تجب ملاحظة امكانية دق المسامير . مسماران ويمكن ان يكون مسماران في مقطع واحد اذا سمح مقاس الرجل بذلك والا وجب ترنح المسامير .  

    

4-    في الكمرات I   العادية توضع المسامير في منتصف الجزء الخالي من الشفة .

5-    الكمرات I  العريضة الشفة  توضع المسامير في خط اوخطين حسب مقاس الشفة .

6-    في كمرة المجراة توضع المسامير في منتصف الجزء الخالي من الشفة

قواعد صف المسامير :

1-    تحدد قيمة قصوى وقيمة دنيا للمسافة بين مسمار واخر ( محور المسمار على امتداد جسمه ) وكذلك المسافة بين المسمار ونهاية المعدن . المسافة الاولى  تسمى الخطوة P والمسافة الثانية المسافة الطرفية e  .فاذا كانت الخطوة اطول مما يجب يحدث انبعاج لللمادة واذا كانت اقصر مما يجب حدث شرخ للمادة . الشكل ( 11 ) .

                         

 تحدد قيمة قصوى لكي لا تتسبب عملية الدق في انفتاح القطعتين الموصولتين بعضهما عن بعض . وتكون المسافة المسموح بها لاعضاء الضغط اصغر منها لاعضاء الشد لاحتمال حدوث انبعاج ( تحنيب ) . كما تتحدد قيم دنيا لكي لا تتسبب عملية الدق في حدوث شدوخ او تمزقات للمعدن . انظر الشكل ( 12  ) .

                                                          

وقد حددت المواصفات قيما لكل من p  و e        يوضحها الجدول ( 1 ) التالي :

الجدول ( 1 ) :

المسافة		القيم القصوى في حالة		القيمة الدنيا
		الشد	الضغط
الخطوة  p		8d	6d	3d
		16t	12t
المسافة	الحرف المدرفل e	3d	3d	1.5d
ا		8t	8t
الطرفية	الحرف المقصوص e`	3d	3d	1.75d
		8t	8t
الخطوة المائلة للمسامير المترنحة p`		9d	12d	4.5d
		24t	18t

d : قطر المسمار

t: السمك الخارجي الأقل للتخانات الموصولة .

ووفقا لما جاء بالجدول أعلاه فان هناك حدودا للمسمار الذي يدق في زاوية . وتحدد العلاقة بين رجل الزاوية والمسمار كالاتي :

                     ادنى مسافة طرفية  :         e = 1.5d

                    فيكون الجزء الخالي من الرجل  : 3d

                    اذا مقاس الزاوية :  3d + t

 وهذه القيمة تقريبية ويبين الجدول التالي مقاس المسمار واقل زاوية يدق بها :

  الجدول ( 2 ) :

قطر المسمار	أقل مقاس للزاوية
14	45
17	55
20	65
23	75
26	90

 وتخضع المسامير التي تدق في الجذوع او الالواح للقواعد السابقة نفسها أي تحدد خطوط المسامير في اتجاه القوة المؤثرة ثم توضب المسامير اما في صفوف متعامدة او مترنحة . انظر الشكل ( 13 )   
     

                                         

مقاومة الوصلات المبرشمة :

( ملاحظة  : ماينطبق على الوصلات المبرشمة ينطبق على  وصلات البراغي ) .

اذا أثرت قوى على الأجزاء الموصولة بين جسم  البرشام ( وكذلك البرغي ) فان هذ القوى تتحول الى قوى داخلية بين الأجزاء الموصولة وبين جسم  البرشام وعندئذ يقاوم البرشام القوى بإحدى طريقتين :

1-المقاومة للقص ( resistance in shear ) :

ونميز بين ثلاث انواع من الوصلات:

أ‌-       الوصلة المفردة :(  lap joint )

حيث تربط تخانتين فقط ويقاوم انزلاق احد اللوحين على الاخر مقاومة القص في مقطع جسم البرشام وهو قص مباشر انظر الشكل ( 14 ) وتعطى مقاومة المسمار للقص بالعلاقة التالية :

                              
                  Rss =( π d^2 / 4) x fs

                                                                  

ب‌-  الوصلة المزدوجة :( duble joint )

حيث تربط ثلاث تخانات تعمل واحدة في اتجاه والاخريان في الاتجاه المضاد وعندئذ يقاوم انزلاق اللوح الاوسط على اللوحين الخارجيين مقاومة القص على مستويين . انظر الشكل ( 15 ) . وتعطى مقاومة المسمار للقص المزدوج بالعلاقة التالية :

                                                Rds =(2 π d^2 / 4) x fs
                                                      

ج- الوصلة المضاعفة ( multiple joint )

وفيها تعمل قطعتان في اتجاه وثلاث قطع في الاتجاه المضاد  عندئذ تحدث مقاومة القص على اربع مستويات  انظر الشكل ( 16 )  وتكون مقاومة القص بالعلاقة التالية :

                                                          Rds =(4 π d^2 / 4) x fs

                                                      

2-المقاومة للتحميل : ( resistance in bearing )

وفيها يحدث ضغط مباشر ( تحميل ) بين جسم البرشام واحدى القطع الممسوكة  او بعضها . وتحدث المقاومة وتستمر حتى يزيد جهد التحميل الى الدرجة التي تسمح  بانزلاق القطع الممسوكة  ( في هذه الحالة يتجاوز جهد التحميل حد الخضوع ) .

ففي الوصلة المفردة تحدث المقاومة على جانب واحد في كل اتجاه . وفي الوصلة المزدوجة تحدث المقاومة على جانب في احد الاتجاهين وعلى جانبين في الاتجاه الاخر . وفي الوصلة المضاعفة تحدث المقاومة على جانبين في احد الاتجاهين وعلى ثلاث جوانب في الاتجاه الاخر . انظر الشكل ( 17 ) .
                                                

حساب مقاومة التحميل :

يلاحظ انه عند بدء تحميل اللوحين فان النقطة أ تتعرض لمقاومة الحمل حتى يصل الجهد فيها الى قيمة جهد الخضوع عندها يسيل المعدن وتأخذ النقطتان المجاورتا ن نصيبهما من المقاومة حتى يصل الجهد فيهما الى  حد الخضوع وعندئذ تشاركهما النقطتان المجاورتان وهكذا . اما النقطة ب فان الجهد فيها يكون صفرا لموازاة المعدن لاتجاه القوى الخارجية وبذلك يكون توزيع الجهد كالمبين بالشكل  ( 18 ) . ويكون الجهد اكبر ما يمكن عند النقطة  أّ .
                                                            

وقد وجد بانه اذا اسقطت الجهود على مستوي يمر بقطر المسمار فانه يمكن اعتبارها موزعة بانتظام وفي هذه الحالة يصل الجهد الى جهد التناسب ( fp يقل عن جهد الخضوع ) .

اذا فان التحميل يحدث على سطح افتراضي مقداره ( t x d ) حيث t  سمك اللوح الذي يحمل على المسمار وتحدد قدرة المسمار او مقاومته للتحميل على السمك او مجموع الاسماك التي تتحمل في اتجاه واحد بالعلاقة التالية :

                                        Rb = d x t x fb

حيث d   : قطر المسمار

  t : المجموع الادنى للتخانات التي تتحمل في اتجاه واحد .

Fb : جهد التحميل ويؤخذ  1960 kg/cm2 لصلب 37 .

ففي الوصلات التالية :

أ‌-       t  2 هي الاقل وهي الحرجة . انظر  الشكل ( 19 -1  )

ب‌-  T2  او  2t1 ايهما اقل هي الحرجة . انظر  الشكل ( 19 -2  ) .
                                                            

ج- ( 2t1+t3 ) او 2t2        ايهما اقل هي الحرجة .انظر الشكل ( 19 -3 ) .

                                           

                                 

انهيار الوصلات المبرشمة :

ليكن لدينا لوح به مسمار واحد ومعرض لشد .فقد يحدث للوح انهيار باي من الطرق الثلاث الاتية . وفي كل منها يفترض ان المسمار على درجة من القوة بحيث يسبق انهيار اللوح حدوث انهيار بالمسمار :

1-    مزع اللوح :
                                                                   

الجهد في اللوح قبل الثقب = T/ b x t وهو موزع بانتظام في المقطع .

ولكن المقطع الحرج حيث يوجد الثقب وبذلك يجب خصمه من المساحة التي تقاوم الحمل . ويفترض ان الحمل موزع بانتظام في ذلك المقطع وهو ليس كذلك حيث يبلغ اقصاه عند مبدأ الثقب وبذلك تكون المساحة الفعالة هي المساحة الصافية :

                                 Anet = b . t – d . t = t (b – d )

ويحدث المزع بسبب ارتفاع الجهد عن الجهد المحسوب باعتباره موزع بانتظام .

                       t *   Fact =( T / (b – d ))( الجهد الفعلي   )             

ملاحظة : في حل كان اللوح معرضا لضغط فان مثل هذا الانهيار لا يحدث لان اللوح في موقع المسمار سوف يتحمل على المسماروبالتالي تكون المساحة الفعالة هي المساحة كلها .

وقد وجد انه اذا كانت المسافة b   لا تقل عن ثلاثة امثال القطر كان اللوح مأمونا ضد هذا النوع من الانهيار وهذه هي القيمة الدنيا لخطوة المسامير التي حددتها المواصفات .

2-    شق اللوح :

 ويحدث اذا كان المسمار قريبا جدا من طرف اللوح . انظر الشكل ( 21 ) .

                                

3-    قص اللوح :

ويحدث ايضا اذا كان المسمار قريبا جدا من طرف اللوح . انظر الشكل ( 22 ) .

                                                                                   

ملاحظة : ويكون اللوح مأمونا ضد هذين الانهيارين اذا كانت المسافة الطرفية ( e ) لا تقل عن 1.5  قطر المسمار  ولا تقل عن 1.75  قطر المسمار اذا كان طرف اللوح مقصوصا .

حساب الوصلات المبرشمة :

عند شد وصلة انظر الشكل ( 23 ) . فان الحمل يصل الى المسمارين الطرفيين اولا ، وعندما يصل الجهد فيهما الى حد الخضوع يحصل للمادة سيلان ، بحيث ينتقل ما زاد من الحمل الى المسمارين اللذان يليانهما وهكذا ، ويكون التوزيع الحقيقي للحمل في اتلبراشيم كما موضح في الرسم ، الا انه قد افترض ان الحمل موزع على البراشيم بالتساوي .

ومن اجل تحقيق هذا الغرض يجب الا يزيد عدد المسامير في صف واحد وفي اتجاه تطبيق القوة عن سبعة  .

وبذلك يكون عدد المسامير ( n  ) اللازمة لمقاومة قوة مقدارها ( p ) هي :
                                           

n = P / R ast

حيث  R ast : هي المقاومة الاصغر للمسمار من المقاومتين : مقاومة القص ومقاومة التحميل . اخذين في الاعتبار نوع الوصلة ( مفردة ام مزدوجة ام مضاعفة ) .

هذا ويجب ان لا يقل عدد المسامير في وصلة عن اثنين .

ولكي نفهم عمل المسامير نتصور ان احد طرفي الوصلة ثابت ونشد الطرف الاخر ، حيث ينتقل عند كل مسمار حصة متساوية من الحمل من احد الطرفين الى الاخر وتتجمع تلك الحصص حتى تصل في النهاية الى القوة المؤثرة انظر الشكل ( 24 ) .

                                                            

المسامير في الشد : 

تفضل المواصفات عدم استخدام البلراشيم اذا تعرضت لقوة شد وتفضل عليها البراغي وعلى الاخص العالية الشد