مقاومت کششی میلگرد چیست؟ | نحوه محاسبه مقاومت کششی میلگرد

 

امروزه تست مقاومت کششی میلگرد با استفاده از ماشین آلات پیشرفته و به صورت تخصصی در آزمایشگاه‌ صورت می‌گیرد. نتایج تست مقاومت میلگرد برای سازندگان و مهندسان عمران از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است، زیرا دوام و استحکام سازه، به ویژه در سازه‌های بتنی به مقاومت میلگرد‌های موجود در ساختار و اسکلت آن بستگی دارد.

خاصیت پلاستیک و الاستیک دو ویژگی قابل آزمایش میلگرد است که براساس آن‌ تست‌های مقاومت تسلیم و مقاومت کششی میلگرد انجام می‌شود. فرمول محاسبه مقاومت کششی میلگرد، یک فرمول جامع برای اندازه‌گیری مقاومت آرماتور‌های فلزی است که در ادامه این مقاله جزئیات محاسبه آن را بیان کرده‌ایم.

آنچه در این مطلب می خوانید:  نمایش 

مقاومت کششی میلگرد چیست؟

معمولا هر ماده‌ای در جهان تا حد مشخصی توانایی مقاومت در برابر نیرو‌های خارجی را دارد. معمولا در معماری و مهندسی سازه‌ها منظور از مقاومت، حداکثر نیرویی است که ماده تا قبل از فروپاشی تحمل می‌کند. با توجه به این اصل کلی، مقاومت کششی میلگرد عبارت است از حداکثر مقاومت میلگرد در برابر نیروی کشش تا قبل از شکسته شدن.

مشخص بودن میزان مقاومت کششی هر میلگرد در اجرای پروژه‌های ساختمانی بسیار حائز اهمیت است. انواع مختلفی از میلگرد‌ها وجود دارد که هر کدام از آن‌ها براساس ویژگی‌هایی که دارند از مقاومت کششی متفاوتی برخوردار هستند، اما نحوه محاسبه این مقاومت از یک فرمول واحد پیروی می‌کند.

نحوه محاسبه مقاومت کششی میلگرد

مشخص شدن میزان مقاومت کششی میلگرد بیان کننده کاربرد آن است. محاسبه این مقاومت به دستگا‌های خاصی نیاز دارد که شرکت‌های تولید کننده آرماتور و نهاد‌های نظارتی با استفاده از آن‌ها مقاومت کششی میلگرد‌های مختلف را محاسبه و منتشر می‌کنند.

محاسبه مقاومت کششی در ۲ مرحله انجام می‌گیرد. در مرحله اول قطعه میلگرد مورد نظر در آزمایشگاه مخصوص مقاومت سنجی، تحت کشش قرار می‌گیرد؛ سپس در مرحله دوم با استفاده از فرمول، میزان مقاومت کششی میلگرد محاسبه می‌شود.

اجرای تست مقاومت کششی میلگرد

مطابق استاندارد ملی ایران و استاندارد جهانی ASTM در اجرا تست مقاومت کششی میلگرد، طول قطعه انتخابی باید ۵ یا ۱۰ برابر قطر میلگرد باشد. برای مثال اگر قطر میلگرد ۱۲ میلی‌متر است، طول آن باید ۶۰ یا ۱۲۰ میلی متر باشد. مراحل انجام این تست به شرح زیر است:

• نمونه برش داده شده در دو نقطه نشانه گذاری می‌شود و فاصله آن‌ها با کولیس اندازه گیری می‌شود. این فاصله L0 نام دارد.
• سپس قطعه برش داده شده بین دو فک ثابت قرار می‌گیرد و یک فک متحرک دیگر به میلگرد فشار وارد می‌کند و آن را تحت کشش قرار می‌دهد.
• عمل فشار وارد کردن به میلگرد تا زمانی ادامه پیدا می‌کند که میلگرد قطع شود.
• همزمان با این کار، طول میلگرد تغییر می‌کند و فاصله دو نقطه نشانه گذاری شده نیز تغییر می‌کند.

پس از انجام این تست، رایانه متصل به دستگاه داده‌های مربوط به مقاومت کششی میلگرد را ثبت و آن را محاسبه می‌کند. می‌توان با استفاده از اطلاعاتی که توسط دستگاه ثبت می‌شود به آسانی میزان مقاومت کششی میلگر مد نظر را مشاهده کرد.

نحوه محاسبه مقاومت کششی میلگرد

بعد از فرایند تست قطعه آرماتور توسط دستگاه، می‌توان به صورت دستی و با استفاده از فرمول‌های ریاضی، مقاومت کششی و میزان کرنش را محاسبه کرد. برای این کار ابتدا باید میزان تغییرات طول را به درصد محاسبه نمود سپس از عدد بدست آمده در فرمول نهایی که محاسبه میزان مقاومت کششی میلگرد است استفاده کرد.

فرمول محاسبه کرنش یا تغییر درصدی افزایش طول:

برای استفاده از فرمول محاسبه کرنش میلگرد، لازم است ابتدا دو قطعه از هم گسیخته طوری به هم چسبانیده شود که نشانه‌هایی که از قبل مشخص شدند در یک راستا قرار بگیرند. سپس فاصله دو نقطه مجددا با کولیس اندازه‌گیری می‌شود و همراه با L0 که قبل از تست مقاومت اندازه‌گیری شد، در فرمول ԑ=((L-L0)/L0)*100 قرار داده می‌شود و میزان درصدی کرنش میلگرد مدنظر محاسبه می‌شود.

فرمول محاسبه مقاومت کششی میلگرد:

این فرمول از قانون هوک برگرفته شده است که با جایگذاری میزان درصدی کرنش میلگرد، مقاومت کششی آن نیز مشخص می‌شود. یکای اندازه‌گیری استحکام کششی میلگرد (E) معمولا به واحد مگاپاسکال (MPa) است. فرمول مقاومت کششی به صورت زیر است:

φ/ε=E

در این فرمول، ε میزان کرنش است پس از مراحل بیان شده به دست می‌آید و φ نیز تنش تک محوری است که حاصل تقسیم نیروی کششی بر سطح مقطع عمود بر نیرو است. حاصل تقسیم این دو مولفه بر یکدیگر، E است که مدول الاستیسیته یا میزان مقاومت کششی میلگرد نام دارد.

این مقاومت علاوه بر واحد پاسکال با یکاهای دیگری مانند: کیلوپوند بر اینچ مربع (kpsi) و کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع (ksc) نیز اندازه گیری می‌شود؛ اما مقادیر موجود در جداول آیین نامه بتن ایران (آبا) معمولا برحسب مگاپاسکال است.

تحلیل نموارد تست مقاومت کششی آرماتور

ماشین‌های انجام آزمایش تنش کششی (Tensile Stress)، به نرم‌افزار‌هایی وصل هستند که در پایان تست منحنی نیرو-جابه‌جایی (کرنش-تنش) را رسم می‌کنند. روی این نمودار چند نقطه مشخص می‌شود که داده‌های مربوط به آن‌ها در تحلیل تست مقاومت بسیار مهم هستند. این نقاط به ترتیب زیر هستند:

1. نقطه A: اولین نقطه روی منحنی که نقطه A است که نقطه حد تناسب نیز نام دارد. در این نقطه میلگرد دچار تغییر شکل می‌شود.
2. نقطه B: نقطه تنش تسلیم بالاتر
3. نقطه C: نقطه تنش تسلیم پایین‌تر
4. نقطه D: در این نقطه شاهد بروز رفتار پلاستیک از آرماتور خواهیم بود که به نقطه مقاومت کششی نهایی معروف است.
5. نقطه E: در این نقطه که نقطه شکست نامیده می‌شود، میلگرد مورد آزمایش باریک می‌شود و در نهایت در این نقطه که تنش کمتری نسبت به نقطه تنش نهایی دارد، میلگرد در اثر کشش پاره می‌شود.

اهمیت مقاومت کششی میلگرد

میلگرد یکی از مهم‌ترین اجزای سازه‌های بتنی است. در واقع اصلی‌ترین عامل در تعیین ظرفیت باربری سازه، مقاومت کششی میلگرد‌های به کار رفته در آن است. مشخص بودن میزان استحکام کششی میلگرد‌ها تاثیر زیادی در محل به کار گیری آن‌ها دارد.

بتن به تنهایی از مقاومت و استحکام کافی برای تحمل وزن ساختمان برخوردار نیست به همین دلیل در ساختار آن از میلگرد و آرماتور‌های مختلفی استفاده می‌شود تا در برابر لرزش‌ و تنش‌ها مقاوم شوند. چنانچه استحکام کششی و تسلیم فولاد بالا نباشد، سازه تخریب می‌شود و یا در طول زمان دچار ریزش می‌شود؛ بنابراین آگاهی از تفاوت میلگرد کششی و فشاری بسیار حائز اهمیت است.

آگاهی از مقاومت کششی یک میلگرد موجب می‌شود که مهندسین از انواع مختلفی از آرماتور‌ها مانند: میلگرد‌های حرارتی برای تقویت بتن در ساختمان استفاده کننده. این موضوع در مقاوم‌سازی ساختمان‌ها و سازه‌ها در برابر زلزله بسیار حائز اهمیت است.

مقاومت کششی در انواع میلگرد‌ها

مقاومت کششی انواع مختلف میلگردها با توجه به استانداری که براساس آن تولید می‌شوند، متفاوت است. به همین دلیل می‌توان میلگرد‌ها را بر اساس مقاومت کششی که دارند در دسته‌های مختلفی قرار دارد.

در ایران میلگرد‌ها براساس استاندارد روسی GOST 5781 دسته‌بندی می‌شوند. طبق این استاندارد میلگر‌ها به ۴ دسته تقسیم می‌شوند که هر کدام از آن‌ها مقاومت کششی مخصوص به خود را دارد. مقاومت کششی انواع مختلف میلگرد‌ها به شرح زیر است:

میلگرد A1

سطح این میلگرد صاف و صیقلی است و روی آن آج ندارد، این دسته از میلگرد‌ها به اسم میلگرد ساده نیز شناخته می‌شوند. نام استاندارد این میلگرد S240 است و نسبت به میلگرد‌های آج‌دار مقدار کربن کمتری در ساختار خود دارد.

این میلگرد انعطاف پذیری بالایی دارد و به میلگرد نرم معروف است. مقاومت کششی این میلگرد ۳۸۰۰ کیلوگرم بر متر مربع است و قابلیت استفاده در جوشکاری و آهنگری را نیز دارد.

درباره میلگرد ساده بیشتر بخوانید: میلگرد ساده چیست و چه مشخصات و کاربردهایی دارد؟

میلگرد A2

این میلگرد با نام استاندارد S340 یکی از میلگرد‌های پرکاربرد در ایران است که از میلگرد‌ها A1 مقاومت کششی بیشتری دارند. مقاومت کششی در میلگرد A2 برابر ۵۰۰۰ کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع است و میزان مقاومت آن در برابر تغییر شکل ۱۹ درصد است.

انعطاف پذیری این دسته از میلگرد‌ها نسبت به دسته قبلی کمتر است و بیشتر برای خاموت زنی به کار برده می‌شود. میلگرد A2 از میلگرد‌های A3 و A4 منعطف‌تر است و حالت نیمه خشک و نیمه رسانا دارد. آج‌های این میلگرد به صورت مارپیچ و موازی است که در امتداد میلگرد ایجاد شده‌اند.

میلگرد A3

رایج‌ترین میلگرد در ساختمان سازی، میلگرد گرید A3 است. مقاومت کششی میلگرد A3 حدود ۶۰۰۰ هزار کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع است. این دسته از آرماتور‌ها در آیین‌نامه‌های اجرایی مقرارت ساختمانی، به اسم S400 نام‌برده شده است و میزان تغییر شکل نسبی آن ۱۴ درصد است.

میلگرد A4

این دسته از آرماتور‌ها، سخت‌ترین نوع میلگرد هستند. طرح آج در این میلگرد از نوع مرکب است که بهترین عملکرد را در تحمل نیرو‌های کششی و تسلیمی دارد. مقاومت کششی در میلگرد‌های A4 6500 کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع است و در منابع معتبر با استاندارد S500 شناخته می‌شود.

عوامل موثر بر مقاومت کششی میلگرد

مقاومت کششی میلگرد به عوامل مختلفی بستگی دارد که اطلاع داشتن از آن‌ها می‌تواند در انتخاب میلگرد و رعایت برخی اصول در به‌کارگیری آن‌ها و حفظ این مقاومت بسیار موثر باشد. اصلی‌ترین عامل تاثیرگذار در میزان مقاومت کششی میلگرد آلیاژ و مشخصات فولاد مورد استفاده در ساخت آن است. البته عوامل دیگری نیز بر این مقاومت موثر است که در لیست آن‌ها را در زیر می‌بینید:

• فرایند‌های ساخت مانند گداخت و آبکاری
• رویه و نوع آج
• کیفیت آلیاژ و فولاد
• قطر میلگرد
• چگالی آرماتور

حین استفاده از میلگرد، عواملی مانند نحوه بست‌ها، شیوه جوش زدن آرماتور‌ها به یکدیگر و شکل قرارگیری آن‌ها در بتن می‌توانند بر مقاومت آن اثرگذار باشند. در این مورد، مهندسان بایستی با رعایت اصول ساختمان‌سازی از افت مقاومت کششی میلگرد جلوگیری نمایند.

آیین‌نامه‌ها مقاومت کششی میلگرد

کشورهای مختلف، استاندارد‌های گوناگونی برای تولید میلگرد دارند. به عنوان مثال تولید آرماتور در اروپا براساس استانداردی به نام  DIN تولید می‌شوند که برای مناطق زلزله خیز مناسب نمی‌باشد. در ایران میلگرد و آرماتور براساس دو استاندارد ملی تولید و عرضه می‌شوند.

• استاندارد ملی ایران شماره ۳۱۳۲ تحت عنوان: «میلگردهای فولادی گرم نوردیده برای تسلیح بتن-ویژگی‌ها و روش‌های آزمون»
• استاندارد ملی ایران شماره ۸۱۰۳ با عنوان: «فولاد برای تسلیح و پیش‌تنیدن بتن-روش‌های آزمون-قسمت ۱: میلگرد، مفتول و سیم‌های تسلیح‌کننده»

استاندارد سازمان بین‌المللی (ISO) و ASTM E8 آیین‌نامه‌های مربوط به میلگرد هستند که در سطح بین‌المللی از اعتبار بالایی برخوردار می‌باشند. بسیاری از کشور‌های پیشرفته مانند آمریکا، ژاپن، روسیه و چین استاندارد‌های مشابهی دارند که در ساخت پروژه‌های می‌تواند مورد استفاده قرار گیرند.

 

جمع‌بندی

مقاومت کششی میلگرد یکی از مهم‌ترین مولفه‌های استحکام در میلگرد است. تست کششی میلگرد با استفاده از ماشین‌های پیشرفته اعمال فشال انجام می‌شود. محاسبه و تحلیل میزان مقاومت کششی میلگرد از طریق داده‌ها و آنالیز‌های کامپیوتری  به‌دست می‌آید، ولی می‌توان آن را با استفاده از فرمول‌ نیز محاسبه کرد.

محاسبه مقاومت کششی میلگرد از نظر مهندسی استحکام سازه، مخصوصا در ساختمان‌های بتنی بسیار حائز اهمیت است. برای خرید میلگرد و دریافت راهنمایی در رابطه با استفاده از میلگرد با مقاومت کششی متناسب با پروژه خود، می‌توانید از طریق شماره تماس‌های موجود در وبسایت با کارشناسان ما تماس بگیرید و راهنمایی‌های لازم را دریافت کنید.

سوالات متداول (FAQ)

در این بخش از مقاله به پاسخ‌گویی پرتکرارترین سوالاتی که پیرامون محاسبه مقاومت کششی میلگرد پرسیده می‌شود پرداخته‌ایم، بلکه بتوانیم در کوتاه‌ترین زمان ممکن سوالات احتمالی شما را پاسخ دهیم.

 

چگونه می‌توان مقاومت کششی میلگرد را محاسبه کرد؟

بسیاری از کارخانه‌های تولید آرماتور موضف به تست و محاسبه مقاومت میلگرد‌های تولیده شده را دارند که همراه با عرضه محصول آن را نیز منتشر می‌کنند. اما اگر علاقه‌مند به محاسبه محاسبه مقاومت کششی آرماتورها هستید، می‌توانید از فرمول‌های ԑ=((L-L0)/L0)*100 و φ/ε=E استفاده کنید.

تفاوت مقاومت کششی با مقاومت تسلیم میلگرد چیست؟

به زبان ساده، مقاومت تسلیم به حداکثر نیرویی گفته می‌شود که میلگرد تا قبل از هر تغییر شکلی می‌تواند تحمل کند؛ اما مقاومت کششی به بیشترین نیرویی کفته می‌شود که میلگرد تا قبل از پاره شدن یا از هم گسیختن تحمل می‌کند گفته می‌شود.

چرا تست کششی میلگرد در مهندسی ساختمان‌های بتنی مهم است؟

یکی از اصلی‌ترین اجزای سازه‌های بتنی، میلگرد است. آگاهی از میزان مقاومت آرماتور در به‌کارگیری آن‌ها در ساختمان‌های بتنی مولفه بسیار مهمی است، زیرا استحکام ساختمان به صورت مستقیم به مقاومت میلگرد‌های موجود در فنداسیون، ستون‌ها و سقف وابسته است.

استاندارد‌های معتبری که میلگرد براساس آن‌ها تولید می‌شود کدام‌اند؟

اغلب کارخانه‌های تولید میلگرد در ایران براساس استاندارد ملی و آیین‌نامه بتن ایران، محصولات خود را تولید می‌کنند اما در این میان برخی از مجتمع‌های تولید فولاد از استاندارهای جهانی یا استاندارد کشور‌های پیشرفته مانند آلمان پیروی می‌کنند.