ساخت کابلها و فونداسیون در سازه چادری

کابلها در سازه چادری

ارائه موارد زیر توسط سازنده سازه چادری (در رابطه با کابلها) الزامی می باشد:

  • تمام کابلهای سیمی سازه ای باید براساس ضوابط ارائه شده از طرف AISI برای الزامات و دستورالعمل های لازم مربوط به کابلهای فولادی با روکش گالوانیزه کلاس A یا هر نوع ماده جایگزین مناسب ساخته شوند.
  • تمام انتهاها و اتصالات کابلها باید در مقابل خورندگی اندود گالوانیزه شوند.
  • حداقل ضریب اطمینان لازم برای طراحی استحکام گسیختگی کابلها باید برابر ۲ انتخاب شود.
  • کابلهای که به منظور پیش کشیدگی ساخته می شوند باید براساس ASTM 603 (استاندارد مربوط به کابلهای  سیمی)تحت پیش کشیدگی قرار گیرند.
  • تمام کابلها و اتصالات انتهایی در سازه چادری باید تمیز و خشک تحویل داده شوند.
  • تمام گیره ها و اتصالات در سازه چادری که از جنس روی ساخته شده اند باید طوری طراحی شوند تا به نهایت استحکام گسیختگی کابل دست پیدا کنیم.
  • اتصالات انتهای کابل در سازه چادری که از جنس روی هستند باید اندود گالوانیزه شده باشد.
  • اتصالات انتهایی،چشمی،پینها،واشرها و مهره ها باید الکتروگالوانیزه شده باشد.
  • نصب یک برچسب که طول کابل و مشخصات اتصال آن  و محل این اتصال را مشخص می کند.
  • بار طراحی ،بار وارده در کابل تحت نیروی پیش کشیدگی است که بر اساس محاسبات ارائه شده توسط مهندس محاسب تعیین می شود.
  • قبل از برش طول کابل ،کابلها باید تا دو برابر بار طراحی کشیده شوند.
  • در حین اندازه گیری طول برش کابل ،باید کابلها را به اندازه بار طراحی که در shop drawing تعیین شده ،کشید.
  • کابلها و اتصالات ضد زنگ:

  1. کابلها باید از نوع open strand  ضد زنگ ۱۹*۱ ،گرید ۳۱۶ باشند.
  2. کابلها و اتصالات باید به روش استاندارد مصوب زیر ساخته شوند.
  • تکنیک مرزی
  • روش بین المللی RONSTAN

سوکت های کابل

کابلهای open spiral  wire  ropes  با قطر بیش از ۳۶ میلیمتر و کابلهای fully locked ropes معمولاً توسط سوکت های مخروطی مهار می شوند .این سوکت ها دیواره ای ضخیم از آهن با مقاومت بالا یا فولاد سخت ریخته شده دارند و دیواره داخلی این سوکتها مخروطی شکل است.

form-fit

نیروهای وارده به کابل به انتهای کابل رسیده و از طریق انتهای کابل و بوسیله اصطکاک و پیوند های شیمیایی و مکانیکی بین مواد،به دیواره مخروطی انتقال پیدا می کند و انتقال نیرو از دیواره داخلی به بدنه سوکت از طریق شکل و درگیری (form-fit) و اتصال موجود بین آنها صورت می گیرد .برای پر کردن فضای خالی بین کابل و دیواره داخلی سوکت  می توان از مواد فلزی و یا پلاستیکی استفاده نمود.

اختلاف در روش های ساخت

در حقیقت اختلاف موجود در روشهای ساخت و ابعاد و فرمهای مختلف سوکتهای کابلهای سیمی  به مقدار نیروی که باید از طریق  آنها انتقال پیدا کند بستگی دارد.عوامل موثر بعدی عبارتند از :شرایط مونتاژ و نصب ،الزامات لازم برای کشش مجدد،حفاظت در  مقابل خوردگی و تعمیر و نگهداری.

تولید کابلهای سیمی با مقاومت گسیختگی بالا

زمانی می توان کابلهای سیمی با مقاومت گسیختگی بسیار بالا تولید نمود ،که از فلز برای پرکردن درون اتصالات انتهای کابل استفاده کنیم.بعد از انجام آزمایش های مخرب بر روی کابلهای با سوکت های پر شده با مواد فلزی مشاهده شد که همیشه گسیختگی  در این نوع کابلها  در طول آزادشان به وقوع می پیوندد نه در خود اتصال.

speltering

در این شیوه انتهای کابل را باز می کنند تا به صورت یک برس درآید و آنگاه آن را در داخل یک سوکت مخروطی فرو می برند و سپس با ریختن روی (zinc) مذاب در اطراف آن ها ، باعث اتصال آنها به هم خواهند شد که به این فرایند ریخته گری یا speltering گویند.

ریخته گری

برای پر کردن می توان از مواد مختلفی استفاده نمود ولی امروزه تقریباً فقط از روی (Zn 99,9) یا (Zn  A16 Cu1)Zamak Z  ۶۱۰ ،برای این نوع ریخته گری استفاده می شود. برای انجام عملیات ریخته گری ابتدا سوکت را از نظر صدمات سطحی و تغییر شکل های سطح داخلی که در اثر حرارت به وجود می آیند مورد بررسی قرار می دهند.

هسته  مرکزی کابل

تاب کابلهای که باید به این شیوه به سوکت متصل شوند را از جایی که بریده شده اند تا مخروط مورد نظر باز کرده و سپس طول اضافی بریده شود(البته به روش سرد و نه با شعله).حال انتهای کابلی را که تابش باز شده است را باز می کنند یعنی با استفاده از این لوله ،تک تک رشته ها را به اطراف پهن می کنند و یک شکل بررسی فرم ایجاد می کنند.هسته فلزی داخل کابل نیز باز می شود و در صورتی که هسته  مرکزی کابل از الیاف باشد بریده می شود.

گریس زدایی

حال کابلی را که به صورت برس درآمده است به دقت و با استفاده  از ترکیبات گریس زدایی و تمیز می کنند.سیمهای گالوانیزه نشده لختی که بعد از این مرحله باز می شوند باید با استفاده از ترکیبات خورنده،زبر و خشن شده و سپس قلع اندود گردند.

عملیات ریخته گری

حال کابلهای برسی شده را به داخل سوکت می کشند و به صورت مکانیکی در داخل سوراخ سوکت فیکس می کنند.سوکت را به صورت عمودی آویزان می کنند تا کابل نیز به صورت عمودی قرار گیرد ودر شرایط تحت کشش بتوان عملیات  ریخته گری را انجام داد.

گرم کردن سوکت

قبل از ریختن مواد مذاب و پر کردن قالب ،سوکت را با استفاده از یک مشعل حرارتی قبل کنترول گرم می کنند تا بدین طریق مواد پر کننده را در حالت مذاب نگه داشته وبه مواد فرصت کافی برای پر کردن تمام حفره ها داده شود و مانع از  بوجود آمدن فضاهای خالی در قطعه ریخته شده گردند .

نحوه ریختن مواد مذاب

در حین ریختن مواد پر کننده مذاب،باید توجه زیادی به نحوه ریختن داشته باشیم.مواد مذاب باید آهسته و یکنواخت  به داخل سوکت ریخته شود تا از این طریق از بوجود آمدن حبابهای هوا جلوگیری شود.

مواد پلاستیکی

برای اطمینان از انتقال نیرو از تک تک سیمها به مواد پر کننده ،عملیات پر کردن سوکت باید با دقت بسیار بالایی انجام گیرد.یکی ازموادی که می تواند به عنوان جایگزین مواد پر کننده فلزی استفاده شوند،مواد پلاستیکی هستند .

خاصیت الاستیسیته

این نوع اتصال بسیار قابل اعتماد و پایدار است ،به طوری که اگر به نحوه صحیح انجام گیرد ،در هنگام انجام تستهای مخرب بر روی آن می تواند نیروهای بسیار بالاتری را نسبت به اتصالات پر شده با مواد مذاب فلزی تحمل کند.خاصیت الاستیسیته بیشتر این نوع پر کننده ها در هنگام نزدیک شدن سیمها به نقطه گسیختگی اجازه یک ریلکسیشن را  به سیمها می دهد و بنابراین اطمینان خاطر می دهد که تمام سیمها بار وارده را به طور یکنواخت تحمل می کنند(قابلیت یکنواخت بار بین تک تک سیمها).

رزین پلی استر یا اپوکسی

مواد پر کننده پلاستیکی معمولاً  از رزین پلی استر یا اپوکسی ،یک سخت کننده (hardener)و یک پر کننده(filler)تشکیل شده اند که این مواد افزایش بیش از حد دمای مخروط در حین کیورینگ و بوجود آمدن انقباض در حین خنگ شدن را تعدیل  می کنند.برای افزایش مقاومت  فشاری از یک فیلتر(پودر کوارتز یا گلوله های فولادی )استفاده می شود.

مزیت استفاده از رزین پلی استر

اصلی ترین حسن استفاده از مواد پر کننده رزینی در مقایسه با مواد فلزی ،تأثیرکمتر حرارت بر سیمهای فولادی در این روش می باشد.از مزیتهای دیگر این روش وزن نسبتاً کمتر سوکت بعد از ریخته گری است و همچنین اجرای این روش درکارگاه و بدون نیاز به تجهیزات مخصوص امکان پذیر است.

عدم عمومیت روش رزین پلی استر

به علت جدید بودن این شیوه ،رفتار دراز مدت مواد پر کننده پلاستیکی  هنوز به میزان لازم(برای طول عمر بیش از ۱۰ سال)مورد بررسی و تحقیق  قرار نگرفته است ،که این امر عدم عمومیت در کاربرد این روش را در ساخت اتصالات انتهایی سیمهای نگهدارنده در تکیه گاه ها  توجیه می  کند.

 اتصالات پرسی(swaged  fittings)

کابلهای open  spiral و round  strands قادرند تا نیروی  وارده به خود را به طور ثابت به غلافهای (sleeves)فولادی یا آلومینیومی که بر روی کابلها فشرده شده اند منتقل کنند.این انتقال نیرو از طریق اصطکاک و پیوستگی (form-fit)موجود بین این غلافهای و کابل صورت می گیرد.

thimble

غلافهای پرس شده در حقیقت به صورت اتصالات خارج از محور تولید می شوند که در آنها حلقه کابل که  چشمی نیز  خوانده می شود از روی یک ریل فلزی خمیده  به نام thimble عبور داده می شود و در آن کیپ شده و فرم حلقه را حفظ خواهد کرد.

اتصالات محوری

اما اتصالات محوری با نیروهای فعال محوری به روش حلقه فلمنگی (flemish  eye) ویا به روش سوکت های ریخته شده پرسی (swaged  socket  fittings) ساخته می شوند که در این نوع اتصالات ،انتهای کابلها در داخل اتصالاتی به نام شاخکدار(fork) یا چشمی(eye) مهار می شوند(انتهای کابل در این اتصالات کیپ  می شود).

سوکتهای پرسی یا swaged socket fittings

بیشترین و متداول ترین نوع اتصالات  انتهایی که در اروپا مورد استفاده قرار می گیرد اتصالاتی از سوکتهای پرسی یا swaged socket fittings می باشد.این اتصال هم ارزان است و هم به سادگی تولید می شود. در این روش آلومینیوم را به صورت سرد شکل می دهند وبه دور کابل فشرده می کنند و یک پیوند اصطاکاکی بین رشته های کابل  و دیواره غلاف  ایجاد می شود .

تستهای خستگی

در تستهای خستگی که بر روی اتصالات پرس شده آلومینیومی  انجام گرفت ،این اتصالات مقاومت گسیختگی و دوام لازم را داشته و توانستند نظر مصرف کننده را تامین سازند.

محافظت از کابل در مقابل فشارهای عرضی

برای محافظت از کابل در مقابل فشارهای عرضی  بیش از حد،حلقه کابل را در داخل ریلهای thimble فولادی پرس شده یا thimbleهای صلب قرار می دهند. در صورت استفاده ازthimbleها ،باید زاویه حلقه کابل نسبتاً پهن تر در نظر گرفته شودتا بتوان به راحتی thimble را داخل حلقه جای داد.برای جلوگیری از گسیختگی اتصالات swaged  fittings قطر حلقه،قطر کابل و فاصله بین غلافها تا thimble باید کاملاً متناسب باشند.

اولین گام در ساختن اتصالات آلومینیومی  پرس شده ،انتخاب وشکل غلاف فشرده شده می باشد.فرم هایی که به طور معمول مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از :

  • استوانه ای
  • استوانه ای –گرد شده
  • استوانه ای –مخروطی ،که دارای یک روزنه برای دیدن انتهای کابل می باشد.

سایز  و اندازه غلافهای پرسی

سایز  و اندازه غلافهای پرسی بر اساس قطر کابل ،ساختار کابل و ضریب پوشانندگی انتخاب می شود.بعد از اینکه کابل به طور مورد نظر بریده شد،انتهای آن را از داخل یک غلاف رد می کنیم و سپس کابل را خم می کنیم تا شکل یک حلقه به خود بگیرد و سپس آن را درthimble محکم می کنیم و دوباره به غلاف برگردانده و از داخلش عبور می دهیم .

پرسکاری یا swaging

حال غلاف را در درون یک دستگاه پرس هیدرولیکی یا پنوماتیکی قرارداده و در جهت فشار وارده تراز می کنند و سپس آن را پرس می کنند تا کناره های قالب کاملاً بسته شده و غلاف کاملاً پرس شود.به این فرایند پرسکاری یا swaging می گویند.

Live و dead

قسمتی از کابل که بریده نشده و وظیفه اصلی باربری را دار زنده یا “live”خوانده می شود  و قسمتی از کابل که بریده شده و روی قسمت ممتد پرس می شود را مرده یا “dead”می خوانند.

dead

بعد از اتمام پرسکاری ،رشته کابل بریده شده “dead”باید با انتهای غلاف تراز شود یا کمی از انتهای آن  بیرون زده باشد.در غلافهای مخروطی ،انتهای کابل “dead” باید با قسمت استوانه ای  غلاف تراز شده باشد.بعد از اینکه کابلها به هم پرس شدند،سیمهای بیرونی در هم چفت می گردند.

استفاده از سیم ها با قطر کم

در جاهائیکه از سیمهای با قطر کمتر استفاده می شود لازم است تا از سوکت های باریکتر و درازتری در محل اتصالات  استفاده شود.این نوع سوکت ها را می توان بوسیله هر یک از روشهای پرس ،کشش،نورد وچکشکاری،به کابلها open  spiral و round   strand متصل کرد.

مزیت استفاده از سوکت های باریک در اتصالات

از مزایای استفاده از این اتصالات می توان :

  • به شکل باریک و بلند
  • شیوه های اتصال متنوع انتقال نیرو به صورت متنوع
  • انتقال نیرو به صورت محوری
  • ساخت آسان

انتقال نیرو از کابلهای سیمی به سوکت ها

انتقال نیرو از کابلهای سیمی به سوکت ها از طریق درگیری و پیوستگی (from-fit)بین آنها انجام پذیرد.اتصالات از نوع سوکتهای پرسی قادرند که ۹۰ تا ۱۰۰ درصد نیروی لازم برای گسیختگی کابل را تحمل کنند.

پرسکاری و نورد اتصالات

از متداولترین روشهایی که در صنعت برای تولید اتصالات انتهایی از نوع سوکتهای پرسی مورد استفاده قرار می گیرند:پرسکاری و نورد اتصالات می باشد.

بست قورباغه ای یا turnbuckle

علاوه بر این نوع اتصالات ،در کابلهای با قطر ۲۰ میلیمتر  می توان از نوعی  اتصال قابل تنظیم به نام بست قورباغه ای یا turnbuckle استفاده کرد که از طریق چرخاندن آن امکان ازدیاد یا کاهش طول آن وجود داشته و می تواند کمبود طول احتمالی کابل در نزدیکی اتصالات را بدین طریق جبران کرد.

کابلهای گالوانیزه

درکابلهای گالوانیزه از نوع open spiral و روکش شده با Galfan  یا گالوانیزه شده،باید از اتصالات گالوانیزه استفاده کرد و همچنین ،کابلهای مارپیچ ساخته شده از فولاد با آلیاژ ،بالا نیز متقابلاً باید توسط اتصالاتی با آلیاژ بالا مهر گردند.

ساخت اتصال انتهای از نوع سوکت پرسی

برای ساخت یک اتصال انتهای از نوع سوکت پرسی ،انتهای علامت زده شده کابل را بصورت تخت و عمود بر مقطع کابل می بریم و این قسمت بریده شده را در داخل حفره ایجاد شده در میله سوکت فرو می کنیم .لازم به ذکر است که این حفره باید عاری از هر گونه برآمدگی و زبری باشد تا بتوان کابل را براحتی درون آن فرو کرد.

دستگاه های پرس ثابت دستی یا هیدرولیکی

طبق آئین نامه های موجود ،طولی از کابل که به داخل سوکت فرو می رود باید ۴ تا ۶ برابر قطر کابل باشد.عملیات پرس سوکت و کابل داخل آن نیز  توسط دستگاه های پرس ثابت دستی یا هیدرولیکی انجام می شود.

نورد کردن سوکتهاست

یکی از روش های دیگری که به طور روز افزون در حال استفاده می باشد شیوه نورد کردن سوکتهاست .در این روش سوکت از طریق یک نیروی هیدرولیکی کشیده می شود وبه طور همزمان یک سیستم غلطکی (که با چرخدنده کار می کند)،آرام آرام سوکت را به کابل فشرده می سازد.

مزیت نورد کردن سوکتها

از مزایای استفاده از این روش:

  • مصرف انرژی کمترتوسط این ماشین
  • امکان استفاده از سیستم به صورت سیار
  • امکان اجرای این روش در گارگاه

از مزایای دیگر این روش:

نوع فشرده سازی اعمال شده در آن است.بدین معنی که در حین فرایند نورد ،سوکت در اثر فشارر های وارده بر آن ازدیاد طول می دهد و این در حالیست که در جریان این فرایند هیچگونه ازدیاد طولی در کابل بوجود نخواهد آمد.که همین مسئله تاثیر مثبتی بر نتایج حاصل از تستهای خستگی داشته است.

انتهای سوکت

اگر انتهای سوکت به صورت مخروطی ساخته شود ،همین کار به طور گسترده ای مانع از تغییر شکلهای شدید و برآمدگیهای احتمالی رشته ها در انتهای سوکت بعد از نورد کاری،ظاهری درست داشته و از بروز ایرادات بعدی نیز جلوگیری می کنیم.

گیره های کابلهای سیمی

برای کابلهای سیمی با قطری تا حدود ۴۰ میلیمتر ،می توان از گیره های پیچ دار به عنوان اتصالات انتهای  استفاده کرد.این نوع اتصالات را می توان با یا بدون thimble ساخت .از آنجائیکه این اتصالات به راحتی باز می شوند،بهترین گزینه برای سازه های موقت به حساب می آیند.

کابل مرده و کابل زنده

آن قسمت از کابل که برید شده را اصطلاحاً کابل مرده و آن قسمت از کابل که وظیفه اصلی انتقال بار را بر عهده دارد کابل زنده می نامیم .این دو کابل به هم فشرده می شوند.و انتقال نیرو از طریق اصطکاک و پیوستگی (from-fit)موجود در بین آنها انجام می گیرد.هر گیره در طول این اتصال مقداری از بار را انتقال می دهد به طوریکه انتهای کابل مرده کاملاً بدون بار می باشد.

طول حلقه و فاصله بین گیره ها

در صورتیکه در ساخت حلقه کابل از thimble استفاده نشود،طول حلقه را باید حداقل ۱۵ برابر قطر کابل گرفته و فاصله بین گیره ها نیز باید ۱ تا ۳ برابر عرض یک گیره در نظر گرفت.

قسمت زین شکل گیره(U) و رزوه های بست ∩ شکل

در حین نصب باید توجه داشت که همیشه قسمت زین شکل گیره(U)باید با کابل زنده در تماس باشد وقسمت ∩ شکل گیره نیز باید همواره با کابل مرده در تماس باشد.رزوه های بست ∩ شکل باید کاملاً گریس کاری شود و اولین گیره نیز باید کاملاً پسبیده به thimble بسته شود .

سفت کردن مهره ها

لازم به ذکر است،از آنجائیکه بعد از اعمال کشش در حین بارگذاری قطر کابل کمی کاسته شده و احتمال شل شدن گیره ها وجود خواهد داشت،بعد از گذشت مدتی از اولین بارگذاری باید مهره ها را با استفاده از آچار ترک دوباره سفت نمود.

اتصال به فونداسیون و دیگر اجزای سازه

 فونداسیون

نیروهایی که به کابلهای سیمی تحت کشش وارد می شوند باید به یک تکیه گاه در انتهای کابل انتقال داده شوند،تا از طریق این تکیه گاه ها بتوانند به دیگر اعضای باربر سازه(غالباًدکلها،ستونها یا تیرهای کناری)انتقال یابند.

تکیه گاه های کششی

در مکانی که سازه ها به طور مستقیم بر روی زمین قرار گرفته اند،این نیروها باید از اجزای سازه گذشته و از طریق تکیه گاه های کششی به خاک بستر منتقل شوند که در اکثر موارد این تکیه گا ها به عنوان یک عضو فشاری نیز عمل می کنند.

brackets

اتصال به فونداسیون ممکن است به طور مستقیم و یا از طریق صفحات لچکی فیکس شده(brackets)صورت پذیرد.

به طور معمول کابلهای سیمی fully  lock را با استفاده از سوکت های شاخه دار(forked  sockets)به یک براکت فیکس  شده پیچ می کنند.فضای خالی بین صفحات لچکی دار و فونداسیون را نیز می توان با استفاده از یک لایه ملات یا گروت(mortar   layer)جبران نمود.

انکر بولت

برای محکم کردن و ثابت نگه داشتن براکت ،از چند انکر بولت استفاده می شود که این انکر بولتها در داخل بتن قرار می گیرند.

پیش کشیدگی هیدرولیکی

حال می توان از براکت ها ی فیکس شده ای که کابلها سیمی به آنها پیچ شده ،برای اعمال پیش کشیدگی هیدرولیکی استفاده نمود.

turnbuckles

در کابلهای با قطر کمتر ،نیروهای را می توان از طریق اتصالات پرسی رزوه دار تنظیم شونده (swaged  fittings  with  adjusting  threads) یا turnbuckles منقل نمود و برای کابلهایی که تحت تنش بیشتر قرار می گیرند می توان از یک تیر عرضی (crosshead) به همراه میله های رزوه شده برای تنضیم آن استفاده نمود.

بلوکهای بتن مسلح و شمعها

برای ایجاد یک تکیه گاه کششی در خاک بستر ،می توان از ترکیبی از بلوکهای بتن مسلح و شمعها استفاده کرد.اتصالات موجود در سر شمعها باید از استحکام کافی برخوردار باشند.این تکیه گاه های مهاری را می توان در صورت لزوم در زیر زمین و یا در یک ارتفاع نسبت به سطح زمین به صورت پد استال ساخت.ظرفیت باربری این نوع تکیه گاهها اساساً از روی زاویه نیروی کششی و موقعیت و نقطه اعمال نیرو تعیین می شود.

تعدیل و اصلاح تلورانس های محوری

اگر نیاز باشد تا نیروهای موجود در کابلهای سیمی به دیگر اعضای سازه انتقال پیدا کنند،تعدیل و اصلاح تلورانس های محوری را میتوان از طریق سوکت های استوانه ای قابل تنظیم به همراه شیمها(shims) و یا با استفاده از میله های مهاری رزوه شده با مهره های نصب شده بر روی آن انجام داد.

تنظیم طول مورد نیاز کابل

در حقیقت با چرخاندن این سوکت ها یا میله های رزوه شده و سفت کردن مهره ها ،طول مورد نیاز کابل را تنظیم کرده و مقدار کشش لازم را در آن ایجاد می کنیم که در نتیجه آن ،نیروهای موجود در کابل به راحتی به عناصر مورد نظر انتقال پیدا خواهد کرد.

 ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

برداشت : کتاب سازه های پارچه ای تحت کشش(  فصل دوم ـــ بخش سوم )

نویسنده : میشل زایدل

تألیف و ترجمه : مهندس علی عبدی راد