از مقاومت کششی میلگرد چه میدانید؟

مقاومت کششی مقاطع حساسی مثل انواع میلگرد برای مهندسان و سازندگان به اندازه‌ی قیمت میلگرد از اهمیت بالایی برخوردار است. چرا که از این مقاطع به منظور افزایش استحکام سازه در برابر نیروها و وزن ساختمان استفاده می‌شوند و در صورتی که میزان مقاومت کششی میلگرد با وزن، تعداد طبقات و شرایط جغرافیایی سازه مورد نظر هماهنگی نداشته باشد، منجر به خسارات مالی و جانی فراوانی خواهد شد؛ اما، منظور از مقاومت و استحکام کششی میلگرد چیست؟ با ما همراه باشید.

مقاومت کششی میلگرد چیست؟

برای اینکه به درستی مفهوم مقاومت کششی را بیان کنیم، قبل از آن باید نگاهی به تعریف مقاومت در علم فیزیک داشته باشیم.

بر هر ماده‌ی مکانیکی همواره مجموعه‌ای از نیروها وارد می‌شود که اگر از حد مجازی فراتر رود، باعث شکستن مقاومت جسم موردنظر و ایجاد تغییر در آن خواهد شد.

مقاومت میلگرد میزان تحمل این مقطع فولادی در برابر نیروهای مختلفی چون برشی، کششی و خمشی است. به این معنی که اگر میزان نیروی وارده بر میلگرد فراتر از مقدار مشخص شده باشد، میلگرد مقاومت خود را از دست داده و در آن تغییر شکل ایجاد خواهد شد.

مقاومت کششی میلگرد نیز عبارت است از حداکثر تحمل این مقطع فولادی در برابر نیروهای کششی که بر آن وارد می‌شوند، بدون آن که دچار مشکل شده و یا تغییر شکل فیزیکی بدهد.

در تعریف علمی این مفهوم گفته می‌شود که در زمان وارد آمدن یک نیرو به جسم، نیروهایی القایی در آن تشکیل می‌شوند که به اندازه و میزان نیروی وارد شده تنش گفته می‌شود. این تنش موجب شکست مقاومت جسم خواهد شد.

تنش‌های انواع مختلفی دارند که تنش کششی یا Tensile stress یکی از آن‌ها است. تنش کششی باعث ایجاد تغییر غیرقابل بازگشت در ساختار فیزیکی میلگرد خواهد شد و مقاومت کششی میلگرد، بالاترین حدی است که میلگرد در برابر تنش کششی از خود مقاومت نشان داده و دچار شکستگی یا تغییر شکل نمی‌شود.

اهمیت مقاومت کششی میلگرد

مقاومت کششی میلگردها برای مهندسان سازه‌های مختلف از اهمیت بالایی برخوردار است، چرا که میلگردها یکی از اساسی‌ترین مصالح مقاومتی به کار رفته در ساختمان هستند و وظیفۀ اصلی آن‌ها استحکام بخشی به سازه در مواقعی مثل زلزله، طوفان و… است که بار و فشاری اضافه بر سازه وارد می‌شود.

مهندسان با اطلاع از میزان دقیق استحکام کششی میلگرد می‌توانند میزان تحمل آن در برابر نیروهای جانبی و به طور کلی مقاومت ساختمان را با توجه به تعداد طبقات و شرایط جغرافیایی آن بسنجند و در صورت عدم جوابگویی در برابر نیروهای احتمالی از میلگردهای تقویتی یا حرارتی کمک بگیرند.

مقاومت کششی یا تنش گسیختگی میلگرد حاصل تقسیم حداکثر نیرو بر سطح مقطع اولیه این مقطع فولادی است. اگر میلگرد به کار رفته در سقف یا ستون‌های سازه‌ی بتنی تنش گسیختگی لازم را در برابر وزن ساختمان نداشته باشند، دچار شکستگی و خمیدگی شده و خسارات زیادی را وارد می‌کنند.

مقایسه مقاومت کششی انواع میلگرد

کارخانجات تولیدکننده میلگرد در کشورهای مختلف براساس شرایط جغرافیایی و میزان زلزله خیز بودن استانداردهای متفاوتی را برای تولید میلگرد مدنظر قرار می‌دهند. برای مثال در کشورهای اروپایی که به ندرت زمین لرزه اتفاق می‌افتد، استفاده از استاندارد DIN برای تولید و مقاوم سازی سازه کافی است. در کشور ایران با توجه به زلزله خیز بودن نقاط مختلف، میلگردها براساس استاندارد کشور روسیه تولید می‌شوند تا میزان مقاومت کششی لازم در برابر زمین لرزه را داشته باشند. بر اساس این استاندارد، میلگردها در گریدهای مختلف زیر تولید می‌شوند:

میلگرد گرید A1: این گرید از میلگرد دارای سطحی صاف و ساده و یک محصول فولادی نرم است که در آیین‌نامه ایران با علامت مشخصه S240 شناخته می‌شود. این میلگرد دارای کمترین میزان استحکام در میان گریدهای مختلف است و مقاومت کششی آن تنها ۳۸۰۰ کیلوگرم بر سانتی‌متر مکعب است.

میلگرد گرید A2: این گرید از میلگرد روی سطح خارجی خود دارای برجستگی‌هایی به نام آج است که به شکل مارپیچ در طول میلگرد وجود دارند. میلگرد گرید A2 با علامت مشخصه S340 شناخته می‌شود و مقاومت آن ۵۰۰۰ کیلوگرم بر سانتی‌متر مکعب است و در دسته محصولات نیمه خشک و نیمه نرم فولادی قرار می‌گیرد.

میلگرد گرید A3: این گرید از میلگرد نسبت به دو گرید قبلی از استحکام و مقاومت بالاتری برخوردار است. بر سطح این میلگرد آج‌های جناغی شکل وجود دارد و مقاومت آن به ۶۰۰۰ کیلوگرم بر سانتی‌متر مکعب می‌رسد. علامت مشخصه این میلگرد در استانداردهای ملی S400 است و محصولی سخت به شمار می‌رود.

 میلگرد گرید A4: پیشرفته‌ترین و مقاوم‌ترین گرید میلگرد A4 است که نوع آج‌های آن مرکبی است. این گرید از میلگرد که با علامت مشخصه S500 نام گذاری می‌شود، دارای مقاومت کششی ۶۵۰۰ کیلوگرم بر سانتی‌متر مکعب است.

چگونه مقاومت کششی میلگرد محاسبه می شود؟

میزان مقاومت کششی میلگرد در آزمایشگاه‌ها و توسط دستگاه‌های ویژه‌ای اندازه‌گیری و سنجیده می‌شود؛ اما، قبل از ورود میلگرد به آزمایشگاه باید حداقل استانداردهای در تولید آن رعایت شده باشد. براین اساس و مطابق با استاندارد شماره ۱-۸۱۰۳۱ ملی هر میلگرد باید با طولی ۵ و یا ۱۰ برابر قطر آن تولید شود. به این معنی که اگر قطر میلگرد ۱۰ میلی‌متر است، طول آن باید ۵۰ میلی‌متر باشد.

مراحل آزمایش و تعیین مقاومت کششی میلگرد در آزمایشگاه :

1. طول مشخصی از میلگرد را به طور دقیق اندازه گرفته و برش می‌دهند.
2. با کولیس یک طول ثابت را تعیین کرده و با علامت مشخص می‌کنند. مقدار این طول با L_۰ نام گذاری می‌شود.
3. دستگاه را روشن و فشار هوای آن را بین ۶ تا ۸ بار تنظیم می‌کنند.
4. نمونه برش داده شده را بین دو فک دستگاه قرار می‌دهند.
5. تا جایی که مقاومت میلگرد شکسته شده و تغییر شکل پیدا کند، به آن نیروی کششی وارد می‌کنند.
6. حال تکه‌های از هم گسیخته میلگرد را از دستگاه خارج کرده و آن‌ها را در امتداد هم قرار می‌دهند.
7. فاصله بین دو نشانه را اندازه گیری کرده و  با حرف L مشخص می‌کنند.
8. با استفاده از فرمول زیر و مقدار مشخص شده L و L_۰  کرنش محاسبه می‌شود.

سپس مقدار کرنش را در فرمول زیر قرار داده داده و مطابق با آن تنش یا σ را به دست می‌آید:

شایان ذکر است در این فرمول E برابر با مدول الاستیسته و توسط نمودار تنش کرنش می‌توان آن را محاسبه کرد.

در واقع دستگاه‌های مخصوص آزمایش مقاومت کششی، دارای برنامه‌های هستند که همزمان با انجام آزمایش به طور اتوماتیک نمودارهای لازم را در صفحه نمایش نشان می‌دهند. در این نمودارها نقاط مهمی که نیاز به بررسی و تحلیل دارند، عبارتند از:

• نقطه B: نقطه پی یا حد، نقطه‌ای است که نمودار تنش کرنش تا قبل از رسیدن به آن به صورت خطی پیشروی داشته است. شیب این خط براساس قانون هوک مقدار E را نشان خواهد داد.
• نقطه C: این نقطه دقیقا نقطه شکست میلگرد است. مکانی که اگر میزان مقاومت میلگرد شکست شده و دچار تغییر فیزیکی غیرقابل بازگشت خواهد شد.

تا به حال تست کشش میلگرد انجام داده اید؟

در قسمت قبلی یک دیدگاه کلی نسبت به تست کشش میلگرد به دست آوردید. این آزمایش توسط دستگاه‌های مخصوصی انجام می‌شود که به نرم افزارهایی محاسبه‌ای متصل بوده و هدف از انجام آن‌ها سنجش دقیق مقاومت نهایی کشش است.

دستگاه تست کشش میلگرد مجهز به یک فک متحرک و یک فک ثابت است. همزمان با انجام آزمایش و قرار دادن میلگرد تحت نیروی کششی، نموداری به منظور اندازه‌گیری میزان مقاومت در نرم افزارهای مربوطه رسم می‌شود که نمودار تنش کرنش نام دارد. این نمودار در نقاط مشخصی تغییر مسیر می‌دهد که مشخص کننده رفتار و مقاومت میلگرد خواهند بود.

نگاهی به جدول مقاومت کششی میلگرد

بعد از انجام آزمایشات و در نظر گرفتن شرایط و استاندارد هر تولیدکننده‌ای میلگرد خود را براساس جدولی تولید می‌کند. در این جدول براساس میزان ضخامت میلگرد، حداکثر مقاومت آن در برابر نیروها، بارها و حتی میزان حرارت مشخص خواهد شد.

جدول استحکام کششی میلگرد مطابق با استاندارد ASTM

درصد ازدیاد طول	مقاومت نهایی	نقطه تسلیم	گرید	قطر میگرد
۲۱.۶۴	۴۱۳	۲۷۱	۳۵.۲۴	۶
۲۰.۵۱	۴۰۲	۲۷۴	۳۵.۲۴	۸
۱۷.۵	۶۷۲	۵۲۰	۶۰.۴۰	۱۲
۱۸.۷۵	۶۲۳	۴۸۵	۶۰.۴۰	۱۶

جدول تاثیر درجه حرارت بر استحکام کششی میلگرد با ضخامت ۱۶ میلی‌متر

مدول الاستیسته	درصد ازدیاد طول	نقطه تسلیم	مقاومت کششی	دما
۲۱۷.۶	۲۰.۹۴	۵۸۲.۶	۶۹۲.۴	۱۰۰
۲۱۶.۳	۲۱.۹۳	۵۸۰.۳	۶۹۵.۷	۳۰۰
۲۱۴.۲	۲۱.۰۶	۵۷۹.۳	۶۸۹.۱	۵۰۰
۱۵۰.۹	۳۳.۳۴	۳۵۵.۵	۵۱۱.۶	۹۰۰

میلگردها بر اساس مقاومت کششی به چند دسته تقسیم می‌شوند؟

در ایران میلگردها براساس شکل ظاهری خود در گریدهای مختلف A1، A2، A3 و A4 تقسیم بندی می‌شوند و با توجه به میزان مقاومت کششی در چهار گروه زیر قرار می‌گیرند:

1. S220
2. S300
3. S400
4. S500

عدد مشخص شده در هر کدام از این گروه‌ها نشان دهنده حداقل استحکام کششی میلگرئ برمبنای مگاپاسکال است.

شایان ذکر است که این گروه‌بندی در کشورهای مختلف و مطابق با استانداردهای مشخص شده در این کشورها، متفاوت تعیین می‌شود.

جمع بندی

در هنگام اقدام برای خرید باید علاوه بر قیمت میلگرد به استانداردهای تعیین شده آن دقت داشت. معمولا این استانداردها در آزمایشگاه‌ خطوط تولید کارخانجات مورد بررسی قرار می‌گیرند و اطلاعات کامل مربوط به میلگردها روی برگه‌‌ی مشخصات آن‌ها درج می‌شود. با این حال به دلیل اهمیت بالایی که مقاومت کششی میلگرد در طول عمر سازه دارد، بد نیست که این آزمایشات مجددا تکرار شده تا در صورت بروز خطا منجر به خسارت نشود.

در صورتی که سوالی در مورد موضوعات بیان شده در این مقاله دارید، در قسمت نظرات با ما مطرح کنید.