خستگی در میلگرد | آشنایی با آزمون خستگی و تاثیر آن بر مقاومت سازه

آزمایش‌های تست میلگرد

درون آزمایشگاه‌ها تست‌های مختلفی روی میلگردها انجام می‌شود تا بتوان کنترل دقیقی روی مقاومت سازه داشت. یکی از مهم‌ترین آزمون‌هایی که برای تست مقاومت انجام می‌شود، خستگی در میلگرد است. در واقع میلگرد با مقاومتی که در این آزمون از خود نشان می‌دهد، می‌تواند تحمل خود در برابر آسیب‌ها و بلایای طبیعی مثل زلزله را تضمین کند. در ادامه مطلب قصد داریم تا شما را با انواع آزمایش خستگی میلگرد و جزئیات این تست آشنا کنیم.

خستگی در میلگرد چیست؟

در میلگردهایی که کنار ساختمان‌های نیمه ساز می‌بینیدد دانه‌های مولکولی بسیار ریزی وجود دارد. صفحات لغزش در ذرات مولکولی میلگردها پیوسته در حال حرکت هستند که جهت مشابهی ندارند. هرگاه تنش یا ضربه‌ای به میلگردها وارد شود، عمل لغزش روی صفحات بلورین انفرادی اتفاقی می‌افتد. در مواردی این تنش که لغزش در صفحات را ایجاد می‌کند، خطری برای سازه به وجود نمی‌آورد. اما در صورتی که لغزش در صفحات تکرار داشته باشد، باعث ایجاد ترک‌های ریزی روی میلگرد می‌شود. به همین دلیل ترک‌ها به مرور زمان گسترش پیدا کرده و میلگرد دیگر توانایی تحمل تنش را نخواهد داشت.

برای مثال میلگردهایی که در آزمون‌های کشش یا خمش می‌شکنند، دیگر نتوانسته‌اند که تنش‌های وارده را تحمل کنند. همچنین نمونه‌های مشابه در آزمایش‌های خمش و کشش، اگر زیر فشار بارهای چرخشی و تناوبی قرار بگیرند؛ با تنس بسیار کمتری خواهند شکست. به چنین شکستگی‌هایی که در میلگردها به وجود می‌آید، شکستگی خستگی می‌گویند.

متخصصین درون آزمایشگاه‌ها برای اینکه آزمون خستگی در میلگرد را با دقت بیشتری انجام دهند، از میلگردهای خوابانده شده در بت استفاده می‌کنند. همچنین معمولا آزمایش خستگی میلگرد روی نمونه‌هایی انجام می‌شود که تجربه آزمون خمش دارند. اهمیت این کار به قدری است که استفاده از چنین نمونه‌هایی برای آزمون خستگی به یک اصل تبدیل شده و در تمامی آزمایشگاه‌ها انجام می‌شود.

اهمیت طراحی قطعات در خستگی میلگرد

برای طراحی قطعات در ساخت سازه‌های عمرانی توجه ویژه‌ای به تست خستگی می‌شود. در واقع طراحان سازه‌های عمرانی با توجه به این معیار می‌توانند بهترین طراحی ممکن برای فونداسیون را انجام دهند. برای مثال در آزمایش خستگی مشخص که این نمونه چه مقاومتی در برابر سیکل‌های تنشی از خود نشان می‌دهد. به طور کلی میلگردهایی که جنس آهنی یا فولادی دارند، حداکثر تحمل آن‌ها حدود ده میلیون سیکل است. همچنین میزان مقاومت خستگی میلگرد که آلیاژ خاصی داشته باشد، به رقم‌های بیشتری نیز می‌رسد. به همین دلیل میلگردهایی با آلیاژهای سبکی غیر آهنی تولید می‌شود که ممکن است در آزمون‌های تست خستگی امتیاز 500 میلیون دور را کسب کنند.

انواع آزمون خستگی در میلگرد

همیشه از یک روش خاص برای بررسی میزان تحمل یک میلگرد در برابر تنش‌ها از یک روش خاص استفاده نمی‌شود. با این ترفند میزان مقاومت میلگردها از راه‌های گوناگون بررسی خواهد شد تا بتوان به اعداد دقیق‌تری رسید. محققان برای آزمون‌هایی که جهت تست خستگی میلگرد انجام می‌شوند اسامی مختلفی قرار داده‌اند که عبارتند از:

• آزمون خستگی میلگرد با میله چرخان
• آزمایش خستگی با میله ارتعاشی میلگرد
• تست خستگی با ایجاد کشش و فشار روی میلگرد

با اندکی دقت روی نام هر یک از روش‌ها می‌توان فهمید که در چه حالتی میزان خستگی نمونه میلگردها برآورد می‌شود. البته برای انجام هر روش به ابزار خاصی نیاز است و کار باید به افراد حرفه‌ای سپرده شود. در بخش بعدی مطلب تمامی این روش‌ها را با جزئیات کامل بررسی خواهیم کرد.

بخوانید: تست مقاومت میلگرد | انواع آزمون‌ها جهت شناخت میلگرد استاندارد

تست خستگی میلگرد با میله چرخان

همانطور که از نام این روش پیداست، حالت چرخشی برای بررسی خستگی در میلگرد مورد استفاده قرار می‌گیرد. زمانی که میلگردها به صورت چرخشی تنش‌هایی را متحمل می‌شوند، بعد از زمان مشخصی می‌شکنند. با استفاده از آزمون خستگی میله چرخشی، می‌توان فهمید که نمونه چه مقاومتی در مقابل وارد شدن فشارهای دورانی دارد.

میلگردهایی که در سازه‌های مختلف وجود دارند، در طول عمر خود با تنش‌های چرخشی زیادی مواجه می‌شوند. به همین دلیل باید در برابر چنین تنش‌هایی مقاومت خوبی از خود نشان دهند. بدیهی است که با استفاده از این تست خستگی بتوان شناخت خوبی نسبت به استحکام نمونه‌های میلگرد در برابر وارد شدن تنش‌های دورانی به مرور زمان داشت.

تست خستگی ارتعاشی

نوع آزمایش دیگری که برای سنج خستگی در میلگرد استفاده می‌شود، ارتعاشی است. در انجام این آزمون باید از ابزارهای مخصوصی استفاده کرد تا بتوان به نتایج دقیقی دست یافت. دستگاه با وارد کردن ارتعاشات به نمونه میلگرد درون خود، تنش‌هایی را به آن وارد می‌کند. میلگرد در صورتی که مقاومت بالایی در برابر این ارتعاشات نشان دهد، دچار شکستگی نخواهد شد.

اما در موارد بسیاری دیده شده که میلگرد در تست خستگی ارتعاشی هیچ آسیبی نمی‌بیند، ولی ترک‌های ریزی بر می‌دارد. بدیهی است که در صورت استفاده از چنین میلگردی برای ساخت ساختمان‌های مختلف، به میزان مقاومت خوبی نخواهیم رسید.

سنج خستگی میلگرد کششی و فشاری

بسیاری از افراد تصور می‌کنند که خستگی کششی و فشاری میلگرد به صورت جداگانه انجام می‌شود. اما این تست‌ها را برای بررسی خستگی به صورت همزمان روی نمونه وارد می‌کنند. توجه داشته باشید که ذرات مولکولی فلزات به صورت زنجیر به هم متصل هستند. یعنی زمانی که یک سمت نمونه کشیده می‌شود، در آن سمت ذرات تراکم بیشتری پیدا می‌کنند.

به همین دلیل فشار به ذرات بیشتر شده و شاید جهت لغزش ذرات تغییر می‌کند. همچنین تست خستگی کششی و فشاری میلگرد جزو رایج‌ترین تست‌هایی است که در آزمایشگاه‌ها انجام می‌شود. البته محققان برای بررسی تست خمشی و چرخشی ترفند بسیار دارند. برای مثال نمونه‌ای که در دستگاه تحت فشار بوده به صورت 180 درجه‌ای می‌چرخد و آن را در مقابل نیروی کشش قرار می‌دهند.

ویژگی‌های نمونه برای تست خستگی

نمونه‌ای که در دستگاه تست خستگی قرار می‌گیرد، روی کیفیت آزمایش تاثیر چشمگیری می‌گذارد. به همین دلیل نمونه انتخابی باید دارای چند ویژگی خاص باشد. تمامی این ویژگی‌ها توسط محققین تعیین شده و به شرح زیر است:

• نمونه تست خستگی در میلگرد نباید هیچ آسیبی دیده باتمامی نمونه‌ها برای تست در دستگاه باید دارای شکلی مشابه باشند
• یکسان بودن آلیاژ فلزات دیگر فاکتورهای مهم در انتخاب نمونه‌ها است
• سطح مقطع دایره‌ای در تمامی نمونه‌ها
• ابعاد یکسان تمامی میلگردها از لحاظ قطر و طول

 اگر در هر یک از موارد فوق نقصی وجود داشته باشد، نتیجه آزمایشات قطعا درست نخواهد بود. برای مثال در صورتی که از دو نمونه میلگرد با اختلاف قطر برای تست استفاده شود، قطعا نمونه ضخیم‌تر استحکام بیشتری در مقابل تنش‌ها نشان می‌دهد.

مفاهیم مهم در خستگی میلگرد چیست؟

در تست‌هایی که برای سنجش خستگی میلگردها انجام می‌شود، مفاهیم و اصطلاحات با معنای مختلف وجود دارد. همچنین محققین با همین بررسی و مقایسه همین اصطلاحات ساده می‌توانند شناخت بیشتری نسبت به نمونه‌های آزمایشی پیدا کنند. در این بخش از مطلب به تعریف برخی اصطلاحات رایج در خستگی میلگردها می‌پردازیم.

پارامترهای تاثیرگذار نمونه‌ها

نمونه‌هایی که در دستگاه‌های تست خستگی استفاده می‌شود، دارای چند پارامتر خاص هستند که روی نتیجه تاثیر زیادی می‌گذارد. اولین پارامتر مهم قطر نمونه است که تاثیر مستقیم روی استحکام میلگرد می‌گذارد. همچنین دیگر عامل که در تست خستگی میلگرد نقش مهمی بازی می‌کند، طول نمونه میلگرد است. از دیگر پارامترهای مهم در تست خستگی نیز می‌توان نیروی وارده بر نمونه را نام برد. محققان معمولا برای سنجش این پارامترها، از معیارها معمول مثل پاسکال و میلیمتر استفاده می‌کنند.

تنش میانگین

یکی از مهم‌ترین اصطلاحات در خستگی فشاری و کششی میلگرد تنش میانگین است. شاید در نگاه اول محاسبه چنین پارامتری اندکی به نظر برسد. اما باید بدانید که با چند محاسبه ساده می‌توان تنش میانگین خستگی در میلگرد را به دست آورد. برای محاسبه این پارامتر باید مجموع تنش‌های فشاری و کششی ورودی به نمونه تقسیم بر دو شود.

طول عمر خستگی

زمان سرویس دهی یک قطعه میلگرد در دستگاه که تنش‌هایی به آن وارد می‌شود، طول عمر خستگی نام دارد. برای مثال اگر 620 مگاپاسکال تنش متناوب به میلگرد فولادی وارد کنیم، طول عمر خستگی آن به یک میلیون دور ( سیکل ) خواهد رسید. در افزایش و کاهش طول عمر خستگی عوامل بسیار زیادی تاثیر می‌گذارند. میلگردهایی که آلیاژ منیزیمی یا تیتانیومی دارند، طول عمر خستگی آن‌ها بین 1 تا 10 میلیون دور است. همچنین برخی از میلگردهای آلومینیومی چنین میزان طول عمر خستگی دارند.

خستگی زودرس

خوشبختانه نامگذاری اصطلاحات مربوط به خستگی در میلگرد به گونه‌ای انجام شده که به سادگی قابل درک است. خستگی زودرس در میلگردها زمانی مشاهده می‌شود که تناوب نیروهای وارده بر نمونه نوسان زیادی داشته باشد. برای مثال اگر تنش‌هایی که به نمونه وارد می‌شود به صورت ناگهانی افزایش پیدا کند، میلگرد زودتر از حالت عادی می‌شکند.

تمرین‌دهی نمونه

محققان با انجام یک ترفند ساده می‌توانند خستگی میلگرد را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهند. برای تمرین‌دهی میلگرد تنش‌ها وارده بر نمونه به صورت گام به گام بیشتر شده تا به حداکثر میزان تحمل برسیم. به این پدیده در آزمون خستگی تمرین‌دهی می‌گویند.

سخن پایانی

دانشمندان همواره در تلاش هستند تا با به کارگیری آلیاژهای جدید بتوانند به اعداد ایده‌آلی در خستگی میلگردها دست پیدا کنند. همچنین دستگاه‌های تست خستگی میلگرد روز به روز پیشرفته‌تر شده تا آمار دقیقی در اختیار محققان قرار بگیرد. به همین دلیل امروزه در آزمایشگاه‌ها دستگاه‌های تست هیدرولیکی و مکانیکی را می‌بینیم. امیدواریم که با مطالعه این مطلب از سایت عصر آهن اطلاعات مفیدی درباره خستگی در میلگرد کسب کرده باشید.