محاسبه و بررسی جامع مقاومت کششی انواع میلگرد 

مقاومت کششی میلگرد چیست و چه اهمیتی دارد؟ برای اندازه گیری استحکام کششی میلگرد، آزمایشاتی روی این قطعات فولادی انجام می‌شود تا میزان مقاومت آن مشخص شود. میزان مقاومت کششی بر هزینه میلگرد تأثیر می‌گذارد و هر چه مقاومت کششی میلگرد بیشتر باشد، استحکام و هزینه آن نیز بیشتر می‌شود. برای مثال، اگر مهندسان ساختمان بلندی را در مناطقی با جریان شدید هوا، نیروی باد یا در مناطق زلزله‌خیز بسازند، آن ساختمان باید مقاومت و استحکام بیشتری داشته باشد.

به همین دلیل آهن مورد استفاده باید مطابق با استاندارد و نیاز ساخت و ساز باشد و طوری انتخاب شود که ساختمان در آینده فرو نریزد و آسیب نبیند. مهم‌ترین عاملی که مهندسان باید در ساخت سازه‌ها در نظر بگیرند، استحکام و دوام آن‌هاست. همچنین، با توجه به گرانی مصالحی مانند آهن یا تیرآهن، مهندسان نباید از مصالح نامناسب و ضعیف برای ساخت سازه استفاده کنند. در ادامه این مقاله از دکتر آهن، برند رسمی فولاد رامیار صنعت در مورد مقاومت کششی میلگرد، نحوه محاسبه و اهمیت آن صحبت خواهیم کرد.

معرفی مقاومت کششی

مقاومت کششی به طور کلی به معنای توانایی اجسام برای مقاومت در برابر تنش تا زمانی که تغییر شکل داده یا شکسته شوند است. به طور کلی اجسام در کل دنیا در معرض نیروهای مختلف قرار می‌گیرند؛ از نیروی گرانش بر همه اجسام تا نیروی اصطکاک. نیروهای وارد بر یک جسم می‌توانند آن جسم را حرکت دهند، باعث تغییر شکل یا شکستن آن شوند. مقدار مقاومتی که یک جسم در برابر نیروهای وارد شده به آن دارد مقاومت نامیده می‌شود. شما می‌توانید در مطلب " میلگرد کششی چیست؟ " با جزئیات بیشتر در این باره مطالعه کنید.

محاسبه مقاومت کششی میلگرد

برای محاسبه مقاومت کششی تست های مخصوص به کشش و تنش تسلیم را روی محصول اعمال می‌کنند. نتایج به دست آمده از نتیجه این تست، تعیین کننده کیفیت محصول می‌باشد. تست مقاومت میلگرد a3 و سایر استانداردها به کمک دستگاه هایی نظیر دستگاه ثبات و نیروسنج انجام می‌شود.

این دستگاه به کامپیوتر وصل شده و پس از اتمام تست، یک منحنی با نام تنش-کرنش را نمایش می‌دهد. اما نحوه تست مقاومت کششی میلگرد به این صورت است که ابتدا دو نقطه روی قطعه علامت گذاری می‌کنند. فاصله بین نقاط مشخص شده باید حداقل 5 برابر قطر قطعه باشد. پس از علامت گذاری، دستگاه روشن شده و فشار آن را روی 6 تا 8 بار تنظیم می‌کنند. فشار دستگاه تا زمان شکستن قطعه ادامه خواهد داشت.

مقاومت کششی میلگرد چقدر است؟

هنگام تعیین میزان مقاومت کششی میلگرد، مشخص می‌شود که میلگرد مورد استفاده در بتن چقدر استحکام دارد. بنابراین محاسبات لازم برای تقویت یا استفاده از میلگرد با مقاومت زیاد انجام می‌شود. برای مثال محاسبه مقاومت کششی میلگرد ، میلگردها در آزمایشگاه تحت بارهای مختلفی قرار می‌گیرند.

طبق استاندارد ملی ایران 1-8103، طول میلگرد باید پنج برابر یا ده برابر قطر میلگرد باشد. یعنی اگر قطر قطعه انتخاب شده 20 میلی‌متر باشد، طول قطعه باید 100 میلی‌متر باشد. روش تست به شرح زیر است:

• نمونه بر اساس استاندارد برش خورده و علامت گذاری می‌شود؛ طول علامت گذاری شده با گیج اندازه گیری شده و L0 نامیده می‌شود.
• الگوی برش خورده بین دو فک قرار می‌گیرد؛ یک فک ثابت و دیگری متحرک است.
• ابتدا ناظر میلگرد را با یک نرخ ثابت تحت کشش قرار می‌دهد و نیرو تا زمانی که میلگرد تغییر شکل دهد، اعمال می‌شود.
• همزمان با اندازه گیری تغییر ارتفاع تحت تاثیر نیرو، این کار تا زمان بهبودی شکستگی ادامه خواهد داشت.
• پس از شکستن، الگو باز شده و در تمام طول قطعه چسبانده می‌شود.
• فاصله بین دو علامت اندازه گیری می‌شود که L نامیده می‌شود (L0 طول اولیه جسم است).

طبقه‌بندی میلگرد بر اساس مقاومت کششی

• S220: حداقل مقاومت تسلیم ۲۲۰ مگاپاسکال
• S300: حداقل مقاومت تسلیم ۳۰۰ مگاپاسکال
• S350: حداقل مقاومت تسلیم ۳۵۰ مگاپاسکال
• S400: حداقل مقاومت تسلیم ۴۰۰ مگاپاسکال
• S550: حداقل مقاومت تسلیم ۵۵۰ مگاپاسکال

جداول مقاومت کششی میلگرد 

برای بررسی دقیق عملکرد میلگرد، تنها توجه به نام گرید یا قطر آن کافی نیست و باید مشخصات مکانیکی مانند مقاومت کششی، نقطه تسلیم و درصد ازدیاد طول نیز در نظر گرفته شود. جداول زیر، مقاومت کششی میلگرد را بر اساس قطر، استاندارد و شرایط مختلف نشان می‌دهند و امکان مقایسه دقیق‌تر مشخصات انواع میلگرد را فراهم می‌کنند. در ادامه، ابتدا مقاومت کششی میلگردها بر اساس قطر و سپس مقادیر آن‌ها در استانداردهای مختلف بررسی شده است.

جدول مقاومت کششی بر اساس قطر میلگرد

مقاومت کششی میلگرد تنها به جنس و گرید آن وابسته نیست و قطر میلگرد نیز در میزان نیروی قابل تحمل آن نقش دارد. به همین دلیل در آزمایشگاه‌ها، میزان تحمل میلگرد در برابر نیروی کششی برای قطرهای مختلف بررسی و نتایج آن در قالب جدول ارائه می‌شود. این جدول به مهندسان کمک می‌کند تا ظرفیت تحمل نیروی کششی میلگردها را بر اساس قطر آن‌ها مقایسه کرده و گزینه مناسب‌تری را برای استفاده در سازه انتخاب کنند.

جدول مقاومت کششی میلگرد با استاندارد ASTM

چرا میزان مقاومت کششی مهم است؟ دلیل اصلی اهمیت این موضوع این است که مقاومت کششی بتن افزایش یابد. می‌دانید که بتن استحکام کششی بسیار کمی دارد و زمانی که هوا گرم و سرد می‌شود، در اثر انبساط و انقباض نیروی کششی زیادی به آن وارد می‌شود. بنابراین استفاده از محصولات با مقاومت کششی بالا باعث افزایش مقاومت کششی بتن می‌شود. برای آشنایی بیشتر با میزان مقاومت کششی میلگردها، در جدول زیر مقاومت کششی میلگرد بر اساس استاندارد ASTM برای گریدهای مختلف آورده شده است. این جدول می‌تواند به شما کمک کند تا مشخصات و میزان مقاومت کششی میلگردها را بهتر مقایسه کرده و در هنگام انتخاب محصول، اطلاعات دقیق‌تری در اختیار داشته باشید.

میلگردها به عنوان یکی از مهم ترین مصالح ساختمانی به شمار می‌روند. استحکام کششی بالا باعث می‌شود در صورت بروز حوادثی مانند زلزله، طوفان و سایر عوامل طبیعی و غیرطبیعی، ساختمان دیرتر تغییر شکل دهد. به دلایل ذکر شده در بالا، اطلاعات استحکام کششی باید توسط تولیدکنندگان ارائه شود و در اختیار خریداران قرار گیرد. مهندسان سازه به دلایل مختلف از این اعداد برای محاسبه دقیق مقاومت و تحمل تقویت کننده استفاده می‌کنند. ازآنجایی که مقاومت کششی میلگرد ساده و آجدار با هم تفاوت دارد پیشنهاد میکنم برای بررسی تفاوت آنها  مطلب " بررسی 10 تفاوت میلگرد ساده و آجدار" را مطالعه کنید.

بررسی مقاومت کششی فولاد با استاندارد روسی

یکی از قدیمی ترین استاندارد های مورد استفاده برای تولید میلگرد، استاندارد روسی GOST 5781 است. بر اساس این استاندارد میلگرد ها در 4 دسته A1 تا A4 تقسیم بندی می‌شود. منظور از میلگرد A1، میلگرد بدون آج و 3 نوع دیگر در دسته آجدار قرار می‌گیرند. جدول مقاومت کششی میلگرد و مقاومت تسلیم میلگرد بر اساس استاندارد روسی به صورت زیر می‌باشد. جدول مقاومت کششی فولاد به شما کمک می‌کند تا خرید بهتری داشته باشید.

دو مشخصه قابل آزمایش میلگرد

به طور کلی برای سنجش مقاومت کششی میلگرد، به دو صورت آن را آزمایش می‌کنند. اما پیش از آن بهتر است بدانیم الاستیک و پلاستیک به چه معنا هستند. اگر محصولی به طور کلی به خاصیت اولیه خود برگردد، به آن " الاستیک " و در صورتی که برنگردد، به آن " پلاستیک " می‌گویند.

مقاومت در برابر تسلیم

هنگامی که نیروی وارد شده به میله فولادی افزایش می‌یابد، شکل آن کاملاً تغییر می‌کند که به آن مقاومت تسلیم می‌گویند. به همین دلیل است که مقدار تنش تسلیم روی میله تقویت کننده ثبت می‌شود و بر نام محصول نیز تأثیر می‌گذارد.

اما چرا جدول تنش تسلیم میلگرد اهمیت بالایی دارد؟ تنش تسلیم یا Fy میلگرد در زمان طراحی سازه اهمیت بالایی دارد. چرا که این جدول محدودیت ما برای طراحی را مشخص می‌کند. میزان فشار وارد شده به اجزای یک سازه باید بیشتر از تنش تسلیم فولاد نباشد. 

نیروی کشش

حداکثر نیروی وارد شده به میلگرد که باعث شکستن آن می‌شود. استحکام و کشش قبل از شکستن محصول را استحکام کششی می‌گویند.

فرمول محاسبه استحکام تسلیم

فرمول محاسبه استحکام تسلیم با توجه به روش آزمایش و نوع ماده مشخص می‌شود. اما در حالت کلی منظور از استحکام تسلیم، مشخص کردن میزان تغییر شکل ماده از الاستیک به پلاستیک است. فرمول محاسبه استحکام تسلیم میلگرد به صورت زیر می‌باشد:

σ_y = F/A

در این فرمول:

• σ_y  نشان دهنده تنش تسلیم؛
• F  نیروی نقطه تسلیم؛
• A  سطح مقطع اولیه نمونه؛

تنش تسلیم میلگرد A2 چقدر است؟

تست مقاومت کششی انواع میلگرد

یکی از روش های ساخت میلگرد در کشور ما استفاده از استاندارد روسیه GOST 5781 است که بر اساس این استاندارد واحدهای تولیدی به 4 دسته A2، A3، A4 و A1 تقسیم می‌شوند. در این نامگذاری، A1 برای میلگردهای ساده و بقیه دسته ها برای انواع میلگرد آجدار استفاده می‌شود. ذوب آهن اصفهان یکی از تولیدکنندگان پیشرو قطعات فلزی پرکاربرد می‌باشد که محصولات خود را طبق استاندارد فوق در سه گروه زیر تولید می‌کند. در مطلب " میلگرد چیست؟" به طور کامل در مورد میلگرد صبحت کرده ایم. 

مقاومت کششی میلگرد a1

 مقاومت تسلیمی آن 2400 و مقاومت کششی 3600 کیلوگرم بر سانتی متر است. با توجه به اینکه تغییر شکل نسبی این نوع قطعه 25 درصد است، در جوشکاری مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مقاومت کششی میلگرد a2

این نوع قطعات به صورت آجدار ساخته می‌شوند و مقاومت تسلیمی ۳۴۰۰ و مقاومت کششی ۵ هزار کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع را دارد . این نوع عموماً برای عملیات خنک کاری استفاده می‌شود و مناسب جوشکاری نمی‌باشد.

مقاومت کششی میلگرد a3

این گروه از محصولات دارای مقاومت بالایی بوده و به دلیل مقاومت بالا یکی از پرکاربردترین ها در بازار است. مقاومت تسلیم 4 هزار و مقاومت کششی 6 هزار کیلوگرم بر سانتی متر مربع می‌باشد. این محصول دارای تغییر شکلی معادل 14 درصد بوده و به میلگرد خشک معروف است. توجه داشته باشید که این قطعه برای جوشکاری و تغییر شکل های زیاد، مناسب نیست. همچنین تنش تسلیم میلگرد a3 حدود 400 کیلوگرم بر سانتی متر مربع است.

روش‌های اندازه‌گیری مقاومت کششی میلگرد

برای تعیین دقیق مقاومت کششی میلگرد، باید رفتار آن در برابر نیروی کششی به‌صورت کنترل‌شده بررسی شود. این کار معمولاً با تست کشش در آزمایشگاه انجام می‌شود و اطلاعاتی مانند مقاومت نهایی، نقطه تسلیم و میزان ازدیاد طول میلگرد را مشخص می‌کند. در ادامه، نحوه انجام این آزمایش، استانداردهای مورد استفاده، فرمول‌های محاسبه و نحوه تحلیل نمودار تنش–کرنش میلگرد را بررسی می‌کنیم.

نحوه انجام تست کشش در ازمایشگاه

این تست را می‌توان با دستگاه های مختلفی از جمله دستگاه های پایداری و دینامومتر انجام داد و نتیجه را از نمودار قدرت نهایی یا UTS بدست آورد.
ابتدا قبل از راه اندازی دستگاه، قسمتی از آرمیچر را علامت گذاری می‌کنیم. توجه داشته باشید که فاصله بین علامت ها باید 5 برابر قطر قطعه باشد و اگر قطر آرماتور 25 میلی متر باشد، فاصله بین دو علامت باید 125 میلی متر باشد. پس از آن فاصله را با کولیسی که بین دو علامت قرار دارد، اندازه گیری و ثبت می‌کنیم. سپس با روشن کردن دستگاه و تست، فشار هوا را بین 6 تا 8 بار تنظیم می‌کنیم. پس از آن آرمیچر را در دستگاه قرار داده و تست را انجام می‌دهیم. با انجام آزمایش و مشاهده نمودار و شکستن آن، می‌توانیم مقاومت کششی میلگرد را بدانیم.

استاندارد برای آزمایش کشش میلگرد

تست کشش میلگرد طبق استانداردهای مختلف در کشورها انجام می‌شود. البته این استانداردها به محیط زیست این کشورها نیز بستگی دارد. به عنوان مثال، در کشورهای اروپایی که زلزله کمتر اتفاق می‌افتد، نیاز به استفاده از میلگرد با مقاومت کششی کمتر وجود دارد. اما در کشوری مانند ژاپن که احتمال وقوع زلزله زیاد است باید از میلگردهای با مقاومت کششی بالا استفاده کرد.

در مطلب " انواع استاندارد میلگرد " به صورت کامل در مورد انواع میلگرد صحبت کرده‌ایم.

فرمول مقاومت کششی میلگرد

پس از اتمام تست، قطعات را به نحوی کنار هم قرار می‌دهیم که نشانه هایی که از قبل روی آنها گذاشته ایم، در یک راستا قرار بگیرند. سپس فاصله بین L ها را اندازه گیری کرده و ثبت می‌کنیم.

این کار را می‌توانیم به صورت دستی نیز حساب کنیم. وقتی که فرآیند تست تمام شد قطعه کار را از دستگاه جدا می‌کنیم و دو بخش جدا شده را طوری بهم می‌چسبانیم که نشانه هایی را که قبل از انجام تست بر روی محصول گذاشتیم در یک راستا قرار بگیرد.  فاصله بینL  ها را اندازه می‌گیریم و ثبت می‌کنیم. سپس اعداد را در فرمول زیر جایگذاری می‌کنیم

ԑ=((L-L0)/L0)*100

پس از بدست آوردن ازدیاد طول یا ԑ، به کمک فرمول زیر می‌توان مقاومت کششی  را حساب کرد:

نمودار مقاومت کششی میلگرد 

علاوه بر جدول مقاومت کششی میلگرد، به کمک فرمول استحکام کششی نیز می‌توان این معیار را اندازه گیری کرد. برای بدست آوردن این مقدار، ابتدا باید L و L_۰  کرنش محاسبه شود. پس از آن مقدار کرنش را در فرمول قرار می‌دهیم تا نش یا σ بدست آید. در فرمول بالا E برابر با مدول الاستیسته بوده و به کمک نمودار تنش کرنش نیز قابل محاسبه می‌باشد. دستگاه هایی که برای آزمایش مقاومت کششی استفاده می‌شوند، دو نقطه مهم را به شما نشان می‌دهند. این نقاط بیانگر اطلاعات زیر می‌باشد:

• نقطه B: نقطه B یا حد به نقطه ای گفته می‌شود که نمودار تنش کرنش تا قبل از آن، روند خطی داشته است. شیب این خط بر اساس قانون هوک، مقدار E را نشان می‌دهد.
• نقطه C: این نقطه بیانگر نقطه شکست میلگرد است. در این نقطه اگر مقاومت میلگرد شکسته شود، تغییرات فیزیک غیر قابل بازگشتی رخ خواهد داد.

کاربرد میلگرد کششی

میلگرد کششی برای تحمل نیروهای کششی و افزایش ظرفیت باربری اعضای بتن‌آرمه استفاده می‌شود و با کنترل ترک‌ها، از آسیب‌دیدگی و گسیختگی بتن جلوگیری می‌کند. این میلگردها در بخش‌هایی مانند تیر، تیرچه، دال، فونداسیون و سایر اعضای خمشی کاربرد دارند. در تیرچه نیز میلگردهای پایینی خرپا به‌عنوان میلگرد کششی، نیروهای ناشی از خمش را تحمل کرده و به افزایش استحکام و ظرفیت باربری تیرچه کمک می‌کنند.

تفاوت میلگرد کششی و فشاری

میلگرد کششی و فشاری از نظر جنس و فرآیند تولید تفاوت خاصی ندارند و تفاوت آن‌ها به نوع نیروی واردشده و محل قرارگیری در عضو سازه‌ای مربوط می‌شود. میلگرد کششی برای تحمل نیروهای کششی و افزایش ظرفیت ناحیه کششی بتن به کار می‌رود، درحالی‌که میلگرد فشاری در برابر نیروهای فشاری مقاومت می‌کند و ظرفیت ناحیه فشاری عضو را افزایش می‌دهد. برای مثال، در یک تیر بتن‌آرمه، با توجه به نوع خمش، میلگردهای یک بخش از مقطع ممکن است نقش کششی و میلگردهای بخش دیگر نقش فشاری داشته باشند. بنابراین، تشخیص کششی یا فشاری بودن میلگرد به شرایط بارگذاری و طراحی سازه بستگی دارد، نه نوع یا ظاهر میلگرد.

ضرورت تست کشش میلگرد چیست؟

شاید این سوال مطرح شود که ضرورت تست کشش میلگرد چیست؟ در واقع تست کشش میلگرد میزان مقاومت میلگردها را در بتن مشخص می‌کند. در نتیجه دانستن این موضوع کمک می‌کند تا مهندسان به شویه صحیح تری از انواع میلگرد استفاده کنند.

نکته بعدی قیمت تمام شده میلگرد است. هر چه میزان مقاومت یک میلگرد بیشتر باشد، قیمت تمام شده آن نیز بیشتر خواهد بود. به چند دلیل لازم است که میزان کشش میلگرد را بدانیم که در ادامه در این باره صحبت خواهیم کرد:

• اصلی ترین دلیل برای استفاده از میلگرد، تقویت بتن در نقاط مختلف ساختمان است. میلگرد ها با توجه به آنالیز و شکل آج مقاومت کششی و تنش گسیختگی متفاوتی دارند. در صورت عدم مقاومت کششی میلگرد، در صورت وارد شدن فشار بالا به آن، دچار تغییر شکل می‌شود. در نتیجه امکان خرابی و آسیب جدی وجود دارد.
• نکته بعدی در ضرورت تست کشش میلگرد، بررسی توانایی میلگرد در برابر زلزله است. مقاومت کششی میزان استحکام میلگرد در برابر نیروهای مختلف را مشخص می‌کند. در صورت عدم انتخاب درست، میلگرد دچار شکستگی خواهد شد. در صورت کسب اطلاعات بیشتر درباره شکستن میلگرد می‌توانید مطلب " شکستگی میلگرد " را مطالعه کنید.

کلام آخر

در این مطلب به موضوع مقاومت کششی میلگرد و نحوه محاسبه آن پرداختیم. همانطور که گفتیم، میزان مقاومت کششی میلگرد ارتباط مستقیم با میزان استحکام یک سازه دارد. در صورتی که مهندسان از میلگردهایی با مقاومت کششی پایین در یک ساختمان استفاده کنند، آن سازه نمی‌تواند در برابر زلزله و سایر عوامل مقاومت کافی داشته باشد. دکترآهن، برند رسمی فولاد رامیار صنعت تامین‌کننده انواع شمش، مقاطع فولادی، مواد اولیه و فروآلیاژ صنایع ریخته‌گری فولاد و چدن است. برای اطلاع از قیمت میلگرد، با شماره 03155057 تماس بگیرید.

سوالات متداول در مورد مقاومت کششی میلگرد

چرا بررسی مقاومت کششی میلگرد مهم است؟

مشخص کردن مقاومت کششی میلگرد به دلیل افزایش مقاومت کششی بتن، کاهش احتمال ترک‌خوردگی و بهبود عملکرد سازه در برابر نیروهایی مانند زلزله اهمیت دارد.

چگونه تست کششی میلگرد انجام می شود؟

برای تست کششی میلگرد از تجهیزات و دستگاه های مختلفی مثل دستگاه ثبات و نیرو سنج مورد استفاده قرار می‌گیرد.

تنش میلگرد جاری چیست؟

در اصل تنش جاری میلگرد همان مقاومت تسلیم نهایی این محصول می‌باشد. 

مقاومت کششی میلگرد به چه عواملی بستگی دارد؟

مقاومت کششی میلگرد به عواملی مانند ترکیب شیمیایی فولاد، گرید، فرآیند تولید و عملیات حرارتی آن بستگی دارد.

آیا افزایش قطر میلگرد باعث افزایش مقاومت کششی آن می‌شود؟

افزایش قطر، ظرفیت تحمل نیروی کششی را بیشتر می‌کند، اما لزوماً به معنای افزایش مقاومت کششی ذاتی فولاد نیست.

مقاومت تسلیم میلگرد چه اهمیتی دارد؟

مقاومت تسلیم مشخص می‌کند میلگرد تا چه میزان تنش را پیش از شروع تغییر شکل دائمی تحمل می‌کند.

مقاومت کششی میلگرد با مقاومت کششی بتن چه تفاوتی دارد؟

مقاومت کششی میلگرد به ظرفیت تحمل نیروی کششی فولاد مربوط است، درحالی‌که مقاومت کششی بتن میزان تحمل بتن در برابر کشش را نشان می‌دهد.</p>

آیا گرید میلگرد بر مقاومت کششی آن تأثیر دارد؟

بله، گرید میلگرد نشان‌دهنده سطح مشخصی از خواص مکانیکی آن است و با افزایش رده، معمولاً مقاومت تسلیم و کششی نیز افزایش می‌یابد.