شگل

تفاوت استقامت شگل های پیچ و مهره ای و شگل های پینی

شکل‌های پیچ و مهره‌ای با استفاده از نیروی پیش‌ تنیدگی (Preload) معمولاً بین ۷۰-۹۰% از مقاومت تسلیم پیچ) بار را منتقل می‌کنند. این اتصالات با ایجاد تنش فشاری بین صفحات (معمولاً بین ۲۰۰-۳۰۰ مگاپاسکال برای فولادهای معمولی) کار می‌کنند. در حالی که اتصالات پینی اساساً بر اساس برش (Shear) عمل می‌کنند و تنش برشی مجاز آنها معمولاً بین ۱۴۰-۱۶۰ مگاپاسکال برای فولاد A36 است.

مطالعات نشان می‌دهد که اتصالات پیچی در بارهای خستگی (Fatigue Loads) عملکرد بهتری دارند (عمر خستگی حدود ۲-۳ برابر بیشتر). این به دلیل توزیع یکنواخت‌تر تنش در سیستم پیچ و مهره است. در مقابل، اتصالات پینی شگل در نقاط اتصال تمرکز تنش بالاتری نشان می‌دهند (ضریب تمرکز تنش Kt بین ۲.۵-۴.۵ در مقایسه با ۱.۵-۲.۵ برای اتصالات پیچی).

اتصالات پیچ و مهره‌ای معمولاً ظرفیت باربری بالاتری دارند (برای پیچ M24 گرید ۸.۸ حدود ۲۴۰ کیلو نیوتن در کشش، در مقایسه با پین فولادی هم‌ قطر با ظرفیت حدود ۱۸۰ کیلونیوتن). این تفاوت عمدتاً به دلیل امکان استفاده از پیش‌ تنیدگی و درگیری کامل رزوه‌ ها است. در تست‌های آزمایشگاهی، تغییر شکل اتصالات پیچی قبل از گسیختگی معمولاً ۲-۳% است، در حالی که اتصالات پینی تغییرشکل‌پذیری بیشتری نشان می‌دهند (۴-۶%).

در بارهای دینامیکی، اتصالات پینی شگل انعطاف‌پذیری زاویه‌ای بیشتری دارند (تا ۵ درجه در مقایسه با ۱-۲ درجه برای اتصالات پیچی). این ویژگی باعث می‌شود اتصالات پینی برای سازه‌های نیازمند درجه آزادی حرکتی (مثل اتصالات پل‌های متحرک) مناسب‌ تر باشند. ضریب اصطکاک در اتصالات پیچی معمولاً بین ۰.۲-۰.۵ است، در حالی که در اتصالات پینی به ۰.۱-۰.۳ کاهش می‌یابد.

گرید های فولادی بکار رفته در تولید شگل

شگل‌ها در صنایع باربرداری و دریایی از فولادهای مختلف با گریدهای مشخص تولید می‌شوند که هر گرید ویژگی مکانیکی و ضریب ایمنی خاصی دارد. فولاد کربنی با گرید‌های C45 و C60 از رایج‌ترین گزینه‌ها در تولید شگل‌های عمومی است زیرا استحکام کششی آن‌ها در محدوده 600 تا 800 مگاپاسکال قرار دارد. این فولادها پس از عملیات حرارتی سختکاری و بازپخت، توان تحمل بارهای استاتیکی و نیمه دینامیکی را دارند و برای کاربردهای عمومی مناسب هستند.

برای شگل‌های صنعتی سنگین و دریایی معمولا از فولاد آلیاژی گرید G80 و G100 استفاده می‌شود که مقاومت کششی آن‌ها به ترتیب حدود 800 و 1000 مگاپاسکال است. این گریدها به دلیل ترکیب کروم، مولیبدن و نیکل، مقاومت سایشی و دوام بیشتری در شرایط خورنده و دماهای متغیر از منفی 40 تا مثبت 200 درجه سانتی‌گراد ارائه می‌دهند. انتخاب گرید فولادی مناسب مستقیما بر ظرفیت باربری و ضریب ایمنی شگل اثرگذار است و باید طبق استانداردهای EN 13889 و ASTM A952 انجام گیرد.