مشاوره و فروش
021-37163
در دنیای سازه و فولاد، واژه هایی مانند تنش تسلیم یا Fy بیشتر از هر عبارت دیگری اهمیت دارند. این واژه ها تعیین می کنند که یک میلگرد تا چه اندازه می تواند در برابر نیروهای وارده مقاومت کند، بدون آن که دچار تغییر شکل دائمی شود. در واقع، اگر بدانیم مقدار Fy میلگرد چقدر است، می توانیم رفتار فولاد را در برابر فشار، کشش و حتی زلزله پیش بینی کنیم. به همین دلیل، شناخت تنش تسلیم نه تنها برای مهندسان عمران ضروری است، بلکه برای فعالان بازار آهن آلات نیز اهمیت فراوانی دارد؛ چرا که این ویژگی تأثیر مستقیمی بر قیمت، نوع کاربرد و کیفیت میلگرد دارد.
در علم مقاومت مصالح، وقتی به جسمی مانند میلگرد نیروی کششی وارد می شود، ابتدا در محدوده ای خاص تغییر شکل آن موقت و برگشت پذیر است. به این محدوده، منطقه الاستیک گفته می شود. اما اگر نیرو از حد مشخصی عبور کند، فولاد وارد ناحیه ای می شود که تغییر شکل ها دائمی اند و دیگر جسم به حالت اولیه باز نمی گردد. نقطه ای که این اتفاق آغاز می شود، نقطه تسلیم نام دارد، و میزان تنشی که در آن نقطه ایجاد می شود، همان تنش تسلیم یا Yield Stress (Fy) است.
به زبان ساده تر، تنش تسلیم مرزی است میان مقاومت و تغییر شکل دائمی؛ مرزی که کیفیت فولاد را مشخص می کند.
آگاهی از قیمت میلگرد در کنار مشخصات فنی آن، به مهندسان کمک می کند تا بهترین ترکیب مقاومت و صرفه اقتصادی را برای پروژه های عمرانی خود انتخاب کنند.
هر فولاد علاوه بر نقطه تسلیم، یک نقطه شکست نیز دارد که در آن میلگرد دیگر توان تحمل نیرو را از دست می دهد. این مقدار، تنش نهایی یا Ultimate Stress نام دارد.
تفاوت اصلی بین این دو در این است که تنش تسلیم معیار شروع تغییر شکل دائمی است، در حالی که تنش نهایی معیار شکست کامل ماده است. در طراحی سازه ها، معمولاً مهندسان مقدار تنش تسلیم را مبنا قرار می دهند، چون هدف جلوگیری از هرگونه تغییر شکل غیرقابل برگشت است، نه صرفاً جلوگیری از شکست.
نماد Fy در نقشه های مهندسی و استانداردها نشان دهنده مقدار تنش تسلیم میلگرد است. به عبارت دیگر، Fy مشخص می کند که میلگرد چه میزان تنش را قبل از ورود به ناحیه پلاستیک تحمل می کند. هرچه مقدار Fy بیشتر باشد، میلگرد مقاوم تر است و در طراحی سازه های سنگین تر مانند پل ها و برج ها به کار می رود.
در ایران و جهان، چند استاندارد معتبر برای تعیین مقدار Fy میلگرد وجود دارد.
تنش تسلیم معمولاً با دو واحد اندازه گیری می شود:
برای تبدیل این دو واحد می توان گفت هر 1 MPa تقریباً برابر با 10.2 kgf/cm² است. در ایران، هر دو واحد در نقشه ها و جداول فنی دیده می شود.
فرمول محاسبه تنش تسلیم
در حالت تئوریک، تنش تسلیم از تقسیم نیروی تسلیم (Py) بر سطح مقطع عرضی میلگرد (A) به دست می آید:
Fy = Py / A
که در آن:
تغییر در ترکیب شیمیایی و فرآیند تولید، نه تنها بر تنش تسلیم تأثیر می گذارد بلکه می تواند عامل تفاوت در قیمت فولاد آلیاژی در بازار باشد.
برای تعیین واقعی مقدار تنش تسلیم، از آزمون کشش (Tensile Test) استفاده می شود. در این آزمون، نمونه ای از میلگرد در دستگاه کشش قرار گرفته و با افزایش تدریجی نیرو، تغییر طول آن ثبت می شود.
نمودار نیرو–تغییر شکل یا Stress-Strain Curve حاصل این تست است. نقطه ای که در نمودار، منحنی از حالت خطی خارج می شود، همان نقطه تسلیم است. این روش، دقیق ترین راه برای تعیین Fy محسوب می شود و در آزمایشگاه های معتبر کنترل کیفیت فولاد در ایران (مثل مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی) انجام می شود.
تنش تسلیم میلگرد A1، A2، A3 و A4
بر اساس استاندارد ISIRI 3132، میلگردهای تولید داخل در چهار گرید مختلف عرضه می شوند:
هر چه گرید بالاتر باشد، میلگرد مقاومت بیشتری در برابر نیروهای کششی دارد، اما در عوض شکل پذیری آن کمتر می شود.
میلگردهای آجدار به دلیل عملیات نورد گرم و ترکیب شیمیایی متفاوت، تنش تسلیم بالاتری نسبت به میلگردهای ساده دارند.
میلگرد ساده (A1) بیشتر برای خاموت گذاری و آرماتورهای فرعی به کار می رود، در حالی که میلگرد آجدار (A2، A3، A4) در اجزای باربر اصلی مثل تیر و ستون استفاده می شود. این تفاوت Fy باعث می شود رفتار سازه در برابر نیروهای جانبی مانند زلزله به مراتب بهتر کنترل شود.
نقش Fy در طراحی سازه های بتنی و فولادی
در طراحی سازه های بتنی، مقدار Fy میلگرد تعیین می کند چه نسبتی از آرماتور در مقاطع مختلف مورد نیاز است. اگر Fy بالا باشد، مقدار فولاد مصرفی کاهش می یابد و مقاطع اقتصادی تر می شوند.
در سازه های فولادی نیز، Fy معیار اصلی در محاسبه ضخامت تیرها، ستون ها و اتصالات است. انتخاب فولادی با تنش تسلیم مناسب، تعادل میان استحکام و شکل پذیری را برقرار می کند.
تأثیر تنش تسلیم در ایمنی و رفتار سازه هنگام زلزله
در زلزله، مهم ترین ویژگی میلگرد، شکل پذیری (Ductility) است. میلگرد باید بتواند انرژی ناشی از لرزش را جذب کند بدون اینکه بشکند. اگر Fy خیلی زیاد باشد اما میلگرد ترد شود، احتمال شکست ناگهانی سازه بالا می رود. بنابراین در مناطق زلزله خیز مثل ایران، میلگردهایی با ترکیب مناسب مقاومت و انعطاف (مثل A3 و A4 ترمومکانیکی) بهترین گزینه هستند.
ترکیب شیمیایی فولاد
وجود عناصری مانند کربن، منگنز، سیلیسیم و وانادیوم نقش تعیین کننده ای در مقدار Fy دارد. افزایش درصد کربن معمولاً باعث افزایش تنش تسلیم می شود اما شکل پذیری را کاهش می دهد. کارخانه های بزرگ ایران مانند ذوب آهن اصفهان یا فولاد ظفر بناب با کنترل دقیق ترکیب شیمیایی، میلگردهایی با Fy استاندارد تولید می کنند.
فرآیند نورد و عملیات حرارتی
نحوه نورد میلگرد، دمای خنک کاری و سرعت سرد شدن پس از تولید نیز بر مقدار تنش تسلیم تأثیر می گذارد. میلگردهای ترمومکانیکی (TMT) به دلیل عملیات حرارتی خاص، در سطح بیرونی سخت و در مرکز نرم ترند؛ این ساختار باعث افزایش مقاومت و هم زمان حفظ شکل پذیری می شود.
شرایط محیطی و خوردگی
میلگرد در تماس با محیط های مرطوب یا خورنده، ممکن است بخشی از سطح خود را از دست بدهد و در نتیجه ظرفیت تحمل تنش کاهش یابد. استفاده از پوشش های ضدزنگ یا میلگرد گالوانیزه می تواند از افت Fy در طول زمان جلوگیری کند.
سؤالات متداول
زیرا Fy تعیین می کند میلگرد برای چه نوع سازه ای مناسب است. خریدار باید بداند میلگردی با تنش تسلیم پایین برای سازه های سبک مناسب است، در حالی که برای پروژه های سنگین باید سراغ گریدهای بالاتر رفت.
خیر. افزایش بیش از حد Fy ممکن است باعث کاهش شکل پذیری شود. در طراحی سازه های مقاوم در برابر زلزله، تعادل بین مقاومت و انعطاف اهمیت دارد.
خیر. هر کارخانه بسته به روش تولید و کنترل کیفی، ممکن است مقادیری کمی متفاوت از استاندارد ارائه دهد. همیشه باید به گواهی فنی و استاندارد محصول دقت کرد.
با بررسی برگه آنالیز شیمیایی و نتایج تست کشش میلگرد از آزمایشگاه های معتبر می توان از صحت Fy اطمینان حاصل کرد.
روشا رشیدی هستم، فارغ‌التحصیل رشته ادبیات فارسی. حدود چهار ساله که به صورت حرفه‌ای تو حوزه تولید محتوا فعالیت می‌کنم. تو این مدت تونستم با تکیه بر علاقه و دانشم تو زمینه ادبیات و نویسندگی، متن‌های تاثیرگذار و هدفمندی برای نشریه‌ها، سایت‌ها و برندهای مختلف بنویسم. همیشه سعی کردم نیاز مخاطب رو خوب بشناسم و محتوایی تولید کنم که هم ارزشمند باشه، هم بتونه به هدف پروژه کمک کنه. تخصصم بیشتر تو نوشتن محتوای وب، مقاله‌های تخصصی، داستان‌نویسی و مدیریت محتوای شبکه‌های اجتماعیه. سعی می‌کنم با خلاقیت، دقت و به‌روز بودن، چیزی خلق کنم که تو ذهن مخاطب موندگار بشه.