EN
Плоские стальные прутки в качестве основных несущих и распорных элементов\n\n\nУ него есть хорошее подтверждение\n\n\nИсключительная прочность плоских стальных прутков обусловлена тщательно контролируемым содержанием углерода и точностью процесса горячей прокатки. Предел текучести стальных прутков приближается к 345 МПа или превышает его, а их относительное удлинение при разрыве составляет более 20 %. Такое сочетание свойств критически важно для обеспечения сейсмостойкости зданий без хрупкого разрушения. Способность этого материала деформироваться с изгибом и поглощать энергию позволяет проектировать опорные элементы, обладающие достаточной прочностью для восприятия собственного веса здания и боковых нагрузок, вызванных ветром. Именно по этой причине инженеры отдают предпочтение использованию плоских прутков в качестве боковых распорок высотных зданий. Для этих целей архитекторам требуются материалы, способные к управляемым пластическим деформациям и обладающие высокой способностью поглощать энергию в экстремальных условиях.
Сравнение эксплуатационных характеристик плоских, уголковых и швеллерных профилей при растяжении и сжатии
Благодаря почти симметричной структуре плоские полосы обеспечивают на 15–20 % более высокую несущую способность по сравнению с уголковыми профилями в элементах, работающих на растяжение. Более равномерное распределение нагрузки, обусловленное постоянством поперечного сечения, снижает вероятность разрушения соединений в дальнейшей эксплуатации. В то же время швеллерные профили превосходят плоские полосы по устойчивости к потере устойчивости (выпучиванию) при сжатии. Плоские полосы предпочтительны для участков конструкции, где основным усилием является растяжение. Повышение общей эффективности конструкции достигается при применении гибридных решений — например, сочетании плоских полос, работающих на осевое растяжение, с трубчатыми элементами, воспринимающими сжимающие нагрузки. Кроме того, благодаря высокой точности изготовления (обычно в пределах ±0,5 мм) плоские полосы позволяют упростить модульное строительство.
Значение плоской стальной полосы в мостостроении
Надёжность изготовления фасонных плит и их соединений
Плоские стальные прутки вытеснили другие типы стали при изготовлении косынок в фермах мостов и соединительных элементов. Это обусловлено их постоянной толщиной, удобством обработки при производстве, а также однородными механическими свойствами во всех направлениях. Например, сварка, сверление и лазерная резка — для выполнения сварных швов полного проплавления — значительно упрощаются. Такие швы обязательно должны быть прочными, поскольку эффективность соединений в косынках может превышать 95 % при моделировании землетрясения. Стандарты AASHTO указывают, что сопротивление срезу качественно выполненного сварного шва превышает 200 ksi, что имеет решающее значение для реально эксплуатируемого моста. Современный интегрированный проектный подход обосновал габаритные размеры плоских стальных прутков и обеспечил формирование нескольких путей передачи нагрузки, а также детализацию конструктивных решений соединений, как, например, в стандарте AASHTO LRFD 6.13. Действительно, современные инженерные проекты учитывают габаритные размеры плоских стальных прутков и предусматривают несколько путей передачи нагрузки.
Соответствие требованиям AASHTO LRFD в отношении срока службы и сопротивления усталости
Компоненты моста будут подвергаться постоянным нагрузкам от движения транспорта, и на эти компоненты в течение расчетного срока службы моста — 75 лет — будет приходиться более 100 миллионов циклов напряжений. В стандарте AASHTO LRFD установлены минимальные требования к усталостной прочности компонентов мостов. Плоские стальные прутки также соответствуют стандартам AASHTO LRFD по усталостной прочности благодаря оптимально ориентированной вдоль прутка микроструктуре, контролю содержания неметаллических включений и способности останавливать распространение трещин. Лабораторные испытания показали, что предел выносливости таких прутков составляет примерно 24 тыс. фунтов на квадратный дюйм (ksi) после 2 миллионов циклов — это примерно на 35 % выше, чем у аналогичных уголковых профилей; при температуре минус 40 градусов по Фаренгейту они не теряют ударной вязкости. Дополнительный запас прочности, обеспечиваемый этими прутками, позволяет инженерам проектировать конструкции с требуемым коэффициентом сопротивления, составляющим приблизительно 0.95, и уменьшить толщину стенок до 20 %. В среднем на типовом стальном ферменном мосту экономится около 15 тонн стали. Согласно разделу 6.6 стандарта AASHTO LRFD (категория B — детали, подверженные усталости), все важные места сварных соединений подвергаются сплошному ультразвуковому контролю в рамках производственного процесса.
Плоские стальные прутки обеспечивают высокую прочность при использовании в качестве раскосов для строительных каркасов и сейсмостойких арматурных стержней
Свариваемость, стабильность размеров и сборка модульных каркасов
Плоские стальные прутки имеют постоянное и однородное поперечное сечение, что делает их значительно проще в сварке по сравнению с другими прутками, имеющими неравномерное или нестабильное поперечное сечение. При сварке плоских стальных прутков деформация менее заметна, а их размерная стабильность превосходит аналогичные характеристики других прутков при многократных термоциклах. Это существенное преимущество при работе с prefabрицированными конструктивными элементами, поскольку прутки должны сохранять свою форму. При лазерной резке плоские прутки, как правило, имеют допуск ±1,5 мм, что упрощает монтаж на строительной площадке. Данное значение общепризнано и широко принимается. Монтаж на площадке плоских стальных каркасов осуществляется проще и быстрее, поскольку необходимость проведения корректировок непосредственно на объекте значительно снижается, что облегчает установку каркасов на prefabрицированные конструктивные элементы. Кроме того, модульные каркасы обладают высокой конструктивной прочностью и обеспечивают поддержку в качестве соединений балка–колонна, а также поддерживают раскосные каркасы, которые широко применяются в современном строительстве зданий.
Роль приложений в сейсмостойких стенах, работающих на сдвиг, и моментных соединениях
Использование плоских стальных прутков имеет важное значение при проектировании конструкций, устойчивых к сейсмическим сдвигам, параллельно энергопоглощающим стенам, работающим на сдвиг, и соединениям балок со столбами, требующим дополнительной гибкости. Пластичность таких прутков составляет не менее 20 % в соответствии со стандартами ASTM, что обеспечивает формирование заданных пластических шарниров во время сейсмических воздействий и безопасное поглощение сейсмической энергии без риска обрушения здания. В специальных рамных конструкциях, рассчитанных на восприятие изгибающих моментов, такие плоские прутки предназначены для распределения усилий по сварным соединениям, а не для их концентрации в одном месте. Считается, что это снижает вероятность локальных разрушений примерно на 66 %, хотя конкретные условия зависят от каждого отдельного случая. Прутки проектируются так, чтобы отношение предела текучести к пределу прочности было оптимальным, обеспечивая их деформацию (изгиб) до достижения предельного состояния разрушения. Такое поведение считается важной характеристикой проектного решения, направленной на повышение безопасности населения и гарантирующей, что здание выдержит умеренные или сильные колебания без обрушения.
Значение специализированных плоских стальных прутков в инфраструктуре энергетики
Защита от коррозии имеет решающее значение для стали, используемой в энергетической инфраструктуре и подвергающейся воздействию агрессивных сред. При строительстве морских платформ обычно применяются морские марки нержавеющей стали, такие как 316L и дуплексные сплавы 2205. Эти дуплексные сплавы стоят лишь немного дороже аналогичных марок нержавеющей стали, а их значения PREN превышают 40, что свидетельствует о хорошей стойкости к хлоридной коррозии и сохранении предела прочности более 70 ksi. Для электрических подстанций основным конструкционным материалом несущих конструкций трансформаторов и коммутационного оборудования являются плоские прокатные изделия с горячим цинковым покрытием. Эти изделия соответствуют стандарту ASTM A123 и применяются в условиях химически агрессивной и влажной атмосферы. Специализированные марки стали сочетают в себе стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением, предел текучести более 65 ksi при температуре −40 °F, структурную целостность и содержание легирующих элементов Cr–Ni–Mo. Кроме того, содержание углерода в этих марках стали составляет менее 0,03 %, что облегчает сварку и минимизирует образование трещин при изготовлении толстостенных деталей. Указанные прокатные изделия также разработаны и произведены с учётом обеспечения максимальной надёжности при передаче динамических нагрузок и защите от сейсмических воздействий — требований, являющихся стандартными для энергетического сектора.
Часто задаваемые вопросы
Какие преимущества плоских стальных полос обеспечивают их применение в конструкциях, предназначенных для сопротивления землетрясениям?
Благодаря своим уникальным свойствам, таким как прочность и пластичность, плоские стальные полосы способны выдерживать сейсмические воздействия и имеют меньшую вероятность разрушения и обрыва по сравнению с другими строительными материалами.
Каковы характеристики плоских стальных полос в отношении предела прочности при растяжении и предела прочности при сжатии?
Благодаря своей способности к формованию плоские стальные полосы хорошо воспринимают растягивающие нагрузки и эффективны, поскольку нагрузки равномерно распределяются по всей длине полосы, что облегчает их восприятие. В то же время считается, что швеллерные профили превосходят полосы по способности к деформации.
По каким причинам плоские стальные полосы применяются в качестве косынок при строительстве мостов?
Надёжные плоские стальные полосы обладают стабильными механическими свойствами и геометрическими размерами, что делает их более предпочтительными строительными материалами при изготовлении усиленных косынок и соединений для мостовых конструкций.
Каковы преимущества плоских стальных прутков в строительстве сборных каркасных конструкций?
Применение плоских стальных прутков при строительстве сборных каркасных конструкций сокращает время монтажа на строительной площадке и способствует сохранению конструктивной целостности каркаса внутри стальных модульных рам.
Какие категории плоских стальных прутков обладают коррозионной стойкостью в строительстве объектов энергетического сектора?
Сплавы 316L и дуплексный сплав 2205 указаны как высококачественные материалы благодаря их прочности и коррозионной стойкости в строительных материалах для энергетического сектора.