EN
Плоскі сталеві смуги як основні несучі та розпорні елементи\n\n\nВін має добре підтвердження\n\n\nВиняткова міцність плоских сталевих смуг є результатом ретельно контрольованого вмісту вуглецю та точності процесу гарячого прокату. Межа текучості сталевих смуг наближається до або перевищує 345 МПа, а їхня здатність до розтягнення становить понад 20 % перед руйнуванням. Цей поєднаний показник є критичним для сприйняття сейсмічних навантажень без крихкого руйнування. Здатність цього матеріалу до згинання й пластичного деформування дозволяє проектувати опорні елементи, які достатньо міцні, щоб витримувати вагу будівлі та бічні навантаження, спричинені вітром. За таких умов інженери, безумовно, надають перевагу використанню плоских смуг у якості бічних розпорок для висотних будівель. Для цих цілей архітекторам потрібні матеріали, здатні до контролюваних пластичних деформацій та поглинання великої кількості енергії під час екстремальних умов.
Порівняння експлуатаційних характеристик плоских, кутових та швелерних профілів при розтягуванні та стисненні
Через майже однакову будову плоскі смуги забезпечують кращу роботу в порівнянні з кутовими профілями при розтягуванні — приблизно на 15–20 %. Завдяки рівномірному розподілу навантаження, що забезпечує постійний поперечний переріз, у майбутньому слід очікувати меншої кількості відмов у з’єднаннях. Проте щодо стійкості до втрати стійкості (прогинання) при стисненні швелерні профілі перевершують плоскі смуги. Плоскі смуги краще підходять для елементів конструкції, де домінуючим є розтягувальне зусилля. Загальна ефективність конструкції підвищується за рахунок гібридних рішень; наприклад, використання плоских смуг для осьового розтягування разом із трубчастими елементами для стиснення. Крім того, завдяки точності виготовлення, яка зазвичай становить ±0,5 мм, плоскі смуги можна використовувати для спрощення модульного будівництва.
Значення плоскої сталевої смуги в мостобудуванні
Надійність виготовлення косинок та їхніх з’єднань
Плоскі сталеві смуги витіснили інші типи сталі при будівництві косинців у фермах мостів та з’єднувальних елементів. Це пов’язано з їхньою постійною товщиною, зручністю обробки під час виробництва та однаковими механічними властивостями в усіх напрямках. Наприклад, зварювання, свердлення та лазерне різання — усе це значно простіше виконувати для отримання зварних швів повного проплавлення. Такі шви мають бути обов’язково міцними, оскільки ефективність з’єднань у косинцях може перевищувати 95 % під час імітації землетрусу. Стандарти AASHTO вказують, що межа зсувної міцності якісно виконаного зварного шва перевищує 200 ksi, що є критичним показником для реально експлуатованого моста. Сучасні вбудовані конструктивні рішення обґрунтували розміри плоских сталевих смуг і створили низку шляхів передачі навантаження та деталізованих конструктивних з’єднань, як, наприклад, у стандарті AASHTO LRFD 6.13. І справді, сучасне інженерне проектування інтегрує розміри плоских сталевих смуг і формує кілька шляхів передачі навантаження.
Відповідність вимогам AASHTO LRFD щодо терміну експлуатації та стійкості до втоми
Компоненти моста зазнаватимуть постійних навантажень від руху транспорту, і ці компоненти зазнатимуть понад 100 мільйонів циклів напруження протягом розрахункового терміну експлуатації моста — 75 років. У стандарті AASHTO LRFD передбачено мінімальні вимоги до втомної міцності компонентів мостів. Плоскі сталеві смуги також відповідають вимогам AASHTO LRFD щодо втомної міцності завдяки мікроструктурі, яка оптимально орієнтована у напрямку смуги, контролю над неметалічними включеннями та властивостям, що запобігають поширенню тріщин. Лабораторні випробування показали, що ці смуги мають втомну міцність приблизно 24 ksi після 2 мільйонів циклів, що на 35 % перевищує втомну міцність порівняльних кутових профілів; при температурі мінус 40 градусів за Фаренгейтом вони не втрачають ударної в’язкості. Додаткова міцність, яку забезпечують ці смуги, дозволяє інженерам проектувати з використанням необхідного коефіцієнта опору, що становить приблизно 0.95, і зменшувати товщину стінок до 20 %. У середньому на типовому сталевому фермовому мості економиться близько 15 тонн матеріалу. Згідно з розділом 6.6 стандарту AASHTO LRFD (категорія деталей, пов’язаних з втомною міцністю — категорія B), всі важливі місця зварювання підлягають безперервному ультразвуковому контролю в процесі виготовлення.
Плоскі сталеві смуги забезпечують надійну підтримку каркасів будівель та сейсмостійких стержнів
Зварюваність, стабільність розмірів та збірка модульних каркасів
Плоскі сталеві прутки мають постійний і однорідний поперечний переріз, що робить їх значно простішими у зварюванні порівняно з іншими прутками, які мають нерівномірний або неоднорідний поперечний переріз. При зварюванні плоских сталевих прутків деформація менш помітна, а їх розмірна стабільність перевершує аналогічну характеристику інших прутків під впливом багаторазових термоциклів. Це суттєва перевага при роботі з готовими конструктивними елементами, оскільки прутки повинні зберігати свою форму. При лазерному різанні плоскі прутки, як правило, мають допуск ±1,5 мм, що спрощує монтаж на об’єкті. Це загальноприйняте й загальновизнане положення. Монтаж на об’єкті плоских сталевих рам виконується простіше й швидше, оскільки потреба у виконанні коригувальних робіт безпосередньо на об’єкті значно зменшується, що полегшує приєднання рам до готових конструктивних елементів. Крім того, модульні рами є конструктивно міцними й забезпечують підтримку як у вузлах з’єднання балок із колонами, так і у випадку підпорних рам, які широко застосовуються в сучасному будівництві.
Роль застосувань у сейсмостійких стінах, що сприймають зсувні навантаження, та моментних з’єднаннях
Використання плоских сталевих смуг є важливим у сейсмічному розрахунку на зсув паралельно до енергопоглинаючих стін, що сприймають зсувні навантаження, та вузлів з’єднання балок і колон, які потребують додаткової гнучкості. Пластичність цих смуг становить щонайменше 20 % за стандартами ASTM, щоб забезпечити утворення запланованих пластичних шарнірів під час сейсмічної активності й безпечне поглинання сейсмічної енергії, а також запобігти обвалу будівлі. У спеціальних рамах, що сприймають згинальні моменти, ці плоскі смуги проектують таким чином, щоб розподіляти зусилля по зварних з’єднаннях замість їх концентрації в одному з’єднанні. Це, за твердженнями, зменшує локальні руйнування приблизно на 66 %, хоча конкретні умови залежать від окремого випадку. Смуги проектують так, щоб вони мали сприятливий відношення межі текучості до межі міцності на розтяг, щоб вони згинались до досягнення граничного рівня руйнування. Така поведінка вважається корисною проектною ознакою для підвищення безпеки населення, що гарантує, що будівля зазнає помірного або сильного струсу, але не обвалюється.
Значення спеціалізованих плоских сталевих прутків у енергетичній інфраструктурі
Захист від корозії є життєво важливим для сталі, що використовується в енергетичній інфраструктурі та піддається впливу надзвичайно агресивних середовищ. Для будівництва офшорних платформ зазвичай застосовують морські марки нержавіючої сталі, такі як 316L та дуплексні сплави 2205. Ці дуплексні сплави є лише трохи дорожчими за аналогічні марки нержавіючої сталі, а їхні значення індексу стійкості до корозії (PREN) перевищують 40, що свідчить про хорошу стійкість до хлоридної корозії та здатність зберігати межу міцності на розтяг понад 70 ksi. У електричних підстанціях основним конструкційним матеріалом для несучих конструкцій трансформаторів та комутаційного обладнання є плоскі стрижні з гарячого цинкування. Ці стрижні відповідають стандарту ASTM A123 і застосовуються в умовах хімічно агресивного й вологого повітря. Спеціалізовані марки сталі поєднують стійкість до корозійного тріщинування під напруженням, межу текучості понад 65 ksi при температурі –40 °F, структурну цілісність та вміст сплавів хрому, нікелю й молібдену. Крім того, вміст вуглецю в цих марках сталі становить менше 0,03 %, що полегшує зварювання й мінімізує ризик утворення тріщин під час виготовлення товстих перерізів. Стрижні також проектують і виробляють з метою забезпечення максимальної надійності під час передачі динамічних навантажень і захисту від сейсмічних подій — вимог, які є стандартними в енергетичному секторі.
Поширені запитання
Які переваги мають плоскі сталеві смуги для використання в конструкціях, розрахованих на стійкість до землетрусів?
Завдяки своїм унікальним властивостям, зокрема міцності та пластичності, плоскі сталеві смуги здатні витримувати сейсмічну активність і менш схильні до руйнування й розриву порівняно з іншими будівельними матеріалами.
Які показники плоских сталевих смуг щодо межі міцності на розтяг і межі міцності на стиск?
Завдяки своїй здатності до формування плоскі сталеві смуги добре сприймають навантаження на розтяг і є ефективними, оскільки навантаження рівномірно розподіляються по всій довжині смуги, що полегшує їх підйом. З іншого боку, каналоподібні профілі, як вважають, краще за смуги в плані деформації.
Чому плоскі сталеві смуги використовують для косинців у мостобудуванні?
Надійні плоскі сталеві смуги мають стабільні механічні властивості та точні розміри, що робить їх кращим будівельним матеріалом для виготовлення міцніших косинців і з’єднань у мостобудуванні.
Які переваги мають плоскі сталеві смуги в будівництві збірних каркасів?
Використання плоских сталевих смуг у будівництві збірних каркасів дозволить скоротити час збирання на будмайданчику та сприятиме збереженню структурної цілісності каркасу всередині сталевих модульних рам.
Які категорії плоских сталевих смуг мають стійкість до корозії в будівництві об’єктів енергетичного сектору?
Сплави 316L та 2205 (двофазна сталь) визначені як високоякісні, оскільки вони забезпечують міцність і стійкість до корозії в будівельних матеріалах енергетичного сектору.