Жоғары беріктікті болаттың үлкен қашықтықтағы болат құрылымдық жобаларында қолданылуы

Жоғары беріктікті болаттың заманауи үлкен аралықты болат құрылыс жобалары үшін негізгі маңызы қандай?

Өнімділіктің артуы: салмақтың азаюы, аралықтың ұзартылуы және материалдың тиімділігі

Жоғары беріктіктегі болаттың енгізілуі болат құрылыста үлкен ашық аралықты құрылымдарды жобалау әдісін түбегейлі өзгертті, ол құрылыс процесінің тиімділігін әлдеқайда жақсартты. Мысалы, S690+ маркалы болатты қолдану кәдімгі S355 болатпен салыстырғанда құрылымның салмағын 25 пайыздан 40 пайызға дейін азайтады. Бұл бірнеше жағынан маңызды әсер етеді: негізге азырақ қосымша қолдау қажет болады, крандардың көтеру қабілеті азаяды және құрылысшылардың объектіде құрылымды жинауға кетіретін уақыты қысқарады. Архитекторлар бұған өте қуанады, себебі олар енді 100 метрден астам ашық кеңістіктері бар ғимараттарды жобалай алады — бұл қазіргі заманғы спорт ареналарында және әсіресе ірі көрме орталықтарында барынша кең таралып келеді. Алайда, ең маңыздысы — материалдың пайдалану тиімділігі. S690+ болаттың әрбір бір тоннасы қолданылғанда, біз шамамен 1,5 тонна кәдімгі болатты алмастырамыз. Бұл тасымалдау көлемін азайтады және нәтижесінде барлық деңгейде көміртегі ізін төмендетеді. Барлық осы артықшылықтар S690+ болаттың әлдеқайда жоғары аққыштық шегіне ие болуынан туындайды — техникалық сипаттамалары бойынша ол кемінде 690 МПа құрайды. Осы материалдан салынған құрылымдар ауыр жүктемелерді көтеруге қабілетті, бірақ қимасы кішірек болады және қызмет көрсету мерзімі бойынша барлық қажетті қауіпсіздік стандарттары мен жұмыс сипаттамаларын сақтайды.

Нақты әлемдегі әсер: Пекин Дасин халықаралық әуежайы және басқа да маңызды болат құрылымдық жобалар

Нақты әлемдегі қолданыстар болаттың қаншалықты берік екендігін тәжірибеде көрсетеді. Мысалы, Пекин Дасин халықаралық әуежайында терминалдың көшетіндегі 80 метрлік консольдық аралықтарды жасау үшін S460–S690 сыныптағы болат қолданылды, бірақ әдеттегі болат сыныптарымен салыстырғанда оған қажетті материал көлемі шамамен 60% ға аз болды. Шанхайдағы Ұлттық көрме және конференциялық орталығында да осындай жағдай орын алды. Ғимаратта жер сілкініс күштері әсер еткен кезде де 150 метрлік ашық аралықтар орын алған. Беріктігі жоғары болат ғимараттардың иілу мәселелерін S355 стандартты болатпен салынған ғимараттармен салыстырғанда шамамен 34% азайтты. Әлем бойынша бұл жеңіл, алдын ала дайындалған компоненттер арқасында ірі болат құрылымдар 30–50% тез салынуда. Салыну жылдамдығы артса да, ғимараттар күнделікті әсер ететін әртүрлі ауа-райы жағдайлары мен басқа да кернеулерге төзімді қалады.

Үлкен құрылыс аралығындағы болат құрылымдардағы жоғары беріктіктегі болаттың құрылымдық әрекеті

S460-тан асатын иілу төзімділігі мен ұзындық шектері

Жоғары беріктіктегі болаттарды, мысалы, S460+ қолдану арқылы бүкіл жағынан тиімдірек болатын жұқа қималар алуға болады, бірақ бұл қималардың иілуін бақылау сияқты кейбір қиындықтарға әкеледі. Болат беріктігі артқан сайын, осы қималардың қаншалықты жіңішке болуына қойылатын шектеулер қатаңдауы керек, себебі біз процестің ерте кезеңінде-ақ тұрақсыздықты болдырмауымыз керек. Мысалы, S690 бағаналарының қабылданатын S460 материалдары үшін рұқсат етілетін ұзындық-қима қатынасынан шамамен 15 пайызға төмен ұзындық-қима қатынасына ие болуы қажет. Зерттеулер көрсеткендей, S460 сығылу элементтері жалпы алғанда λ = 0,4 дейін жақсы жұмыс істейді, ал S690 үшін бұл шамамен 0,34-ке дейін ғана жетуге болады, себебі ол серпімділік шегінен кейін соншалықты иілмейді. Еурокод 3 Қосымшасы D осы мәселеге қосымша бағаналық қисықтар арқылы шешім ұсынады. Нәтижесінде, геометриялық параметрлер басқаша өзгермеген жағдайда S460 болатынан S700 болатына ауысқан кезде иілу төзімділігі 8–12 пайызға дейін төмендейді. Барлығын ескере отырып, инженерлер әсіресе тікелей жүктеме әсерінде болатын ұзын және жіңішке бөліктермен жұмыс істеген кезде, тек жергілікті деңгейде материалдық шығындарды азайтуға емес, барлық құрылымның тұрақтылығын қамтамасыз етуге назар аударуы керек.

Тартылуға беріктік қатынасы, деформациялық қатайту және қалдық керілулердің жалпы тұрақтылыққа әсері

S690+ болатының аққыштыққа қатынасы тартылуға қатынасы 0,90-нан жоғары, бұл құрылымдық резервтің азаюын білдіреді. Бұл маңызды, себебі үлкен аралықты құрылымдар прогрессивті құлауға немесе жүктемелер кенеттен ығысқан кезде қосымша қорғануға қажеттілік туғызады. Жоғары аққыштыққа/тартылуға қатынастарын қарастырғанда, олар шынымен де деформациялық қатайту процесін дұрыс жүзеге асыруды тоқтатады. Бұл пластикті шарнирлердің пайда болуын және экстремалды жағдайларда қосылыстар арқылы кернеуді қайта таратуын шектейді. Термиялық кесу мен дәнекерлеу процестерін ескерген кезде жағдай тағы да нашарлайды. Бұл процестер S690 бөліктерінде материалдың аққыштық шегінің шамамен 60%-ына жететін қалдық кернеулерді туғызады. Салыстыру үшін S355 болатында әдетте 30% қалдық кернеулер бақыланады, сондықтан проблемалардың тез дамуының себебі анық болады. Қайталанатын жүктеме циклдарынан кейін трещиналар күтілгенге қарағанда әлдеқайда тез пайда болады. Инженерлер S690+ материалдарынан жасалған құрылымдарды жобалаған кезде барлық осы факторларға назар аударуы қажет. Қолданылатын тиімді практикаларға мыналар жатады...

• Сейсмикалық аймақтардағы қосылыстарға артық беріктік коэффициенттерін қолдану (γ = 1,1);
• Жылу кірісін бақылау және ыстық әсерленген аймақтың (HAZ) жұмсаруын азайту үшін сертификатталған дәнекерлеу әдістерін қолдану;
• Пластиктік бұрылу қабілетінің төмендеуін ескере отырып (S690 үшін θ ≈ 0,025 рад, S355 үшін 0,03 рад) резервтілік талдауларын жүргізу.

Бұйымдардың болат құрылымдарында жоғары беріктіктегі болатты қолданғандағы есептеу нормаларына қойылатын талаптар

Қазіргі заманғы болат құрылымдары әртүрлі аралықтар мен тиімділікке қол жеткізу үшін барынша жоғары беріктіктегі болатты (ЖББ) барынша кеңінен қолданады. Дегенмен, S690-тан жоғары маркаларды енгізу халықаралық есептеу нормаларының әртүрлі тәсілдерімен құрылымдық тұрақтылықты растауды қажет етеді.

Еурокод 3 Қосымшасы D мен AISC 360-22: S690+ маркалары үшін бағана қисығындағы түзетулер

Eurocode 3 қосымшасы D жоғары беріктікті S460–S700 болаттары үшін иілу қисықтарына қарау тәсілін өзгертеді. Негізінде ол ақаулық коэффициенттерін көтереді, себебі бұл материалдар соншалықты созылмайды және осьтік сығылған кезде олардың деформацияланған қаттылығының өсуі әртүрлі болады. Ал АҚШ-та AISC 360-22 стандартының E3 тармағы бір ғана иілу формуласын қолданып, әдісті қарапайым ұстағанмен, S690+ элементтері үшін иілу коэффициенттерін төмендетеді және иілу қатынастарына қатысты қатаң шектеулер енгізеді. Неге? Себебі олар барлық нәрсені эмпирикалық тұрғыдан тұрақты ұстауға тырысады. Бұл айырмашылықтар нақты жобаларда маңызды. Eurocode көпқабатты ғимараттар үшін жақсы жұмыс істейді, мұнда шекаралар анық анықталған, ал AISC әдістері сейсмикалық белдеулерде немесе жүктемелер тең емес таратылатын құрылымдармен жұмыс істеген кезде инженерлерге көбірек сенім береді. Ақылды құрылымдық топтар жобаның басында-ақ қай тәсілдің оған сәйкес келетінін анықтайды, жиі қосылыстардың шекті элементтер моделін және прототиптерін құрып, кейіннен қымбатқа түсетін қайта жобалауды болдырмау үшін жобалау жұмыстарына терең кірмей-ақ.

Стратегиялық деңгейдегі таңдау және ұзын құрылымды болат құрылымдарда қолдану картасы

Функционалды сәйкестік: С460–С890 маркаларының фермалар, көшеттер, сығылу элементтері мен қосылыстар үшін қолданылуы

Үлкен болат құрылымдарынан жақсы көрсеткіштер алу шынымен әрбір бөліктің орындайтын қызметіне сәйкес дұрыс болат маркаларын таңдауға байланысты. Мысалы, фермалар мен көтергіш арқалықтар. Бұл компоненттердің негізгі міндеті — салмақ пен қаттылық арасындағы тепе-теңдікті ұстап, жүктеме әсерінен қанша иілетінін бақылау. Сондықтан инженерлер көбінесе S690–S890 болат маркаларын қолданады. Олардың өте жоғары аққыштық шегі (кемінде 690 МПа) арқасында дизайнерлер стандартты S355 болатқа қарағанда 15–20 пайызға аз материал қолданып, құрылымның қалыпты жұмыс істеу кезіндегі өнімділігін сақтай отырып, 120 метрден астам ашық аралықтарды құруға мүмкіндік береді. Ал бағаналар мен қосылатын нүктелер сияқты негізінен сығылу күштерін қабылдайтын бөліктер үшін өнеркәсіп S460–S550 маркаларын қолдануды ұсынады. Бұл маркалар қажетті беріктікті қамтамасыз етеді, сонымен қатар қажет болған жағдайда (S890 маркалы өте берік болаттарға қарағанда ұзаруы 14% қарсы 10%) жақсы созылады және дәнекерлеу процестерімен жақсы үйлеседі. Төмен көміртегі құрамы өңдеуді жеңілдетеді, бұл болтталған немесе дәнекерленген қосылыстардағы кернеу нүктелерімен жұмыс істеген кезде өте маңызды. Кейде инженерлер күштер бағыты қатыгез өзгеретін маңызды қосылыстарда шешімдерді араластырады. Жиі қолданылатын тәсіл — белгілі бір арқалық бөліктерінде S690 маркалы қабырғаларды S355 маркалы қалыңдықтармен қосу. Бұл комбинация күштердің құрылым ішінде қалай таратылатыны мен оның құрылыс алаңында шынымен қаншалықты оңай құрылатыны туралы екі жақты тиімділік береді. Әрбір компоненттің беріктік, құны және құрылыс оңайлығы бойынша ең жақсы мүмкін ауқымда жұмыс істеуін қамтамасыз ету дизайн процесінің барлық кезеңінде негізгі қағидат болып қала береді.

ЖИҚ (Жиі қойылатын сұрақтар)

Жоғары беріктіктегі болат қазіргі заманғы болат құрылымдарда неге маңызды?

S690+ сияқты жоғары беріктіктегі болат құрылымдың салмағын қатты төмендетеді, аралықтарды ұзартады және материалдың пайдалану тиімділігін арттырады; бұл ірі және ашық кеңістіктерді жобалауға мүмкіндік береді және көміртегі ізін азайтады.

Жоғары беріктіктегі болат құрылыс жылдамдығына қалай әсер етеді?

Жоғары беріктіктегі болатты қолданатын құрылымдар жеңіл, алдын ала дайындалған бөлшектерден жасалуы мүмкін, сондықтан құрылыс уақыты 30%–50% қысқарады; бұл құрылымның беріктігі мен орташа жағдайларға төзімділігін сақтай отырып, құрылыс мерзімін қысқартады.

S690+ сияқты жоғары беріктіктегі болатты құрылыста қолданудың қандай қиындықтары бар?

Қиындықтарға жұқа қималардың салдарынан иілу төзімділігін басқару, қатаңырақ эйлерлік ұзындық қатынастарын қажет ету, сонымен қатар жобалау мен дайындау кезінде қалдық керілулер мен аққыштық шегінің созылу шегіне қатынасына қосымша назар аудару кіреді.

Жоғары беріктіктегі болат үшін жобалау нормативтеріне қандай талаптар қойылады?

Жоғары беріктіктегі болаттардың дизайн кодтары халықаралық деңгейде әртүрлі болып келеді; мысалы, Eurocode 3 Қосымшасы D және AISC 360-22 S690+ сияқты маркалар үшін иілу қисықтары, ұзындық қатынастары және сығылу беріктігі коэффициенттері бойынша әртүрлі нұсқаулар береді.

Инженерлер үлкен аралықты қамтитын құрылымдар үшін сәйкес болат маркаларын қалай таңдайды?

Таңдау нақты компоненттердің талаптарына байланысты; мысалы, фермалар мен көтергіш арқалықтар үшін S690–S890 маркалары жиі қолданылады, ал сығылуға жұмыс істейтін элементтер мен қосылатын нүктелер үшін S460–S550 маркалары қаланады.