Құрылыс инженерлігі үшін дұрыс болат тақтайшаны қалай таңдау керек

Болат тақтайшалардың маркалары мен механикалық қасиеттерін түсіну

Ақырғы беріктік, созылу беріктігі және иілгіштік талаптары құрылымдық рөлге қарай

Құрылыста қолданылатын болат плиталары олардың атқаратын қызметіне байланысты белгілі бір механикалық қасиеттерге ие болуы керек. Арқалықтар үшін, әдетте, олардың пішінін тұрақты түрде бұзылмай, иілу күштерін шыдай алуы үшін 345–690 МПа арасындағы ағу шегін қарастырамыз. Ал бағаналар басқаша. Олардың созылу беріктігі 400–550 МПа шамасында болуы керек, сонымен қатар сығылған кезде жаншылуға ұшырамай, энергияны сіңіре алуы үшін 18–22% созылу ұзындығын қамтамасыз ететін жеткілікті эластиктілігі болуы керек. Тірек плиталары тағы да басқаша жұмыс істейді. Бұлардың ағу шегі әдетте 250–350 МПа аралығында болады, бірақ 23%-тан жоғары созылу ұзындығын қамтамасыз ететін жоғары эластиктілігінен нақты пайда болады. Бұл оларға негіздің отыруы мен жер сілкінісі кезіндегі қозғалыстарға төзімділік береді. Мысалы, ASTM A572 50-ші дәрежесін қарастырайық. Ол ағу шегі шамамен 345 МПа-ға тең және көбінесе арқалық қолданыстарында кездеседі. Ал ASTM A36 тірек плиталары үшін әлі де танымал, себебі ол шамамен 250 МПа ағу шегін және 23% созылу ұзындығын қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, ол жақсы пішіледі және сенімді түрде дәнекерленеді, бұл шынымен құрылыс алаңдарында маңызды рөл атқарады.

Беріктік пен төменгі температурадағы жұмыс істеу қабілеті: Шарпи V-тісті сынақтары түсіндірілген

Сынып кеткенге дейін материал қанша энергияны сіңіре алатынын сипаттайтын шама – бұл беріктік деп аталады, ал инженерлер осы сапаны «Шарпи V-ойыс» (CVN) соққылық сынағы деп аталатын әдіспен анықтайды. Бұл жиі қолданылатын процедурада ауыр маятник температураны тұрақты ұстап, ойыс жасалған арнайы дайындалған үлгіге төмен қарай маятниктің соғылуы арқылы жүзеге асады, сондықтан әртүрлі материалдардың нәтижелері салыстырылатындай болады. Арктикалық көпірлер немесе теңізде мұнай құрылыстары сияқты өте суық орталарға ұшырайтын құрылымдар үшін талаптар – минус 40 градус Цельсийде сынақ кезінде кемінде 27 джоуль энергия сіңіру қабілетін қамтамасыз етуі керек. Ал жылы климатта қолданылатын кәдімгі құрылыс болаты негізінде 0 градус Цельсийде шамамен 20 джоульмен ғана талаптарға сай келеді. Кейбір арнайы болаттар, мысалы ASTM A588 стандарты бойынша шығарылған болаттар, өндіріс кезінде қосылатын аз мөлшерде мыс пен фосфордың қосылуы мен ірі түйірлі құрылымы арқасында тоңазыту температурасында өте жақсы жұмыс істейді. Бұл өзгерістер температура қатты тоңазыту деңгейінің төмендеуі кезінде қатты қиратылулардың пайда болуын болдырмауға көмектеседі.

Қолданылатын орта мен коррозия қаупі бойынша болат тақтайшаларды таңдау

Темірбетондық плитаның қандай ортада болатыны — ұзақ мерзімді жұмыс істеу үшін дұрыс материалды таңдау мен құрылымдардың беріктігін сақтау үшін өте маңызды рөл атқарады. Мысалы, теңіз аймақтарын қарастырайық: мұндағы тұзды су коррозияның дамуын әлдеқайда жеделдетеді. Сараптамалық бақылауларға сәйкес, қорғалмаған көміртекті болат бес жыл ішінде өзінің қалыңдығының шамамен 30%-ын жоғалтуы мүмкін. Сондықтан қазіргі кезде жағалаулық көпірлер әдетте ASTM A588 стандарты бойынша ауа-райына төзімді болатты қолданады. Бұл болаттың бетінде түзілетін ерекше қабаттың өзі одан әрі зақымданудан қорғайтын қорғаныс кедергісі ретінде қызмет етеді. Алайда әртүрлі өнеркәсіптік жағдайлар өзіндік қиындықтарға әкеледі. Химиялық өңдеу зауыттары әдетте қышқылдық әсерге төзімді болу үшін эпоксидті қаптамамен жабылған көміртекті болат плиталарын таңдайды. Ал әртүрлі суларды тазарту қондырғыларында хлоридтерге төзімділігі жоғары болатын 316L маркалы шойынсыз болат таңдалады. Инженерлер әрқашан коррозияға қарсы қорғаныс, беріктік талаптарын сақтау және құрылыс процесінде материалдардың өңделуге ыңғайлы болуы арасындағы тепе-теңдікті табуға тырысады.

Теңіз, өнеркәсіп және көпір ортасы: болат тақталарды әсер ету шарттарына сәйкестендіру

Материалдар тұрақты түрде суға батырылған кезде, олардың әдеттегі ауада ұсталуы үшін қажеттіге қарағанда көп мөлшерде қоспалы компоненттерге қажеттілік туады. Көпірдің тіреуіштері немесе су астындағы қолдау құрылымдары сияқты тұрақты түрде су астында орналасқан бөлшектер әдетте бұрыштарда пайда болатын қиындық туғызатын шұңқырлар мен трещиналарға қарсы тұрақтылығы жоғары болатын арнайы никель-мыс болаттарын қажет етеді. Мысалы, жағалаулық көпірлерді қарастырайық. ASTM A709 Grade 50W болаты осындай жерлерде өте танымал, себебі ол табиғи түрде ауа-райы әсерлеріне төзімді болғандықтан, уақыт өте келе бояу қажет емес. Сонымен қатар, бұл белгілі бір марка ААШТО (AASHTO) қойған қатаң қауіпсіздік стандарттарын қанағаттандыратын жеткілікті беріктікке ие, яғни апатқа әкелетін бөлшектер үшін. Өнеркәсіптік ортада жағдай тағы да көбірек әртүрлі болады. Күкірт қышқылымен жұмыс істейтін химиялық зауыттар әдетте агрессивті химиялық заттарға жақсы төзімді 316L коррозияға төзімді болат қабаттарын таңдайды. Ал аммиак деңгейі жоғары болатын тыңайтқыш өндіріс орындары әдетте ыстық батырма цинктелген плиталар мен цинк-алюминий қаптамаларын қолданады. Бұл комбинациялар бақыланбаса апатқа әкелетін қорқынышты ішкі кернеу коррозиясынан пайда болатын трещиналарды болдырмауға көмектеседі.

Атмосфералық әсерге төзімді болаттар (мысалы, ASTM A588) және қапталған/қорғалған болат плиталарының шешімдері

ASTM A588 стандарты бойынша жақсы төзімді болаттар 18–36 айдан кейін өздеріне қорғаныс қабаты ретінде қабырғалы темір тотығын түзеді. Бұл табиғи процесс уақыт өте келе қолданыс шығындарын әлдеқайда азайтады. Кейбір зерттеулерге сәйкес, көпірлер үшін осындай тотығуға төзімді болаттарды қолданғанда қалыпты боялған көміртекті болатқа қарағанда қолданыс шығындарын 40%-ға дейін үнемдеуге болады. Бірақ бұл материалдардың кемшілігі де бар. Олар тұрақты ылғалдылық пен жоғары ылғалдылыққа жақсы төзімді емес, себебі қорғаныс қабаты тұрақты болмайды. Мұндай жағдайда коррозия жылдамдығы күтілгенен де жоғары болады. Су тұрақты түрде болатын қиын жағдайларда инженерлер жиі қосымша цинк грунттауы бар балқытылған эпоксидті қаптамаларды қолданады. Бұл қаптамалар ауа-райы факторларына қарсы берік барьер құрады. Тағы бір жақсы нұсқа — термиялық шашыратылған алюминий қаптамалары. Салауатты сынақтар көрсеткендей, бұл қаптамалар тұрақты тұзды су шашыратылатын қатаң теңіз аймақтарында да 25 жылдан аса қызмет етеді. Сондықтан TSA (термиялық шашыратылған алюминий) суға ылғалданып, одан кейін құрап кететін офшор платформаларының бөліктері үшін ерекше тиімді.

Болат тақтайшалардың өлшемдері, стандарттарға сәйкестігі және өңдеуге дайындығы

Арқалықтар, бағандар және табан тақтайшалары үшін қалыңдықты таңдау бойынша нұсқаулық

Дұрыс болат плитасының қалыңдығын таңдау — оның құрылымдық жағынан қаншалықты жақсы жұмыс істейтіндігі, құрылыс кезінде өңдеуге қаншалықты ыңғайлы екендігі және экономикалық тұрғыдан қаншалықты тиімді екендігі арасында тепе-теңдік орнатуға байланысты. Иілу күштерін қабылдауға арналған аркалар үшін, әдетте 12–40 мм қалыңдығындағы плиталар қолданылады. Бұл өлшемдер көпірдің аркалары сияқты ұзын аралықтардағы конструкциялардың артық иілуінен сақтайды. Ал бағаналар басқаша жағдай. Олардың қажетті плиталары әлдеқайда қалыңырақ, әдетте 20–100 мм аралығында, негізінен олардың иілуге қарсы тұруы керек. Дәл талаптар бағананың қаншалықты жіңішке екендігі мен опоралардың бір-бірінен қаншалықты алыста орналасуы сияқты факторларға байланысты. Тіреу плиталары да маңызды қызмет атқарады. Олар бағаналардан келетін ауыр жүкті төмендегі бетон негізіне таратады. Бұл плиталардың қалыңдығы әдетте 25–150 мм аралығында болады, сондықтан олар төмендегі бетонды сындырмайды және анкер болттары дұрыс орналасуы үшін жеткілікті орын қамтамасыз етеді. 25 мм-ден аса қалың ыстық дайындалған болат плиталарымен жұмыс істеген кезде, көптеген тәжірибелі жасаушылар пішірілген бұйымдарды дәлелдеудің басталуынан бұрын алдын ала қыздыру қажеттілігін айтады. Бұл — пішірілген бұйымдардың сапасын нашарлатуы мүмкін сутегі трещиналарын болдырмауға көмектеседі. Және есептеулеріміз қаншалықты жақсы көрінсе де, барлығының қалай жұмыс істейтінін қосымша тексеру үшін шекті элементтер әдісін (ШЭӘ) қолдану — ештеңеге тең келмейді. Бұл қадам бізге болатты кесуге және соңғы өлшемдерге өтуге дейін кейінірек қиындық туғызуы мүмкін жасырын кернеу нүктелерін анықтауға мүмкіндік береді.

Негізгі әлемдік стандарттар: ASTM A36, A572, A588, EN 10025 және IS 2062 салыстырылған

Әлемдік сәйкестікті қамтамасыз ету үшін аймақтық стандарттардың техникалық ерекшеліктерін түсіну қажет:

Солтүстік Америкадағы құрылыс ісінде ASTM стандарттары басымдыққа ие болса да, ЕО-ның мемлекеттік инфрақұрылымы үшін EN 10025 сертификаты міндетті. IS 2062 сертификатымен расталған тақталар сейсмикалық тұрақтылықты қамтамасыз ету үшін қатаң металлургиялық бақылауға негізделген — бұл әсіресе көпқабатты және аурухана құрылыстары үшін пайдалы. Соңғы кезде халықаралық жобаларда тұтыну мен өңдеуді жеңілдету мақсатында екі сертификатқа ие тақталар (мысалы, ASTM A572/EN 10025 S355) көрсетілуде.

Қазіргі құрылыстағы дәнекерленгіштік, пішімделгіштік және жоғары беріктікті төмен легирленген болат тақталарының артықшылықтары

HSLA болатының тақталары конструкциялық жүйелерді жалпы алғанда көбірек тиімді, тұрақты және икемді етеді. Өндірушілер ниобий, ванадий және мыс сияқты арнайы қоспалардың аз мөлшерін қосқан кезде бұл болаттар әдеттегі көміртекті болатқа қарағанда шамамен 20 пайыздан 30 пайызға дейін күштірек беріктікке ие болуы мүмкін. Бұлардың әлдеқайда құнды қасиеті — олар әлі де жақсы созылғыштыққа ие болады және дәстүрлі пішімдеу мен дәнекерлеу кезінде жақсы жұмыс істейді. Бұл дегеніміз — құрылысшылар доғал қолтықтарды иіп немесе күрделі қосылыстарды жасап, трещиналар пайда болуына немесе бөлшектердің пішімдеуден кейін қайта орнына келуіне қорқып, қорқып қалмайды. HSLA болатымен жұмыс істейтін цехтар көбінесе алдын ала қыздырудың аз қажеттілігін, өңдеу кезіндегі деформациялардың азаюын және электродтық (стерженьдік) немесе MIG дәнекерлеу сияқты стандартты дәнекерлеу әдістерімен жұмыс істеуге ыңғайлылықты байқайды. Осы құрылымдық материалдың салмағына қатысты әсерлі беріктігі арқасында инженерлер ғимараттар мен үлкен көпірлер үшін жеңіл конструкцияларды жобалауға мүмкіндік алады. Бұл қажетті материалдардың көлемін азайтады және компоненттерді тасымалдау мен орнату бойынша шығындарды, кейде шамамен төрттен бір бөлігіндей, үнемдейді. Сонымен қатар, ASTM A572 және A588 стандарттарына сай келетін HSLA болатының бірнеше түрі табиғи түрде ауа-райы әсеріне (мысалы, теңіз суына немесе ауыр өнеркәсіптік аймақтарға) төзімді болғандықтан, қосымша қорғаныс қабаттарын қолдануға қажеттілік туындамайды.

Сұрақтар мен жауаптар бөлімі

Болат плиталардағы аққыштық шегі дегеніміз не?
Аққыштық шегі — болат плитасы тұрақты деформацияға ұшырамай төтеп бере алатын ең жоғары кернеу.

Болат плиталар үшін иілгіштік неге маңызды?
Иілгіштік болат плитасына кернеу әсерінен энергияны жұтуға мүмкіндік береді, ол сондықтан қатты жарылу немесе бұзылуға қарсы қорғайды.

Шарпи V-ойығы сынағы дегеніміз не?
Шарпи V-ойығы сынағы — материалдың сынғанға дейін энергияны қанша жұтатынын бағалау арқылы оның беріктігін өлшейді.

ASTM және EN стандарттары қалай ерекшеленеді?
ASTM стандарттары әдетте Солтүстік Америкада қолданылады, ал EN стандарттары Еуропадағы мемлекеттік инфрақұрылым жобалары үшін міндетті.