القيادة الصعبة مقابل. القيادة إلى المنزل: دليل المهندس القديم الغاضب لاختيار درجة الفولاذ (API 5L & أستم A252)

ينظر, لقد كنت أفعل هذا منذ ما قبل ولادة البعض منكم. لقد رأيت أكوامًا تتكسر مثل الأغصان لأن أحد مديري المشاريع في مكتب نظيف أراد توفير عشرين دولارًا للطن الواحد من الفولاذ. لقد رأيت أيضًا منصات تعمل بالطرق لساعات متواصلة, هز الجيران’ منازل, لأن الدرجة المحددة كانت أصعب من شريحة لحم بقيمة دولارين ولن تتزحزح.

نحن نتحدث عن أكوام الأنابيب. خاصة, كيف درجة الفولاذ - هذا الرقم الصغير الموجود في شهادة المطحنة مثل الصف 2, درجة 3, أو حتى API 5L X70 عالي القوة — يؤثر على المعركة الأساسية لهندسة الأساسات: هل يمكننا أن نصل به إلى العمق الذي نحتاجه دون تدميره؟, وبمجرد انخفاضه, يمكن أن تحمل العبء?

إذا كنت تبحث عن إجابة كتابية بسيطة تقول ذلك “درجة أعلى = أفضل,” أنت في العمل الخاطئ. من الأفضل أن تحزم أمتعتك الآن. لا يتعلق الأمر فقط بمنحنيات الإجهاد والانفعال; يتعلق الأمر بفرقة الروك في الشارع, الصخرة المخفية على عمق ثلاثة أقدام, والنظرة على وجه اللحام عندما يرى كيمياء ذلك الأنبوب.

حساء الأبجدية من المعايير (ASTM A252 مقابل. API 5L)

أولاً, دعونا نحصل على الأوراق مباشرة. ما زلت أرى المواصفات التي تستدعي ذلك “أستم A252 الصف 3،” ثم في الفقرة التالية, يشيرون “أبي 5L X42.” يحدث ذلك في كل وقت. إنهم يقبلون أبناء عمومتهم, ولكن ليس التوائم.

• أستم A252: هذا هو جد معايير كومة الأنابيب. انها واسعة. إنه متسامح. لقد كتب خصيصا للتراكم. إنهم يهتمون بالقطر, سمك الجدار, وقوة الشد. ولكن هذا هو الشيء الذي يعرفه كبار السن: يسمح A252 ببعض الانحدار في التصنيع. الكيمياء ليست ضيقة مثل API. من المفترض أن يتم دفعها إلى الأرض, ليس بالضرورة للضغط.

• API 5L: هذا هو خط الأنابيب الصلب. من المفترض أن يحتفظ بالغاز الطبيعي عند ضغط مرتفع. تعدين المعادن أكثر إحكاما. ما يعادل الكربون (م) عادة ما يكون أكثر تحكمًا لأنه يتعين عليك لحامه في الحقل دون تسخين مسبق في بعض الأحيان. عندما نستخدم API 5L للتكديس (وهو ما يحدث كثيرًا عندما يكون هناك فائض في الأنابيب أو متطلبات درجة محددة), نحن نستخدم بشكل أساسي سيارة كاديلاك كجرار.

طاولة 1: معادلات الصف المشترك وقوة الخضوع

تعيين	الحد الأدنى المحدد. قوة العائد (سميس)	عقلية التطبيق النموذجي	ملاحظتي الميدانية الشخصية
ASTM A252 الصف 2	35,000 رطل لكل بوصة مربعة (241 الكروب الذهنيه)	“المؤمن القديم”	ينحني قبل أن ينكسر. عظيم للصخور. اللحامون يحبون ذلك.
ASTM A252 الصف 3	45,000 رطل لكل بوصة مربعة (310 الكروب الذهنيه)	“العمود الفقري”	معيار الصناعة. توازن جيد, ولكن قاسية.
أبي 5L X42	42,000 رطل لكل بوصة مربعة (290 الكروب الذهنيه)	“الهجين”	مشابهة للصف 3, ولكن قابلية اللحام أفضل بسبب انخفاض الكربون.
API 5L X52	52,000 رطل لكل بوصة مربعة (359 الكروب الذهنيه)	“العضلة”	تشعر بهذا في المطرقة. قدرة عالية, ولكنها هشة إذا كنت مهملاً.
API 5L X70	70,000 رطل لكل بوصة مربعة (483 الكروب الذهنيه)	“المختص”	نادر للتراكم. يحتاج إلى التعامل مع قفازات الأطفال. ضربة واحدة سيئة وهي خردة.

المقايضة الأساسية: السنة المالية الهيكلية مقابل. القدرة على القيادة

لماذا نهتم بالدرجة? يتعلق الأمر بمعادلتين تمسكنا بهما جميعًا داخل قبعاتنا الصلبة.

1. القدرة الهيكلية (ال “لماذا يحمل”)

لكومة في تحمل نهاية نقية, يعتمد الحمل المسموح به إلى حد كبير على قوة خضوع الفولاذ.

$$P_{aللسw}=0.5\times {و}_{ذ}\times {أ}_{قtههل}$$شاحب​=0.5×Fy​×Asteel​(ملحوظة: أنا استخدم 0.5 لعامل السلامة الخام. لا تتعامل معي مع عوامل LRFD phi; هذه هي الرياضيات منديل.)

إذا كان لديك أنبوب قطره 12.75 بوصة وجداره 0.375 بوصة (هذه هي الأشياء القياسية الخاصة بك), مساحة المقطع العرضي للفولاذ تقريبًا 14.5 بوصة مربعة.

• درجة 2 (35 ksi): السعة = 0.5 * 35,000 * 14.5 = ~254 كيب

• درجة 3 (45 ksi): السعة = 0.5 * 45,000 * 14.5 = ~326 كيب

هذا هو 28% زيادة سعة الحمولة بمجرد تغيير الورق الموجود على المادة. الأنبوب يبدو هو نفسه. يزن نفسه. ولكن فجأة, كومة واحدة يمكن أن تقوم بهذا العمل 1.28 سير. لمدير المشروع الذي يبحث في عرض مبلغ مقطوع, هذا هو الذهب الخالص. أكوام أقل, قبعة أرخص, جدول أسرع.

2. الإجهاد القيادة (ال “لماذا يكسر”)

هنا حيث يلتقي المطاط بالطريق، حرفيًا. عندما تضرب كومة بمطرقة الديزل, ترسل موجة إجهاد أسفل الفولاذ. يمكن تقريب الحد الأقصى لضغط الضغط أثناء القيادة (تقريبًا جدًا) بواسطة:

$${أ}_{dذنaم\mathrm{أنا}ج}=\sqrt{2\times ه\times كه\mathrm{/}(أ\times L)}$$σديناميكي​=2×E×KE/(أ×ل)​

…ولكن في العالم الحقيقي, نستخدم تحليل المعادلة الموجية. لكن قاعدة فحص الأمعاء التي أستخدمها? أنت لا تريد أن تتجاوز 90% من قوة الخضوع أثناء القيادة إذا كنت تقدر سلامة عقلك.

فولاذ عالي الجودة (مثل X70) لديه عائد مرتفع, ذلك من الناحية النظرية, يمكنك ضربها بقوة أكبر. ولكن هنا هو الفخ الذي يقع فيه المهندسون الشباب: ليونة مقابل. هشاشة.

درجة 2 الصلب مثل الحلوى. إذا اصطدمت بعائق, ربما الأنبوب “فطر” على الحافة. قد ينحني. لكنها نادرا ما تتحطم. درجة 3 هو أكثر صلابة. سبائك منخفضة القوة عالية (HSLA) الفولاذ مثل X70? لديهم بنية الحبوب أدق بكثير. لديهم أقل “يعطي.” إذا اصطدمت بصخرة بزاوية طفيفة باستخدام أنبوب X70, أنت لا تثنيه; أنت تقوم بتقسيمها. رأيت ذلك يحدث في سياتل 2018. دعت المواصفات إلى استخدام أنابيب عالية القوة للتعامل مع لحظات الانقلاب الزلزالية. لقد ضربوا طبقة جليدية مع حصى مدمجة. كسر. تماما مثل ذلك. انقسمت الكومة إلى الجانب 20 قدم. تكلفة الإصلاح أكثر من الكومة.

حكاية شخصية: فشل لويزيانا دوك

دعني أخبرك عن وظيفة في الرصيف في باتون روج. وكانت التربة الطينية الناعمة ل 60 قدم, ثم طبقة رملية كثيفة. كنا بحاجة إلى قدرة عالية لأحمال الرافعة. كان تقرير الجيوتقنية قويًا. المهندس الإنشائي, طفل حاد ولكن طازج, المواصفات API 5L X60. قوة عالية, أكوام أقل. بدا عظيما.

قمنا بإعداد كومة الاختبار الأولى. 24-قطر بوصة, 1-جدار بوصة. أشياء ثقيلة. نبدأ القيادة. عدد الضربات هو 10 ضربات لكل قدم في الطين. ممل. ثم ضربنا الرمال. تقفز أعداد الضربات إلى 100, ثم 150 ضربات لكل قدم. نحن نقترب من الرفض وفق برنامج تحليل المعادلات الموجية (سلاح) نتائج. المطرقة كذاب.

ثم, جلجل. ليست الحلقة الحادة من الفولاذ على الفولاذ. هذا الجلجل الممل الذي يجعل معدتك تنخفض. نحن نسحب المطرقة, انظر إلى أسفل الأنبوب. الكومة لم تتشابك, لكن عامل اللحام لاحظ وجود صدع شعري في خط لحام الأنبوب نفسه. كان المعدن الأساسي به شقوق صغيرة. القوة العالية, لقد تم طرق الفولاذ المكافئ عالي الكربون بقوة شديدة لدرجة أنه تم تقويته وتكسيره عند التعرض المجهري.

لقد تحولنا إلى الصف 3 لبقية العمل. انخفاض القدرة لكل كومة? نعم. لكننا أضفنا كومة أخرى لكل ثني. هل كلف أكثر? ربما في حمولة الصلب. لكن لم يكن لدينا صدع واحد بعد ذلك. ال “درجة أقل” امتص الفولاذ الإساءة. انها انبعجت قليلا عند الحافة, لكنها لم تنكسر أبدًا. الصف 3 دعونا نقود “بيت” بدلاً من مجرد القيادة بقوة.

عامل قابلية اللحام (الواقع الميداني)

نتحدث كثيرا عن القيادة, لكننا لا نتحدث بما فيه الكفاية عن الرجل ذو الإبرة.

فولاذ عالي الجودة (X52 وما فوق) غالبًا ما يكون له مكافئ كربون أعلى (م). الصيغة هي:

$$جه=ج+\frac{من}{6}+\frac{(جص+مس+V)}{5}+\frac{(ن\mathrm{أنا}+جش)}{15}$$CE=C+6Mn+5(الكروم + مو + V)+15(ني + النحاس)​إذا كان هذا الرقم يزحف أعلاه 0.45, أنت في عالم من الأذى. تحتاج إلى التسخين المسبق. أنت بحاجة إلى قضبان منخفضة الهيدروجين. تحتاج إلى التحكم في درجة الحرارة البينية. على بارجة في الشتاء, مع هبوب الرياح 20 عقدة? حظ سعيد.

أفضل أن أقود بدرجة سعة أقل قليلاً 2 كومة ومعرفة أن لحام الوصلة سليم من قيادة سفينة صاروخية 3 تتراكم وتلتصق الوصلة أثناء القيادة بسبب المنطقة المتأثرة بالحرارة (هاز) تحولت إلى زجاج.

طاولة 2: ال “مهندس غاضب” مصفوفة اختيار المجال

ركن البيانات: ماذا يخبرنا المساعد الرقمي الشخصي (PDA).

نحن نستخدم محلل قيادة الركائز (المساعد الرقمي الشخصي) في الوقت الحاضر للتحقق من الضغوط. إنه صندوق أسود يعطينا الأرقام التي كنا نخمنها.

لقد قمت بوظيفة حيث كنا نقود سيارة مقاس 30 بوصة 2 (35ksi) كومة ودرجة 30 بوصة 3 (45ksi) كومة من نفس سمك الجدار في نفس ملف التربة.

• الصف 2: أظهر المساعد الرقمي الشخصي (PDA) أقصى ضغط ضاغط قدره 42 كسي أثناء القيادة.

  • تحليل: إنه 120% من العائد. من الناحية الفنية, مرهق. لكننا فحصنا الكومة, رأى طفيفا “الساعة الرملية” الشكل بالقرب من الحافة, ولكن لا تمزق. حقق الصلب محليا, استوعبت الطاقة, واستمر.

• الصف 3: أظهر المساعد الرقمي الشخصي (PDA) أقصى ضغط ضاغط قدره 48 كسي أثناء القيادة.

  • تحليل: إنه 107% من العائد. من الناحية النظرية, أكثر أمانا من نسبة الصف 2. ولكن كان كومة مرئية “جرس” إليها. كان يرن مثل الجرس. إنها طاقة الانفعال المرنة. عندما وصلت تلك الكومة أخيرا إلى الرفض, انعكست موجة الإجهاد وتسببت في حدوث صدع شد في الأعلى.

وأظهرت البيانات الصف 3 كان “أكثر أمانا” على الورق, ولكن سلوك الصف 2 كان في الواقع أكثر مرونة. الصف 2 ضحى بنفسه من أجل إنقاذ الكومة. الصف 3 حافظت على شكلها ولكنها نقلت طاقة مدمرة.

حل “كومة هشة” فشل

لذا, كيف يمكننا إصلاحه عندما تفشل الدرجة العالية?

1. التوسيد هو الملك: إذا كان عليك استخدام Grade 3 أو أعلى في الأرض الصعبة, لا يمكنك استخدام السندان الفولاذي العاري. أنت بحاجة إلى وسادة ميكارتا أو ألومنيوم/برونزية في المطرقة. تحتاج إلى إطالة النبض. تحتاج إلى إبطاء نقل الطاقة.

2. تعزيز نصيحة: لقد بدأت الطلب “أحذية القيادة” للأكوام عالية الجودة. حلقة أكثر سمكًا من الفولاذ (في كثير من الأحيان درجة أقل, في الحقيقة!) ملحومة إلى الحافة. يستغرق الإساءة, يشوه, ويحمي الأنابيب عالية الجودة باهظة الثمن فوقه.

3. ما قبل الثقب: إذا كنت تعلم أن هناك طبقة صخرية, لا تكن بطلاً. حفر حفرة تجريبية من خلال الطبقة الصلبة. يكلف الوقت, لكنها أرخص من استبدال الكومة.

4. ال “مطرقة” طريقة: ابدأ بمطرقة أصغر لتجاوز العبء الزائد. اجعل الطرف يجلس خلف الطبقة الصلبة بلطف. ثم أحضر المطرقة الكبيرة لدفعها إلى الاختراق النهائي. وهذا يمنع الضغط الزائد الأولي الذي يسبب الشقوق الصغيرة.

الاتجاهات والمستقبل (هراء الفولاذ الأخضر)

أرى دفعة ل “الصلب الأخضر” الآن. الفولاذ المصنوع من أفران القوس الكهربائي ومحتوى الخردة العالي. الكيمياء في بعض الأحيان في كل مكان. قوة الخضوع قد تصل إلى العلامة, ولكن العناصر المتبقية (نحاس, القصدير) يمكن أن يسبب مشكلات أثناء القيادة، وهو ما يسمى “ضيق ساخن” إذا كنت بحاجة إلى القيام بقطع اللهب.

أحدث الاتجاه في 2024 هو العودة إلى API 5L X42 للأساسات القياسية. إنها وسيلة سعيدة. لديها العائد بالقرب من الصف 3 (42كسي مقابل 45ksi) ولكن مع الكيمياء الخاضعة للرقابة لفولاذ خطوط الأنابيب, مما يعني أنها تلحم بشكل أفضل ولها صلابة أفضل. أرى الكثير من أوراق المواصفات في تكساس وفلوريدا تبتعد عن A252 تمامًا وتستدعي API 5L X42 بسماكة جدار محددة. إنهم يدفعون أكثر قليلاً مقابل الفولاذ, ولكن التوفير في التفتيش والإصلاحات.

خاتمة: لا تكن بطلاً

إذا أخذت شيئًا واحدًا بعيدًا عن هذا التجول, فليكن هذا: لا تدع حاسبة المهندس الإنشائي تتنمر على مطرقة الوبر.

فولاذ عالي الجودة (درجة 3, X52, X70) يعطيك الأرقام الموجودة على ورقة الإقلاع. يجعل الرياضيات سهلة. لكن الأرض لا تقرأ الرياضيات. الأرض تضرب مرة أخرى.

لقد تعلمت أن أنظر إلى الجيولوجيا المحلية أولاً, اختر الدرجة التي يمكنها تحمل القيادة, ومن ثم حساب القدرة. إذا كان هذا يعني أنني بحاجة إلى عدد قليل من أكوام الصف 2, فليكن. أنام ​​بشكل أفضل عندما أعلم أن الأكوام موجودة بالفعل في قطعة واحدة هناك, بدلاً من أنبوب محطم عالي القوة يتسرب من أحشائه إلى منسوب المياه الجوفية.

اختر الفولاذ الذي يمكنه تحمل اللكمة, وليس فقط الذي يبدو جيدًا في جدول البيانات. هذه هي المقايضة. هذه هي الوظيفة.