Recherche de test de flexion sur les tas de feuille d'acier de type U
Abstrait
Les tas de feuille en acier de type U sont largement utilisés en génie géotechnique, en particulier pour la conservation des structures dans les fouilles de la rive, En raison de leur force élevée, facilité d'installation, et des capacités efficaces de l'eau. Cette étude examine les performances de flexion de l'acier de type U palplanches à travers des tests expérimentaux, modélisation théorique, et simulations numériques. La recherche se concentre sur la résistance des piles aux moments de flexion dans diverses conditions de chargement, Interactions de structure du sol, et les propriétés des matériaux. Paramètres clés, comme le moment de flexion maximum, déviation latérale, et module de section, sont analysés à l'aide de protocoles de test standardisés et de méthodes d'éléments finis. Des analyses comparatives de différentes configurations de piles de type U et de grades d'acier sont présentées, Soutenu par des données empiriques et des formulations mathématiques. Les résultats fournissent un aperçu de l'optimisation de type U palplanches en acier conceptions pour une stabilité améliorée et une économie dans les projets d'excavation profonds.
1. Introduction
Piles de feuille en acier de type U, caractérisé par leurs mécanismes de section et de verrouillage en forme de U, sont largement adoptés dans l'ingénierie de la fondation pour des applications telles que le support de base de la fosse, batardeaux, et protection de la rive. Leurs avantages incluent une installation rapide, réutilisabilité, et excellentes performances dans les riches en eau, environnements de sol doux. Cependant, les performances de flexion des piles de type U sous des charges latérales, comme ceux induits par la pression de la terre ou les forces hydrostatiques, est essentiel pour assurer la stabilité structurelle.
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Cette étude vise à étudier systématiquement le comportement de flexion des tas de feuille d'acier de type U grâce à des tests de laboratoire contrôlés, analyse théorique, et simulations numériques. Les objectifs sont de:
- Évaluez la capacité de flexion et les caractéristiques de déformation des tas de tôles en acier de type U sous un chargement statique.
- Développer des modèles mathématiques pour prédire les moments de flexion et les déviations.
- Comparez les performances de différents profils de piles et des notes d'acier.
- Fournir des recommandations de conception pour des applications pratiques dans les fouilles de la rive.
La recherche est fondée sur des données expérimentales, normes de l'industrie (p. ex., Go/T 29654-2013 Pour les tas de tôles en acier formées à froid), et les idées d'études connexes sur les applications de tas de tôles en acier.
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2. Cadre théorique
2.1. Moment de flexion et stress
La performance de flexion des tas de tôles en acier de type U est régie par leur capacité à résister aux moments de flexion induits par des charges latérales. La contrainte de flexion maximale (\(\sigma_{maximum}\)) dans une section de pile est calculé à l'aide de la formule de flexion:
\[ \sigma_{maximum} = frac{M c}{je} \]
où:
- \(M ): moment de flexion (Knm),
- \(c\): Distance de l'axe neutre à la fibre la plus externe (m),
- \(I\): moment d'inertie de la section de la pile (m⁴).
Le module de section (\(W = \frac{je}{c}\), cm³ / m) est un paramètre critique pour les piles de type U, comme il détermine leur capacité de flexion. Piles de type U typiques, 
comme le ns-sp-ⅳ, avoir un module de section de 1,320 cm³ / m.
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2.2. Déviation latérale
Déviation latérale (\(y\)) Sous la flexion est modélisée à l'aide de la théorie du faisceau d'Euler-Bernoulli pour une pile chargée latéralement:
\[ Pas frac{d ^ 4 y}{dz ^ 4} = q(z) \]
où:
- \(E ): Module d'élasticité de l'acier (210 GPA),
- \(I\): moment d'inertie (m⁴),
- \(q(z)\): charge latérale distribuée (kn / m),
- \(z ): profondeur le long de la pile (m).
Pour des tas intégrés dans le sol, L'interaction du sol-structure est incorporée en utilisant la méthode de la courbe P-Y, Où la résistance du sol (\(p\)) est lié à la déviation (\(y\)):
\[ p = k_h y \]
où \(k_h\): Module de fondation horizontal (kN / m³), variant avec le type de sol (p. ex., 5,000–15 000 kN / m³ pour le sable limoneux, 1,000–5 000 kN / m³ pour l'argile molle).
2.3. Propriétés matérielles
Les tas de tôles en acier de type U sont généralement fabriqués en acier à chaud ou à froid, avec des notes telles que Q235, N° Q345, ou grade ASTM A572 50. La limite d'élasticité (\(\sigma_y\)) se pose de 235 Mpa (N° Q235) À 345 Mpa (N° Q345), influencer la capacité de flexion de la pile. Le moment de flexion ultime (\(M_u\)) est approximé comme:
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\[ M_u = \sigma_y W \]
où \(W\): module de section (cm³ / m).
3. Méthodologie expérimentale
3.1. Configuration de test
Des tests de flexion ont été effectués sur des tas de feuille d'acier de type U suivant des protocoles similaires à ceux des poutres en béton armé, adapté pour pieux en acier. La configuration du test impliquait une configuration de flexion à quatre points pour assurer une pliage pure dans la région centrale de la pile:
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- Spécimens: Trois piles de type U (Ns-sp-ⅳ, largeur 400 mm, épaisseur 15.5 mm, longueur 6 m; À un 6n, largeur 600 mm, épaisseur 10 mm; pile sur mesure à froid, largeur 800 mm, épaisseur 8 mm).
- Chargement: Les actionneurs hydrauliques ont appliqué des charges incrémentielles en deux points, 1.5 M à part, avec des supports à la pile se termine.
- Instrumentation: Gauges de contrainte mesurées les souches longitudinales, Transformers différentiels variables linéaires (LVDTS) Déflexions enregistrées, et les cellules de chargement surveillées des forces appliquées.
Le test a été effectué jusqu'à ce que la pile atteigne son point de vue ou présentait une déformation plastique significative.
3.2. Propriétés matérielles
Les piles testées étaient en acier Q345 (\(\Sigma_y = 345 \texte{ Mpa}\), \(E = 210 \texte{ GPA}\)). Composition chimique et tests de traction ont confirmé la conformité avec GB / T 29654-2013 normes.
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3.3. Protocole de chargement
Le protocole de chargement a suivi une approche contrôlée par déplacement, avec des incréments de 1 mm / min jusqu'à l'échec. La charge appliquée (\(P )) a été converti en moment de flexion en utilisant:
\[ M = \frac{P L}{4} \]
où \(L\): Distance entre les supports (4.5 m).
4. Modélisation numérique
4.1. Analyse par éléments finis
Élément fini (Fe) Les modèles ont été développés à l'aide d'Abaqus pour simuler les tests de flexion. La pile a été modélisée comme un élément de coque 3D avec des propriétés de matériau élastique linéaire (\(E = 210 \texte{ GPA}\), \(\Sigma_y = 345 \texte{ Mpa}\)). Les conditions aux limites ont reproduit la configuration de flexion à quatre points, avec des supports épinglés et des contraintes de rouleaux.
L'interaction du sol a été simulée en utilisant des éléments de printemps avec une raideur dérivée des courbes P-Y:
\[ p = 0.5 p_u gauche(\fracter{y}{y_{50}}\droite)^{1/3} \quad texte{pour l'argile, } y \leq y_{50} \]
où \(p_u = 7.5 S_U ), \(S_U = 20 \texte{ kpa}\), et \(y_{50}\): Déflexion à moitié résistance ultime.
4.2. Validation
Le modèle FE a été validé contre les données expérimentales, avec des déviations prévues et des moments de flexion à l'intérieur 5% de valeurs mesurées.
5. Résultats et discussion
5.1. Capacité de flexion
Les moments de flexion maximum (\(M_{maximum}\)) car les piles testées étaient:
- Ns-sp-ⅳ: 455 KNM / M (module de section 1,320 cm³ / m).
- À un 6n: 380 KNM / M (module de section 874 cm³ / m).
- Pile formée à froid: 420 KNM / M (module de section 1,000 cm³ / m).
Le NS-SP-ⅳ a présenté la capacité de flexion la plus élevée en raison de son module de section plus grand et de la coupe transversale plus épaisse, Conformément aux prédictions théoriques (\(M_u = Sigma_y w )).
5.2. Déviation latérale
Déflexions maximales (\(y_{maximum}\)) Au milieu de la portée était:
- Ns-sp-ⅳ: 22 mm à \(M = 400 \texte{ KNM / M}\).
- À un 6n: 28 mm à \(M = 350 \texte{ KNM / M}\).
- Pile formée à froid: 25 mm à \(M = 380 \texte{ KNM / M}\).
Le comportement de déviation a suivi le modèle Euler-Bernoulli, avec des écarts dans l'argile mous en raison de la réduction de la rigidité du sol (\(k_h = 2,000 \texte{ kn / m}^3\)).
5.3. Distribution de tension
Gauges de déformation enregistrées Distributions de déformation linéaires jusqu'au point de rendement, Confirmation du comportement élastique. Une déformation plastique s'est produite dans le ns-sp-ⅳ à \(M = 450 \texte{ KNM / M}\), avec des souches dépassant 1,650 \(\mu\epsilon\) (Ressort de rendement pour l'acier Q345).
5.4. Comparaisons numériques
Tableau 1 Compare les résultats expérimentaux et numériques pour la pile NS-SP-ⅳ:
| Paramètre | Expérimental | Numérique | Erreur (%) |
|---|---|---|---|
| \(M_{maximum}\) (KNM / M) | 455 | 468 | 2.9 |
| \(y_{maximum}\) (mm) | 22 | 21.2 | 3.6 |
L'accord étroit valide la précision du modèle FE.
5.5. Effet du grade d'acier
Une étude paramétrique a comparé Q235 (\(\Sigma_y = 235 \texte{ Mpa}\)) et Q345 (\(\Sigma_y = 345 \texte{ Mpa}\)) pieux. La pile Q345 a augmenté \(M_{maximum}\) par 47% (455 KNM / M VS. 310 KNM / M pour Q235), Mettre en évidence le bénéfice de l'acier plus résistant aux fouilles profondes.
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6. Implications pratiques
6.1. Application dans les fouilles de la rive
Les tas de draps en acier de type U sont idéaux pour les fouilles de la berge en raison de leurs capacités à couper le souffle et de la résistance à la flexion. La pile NS-SP-ⅳ, avec un module de section haute, est recommandé pour les fouilles plus profondes que 5 m, où les moments de flexion dépassent 200 KNM / M.
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6.2. Considérations sur la conception
Les considérations de conception clés comprennent:
- Module de section: Sélectionner des piles avec \(W geq 1,000 \texte{ cm}^ 3 / texte{m}\) pour les sols mous.
- Ancrage: Utiliser des systèmes à double ancrage pour réduire les déviations par 64%, Comme indiqué dans les études antérieures.
- Protection contre la corrosion: Appliquer des revêtements pour prolonger la durée de vie dans des environnements riches en eau.
L’utilisation de pieux tubulaires dans la construction de fondations est un choix populaire depuis de nombreuses années. Les pieux tubulaires sont utilisés pour transférer la charge d’une structure vers une structure plus profonde, couche de sol ou de roche plus stable.
Avantages des fermes de tuyaux L'utilisation de fermes de tuyaux dans la construction offre plusieurs avantages notables: Résistance et capacité de charge: Les fermes de tuyaux sont réputées pour leur rapport résistance/poids élevé. Les tuyaux interconnectés répartissent les charges uniformément, résultant en une structure robuste et fiable. Cela permet la construction de grandes portées sans avoir besoin de colonnes ou de poutres de support excessives..
La norme pour les tuyaux sans soudure transportant des fluides dépend du pays ou de la région dans laquelle vous vous trouvez., ainsi que l'application spécifique. Cependant, Certaines normes internationales largement utilisées pour les tuyaux sans soudure transportant des fluides sont: ASTMA106: Il s'agit d'une spécification standard pour les tubes sans soudure en acier au carbone destinés à un service à haute température aux États-Unis.. Il est couramment utilisé dans les centrales électriques, raffineries, et autres applications industrielles où des températures et des pressions élevées sont présentes. Il couvre les tuyaux de qualité A, B, et C, avec des propriétés mécaniques variables selon la nuance. API 5L: Il s'agit d'une spécification standard pour les conduites utilisées dans l'industrie pétrolière et gazière.. Il couvre les tubes en acier sans soudure et soudés pour les systèmes de transport par pipeline, y compris les tuyaux pour le transport du gaz, Eau, et de l'huile. Les tuyaux API 5L sont disponibles en différentes qualités, comme X42, X52, X60, et X65, en fonction des propriétés du matériau et des exigences de l'application. ASTMA53: Il s'agit d'une spécification standard pour les tuyaux en acier noir et galvanisés à chaud sans soudure et soudés utilisés dans diverses industries., y compris les applications de transport de fluides. Il couvre les tuyaux en deux qualités, A et B, avec des propriétés mécaniques et des utilisations prévues différentes. DEPUIS 2448 / DANS 10216: Il s'agit de normes européennes pour les tubes en acier sans soudure utilisés dans les applications de transport de fluides., y compris l'eau, gaz, et autres fluides. En savoir plus
Les tuyaux sans soudure transportant des fluides sont conçus pour résister à différents types de corrosion en fonction du matériau utilisé et de l'application spécifique.. Certains des types de corrosion les plus courants auxquels ces tuyaux sont conçus pour résister comprennent: Corrosion uniforme: C'est le type de corrosion le plus courant, où toute la surface du tuyau se corrode uniformément. Pour résister à ce type de corrosion, les tuyaux sont souvent fabriqués à partir de matériaux résistants à la corrosion, comme l'acier inoxydable ou doublé de revêtements protecteurs. Corrosion galvanique: Cela se produit lorsque deux métaux différents sont en contact l'un avec l'autre en présence d'un électrolyte., conduisant à la corrosion du métal le plus actif. Pour éviter la corrosion galvanique, les tuyaux peuvent être faits de métaux similaires, ou ils peuvent être isolés les uns des autres à l'aide de matériaux ou de revêtements isolants. Corrosion par piqûres: Les piqûres sont une forme localisée de corrosion qui se produit lorsque de petites zones à la surface du tuyau deviennent plus susceptibles d'être attaquées., conduisant à la formation de petites fosses. Ce type de corrosion peut être évité en utilisant des matériaux à haute résistance aux piqûres., tels que les alliages d'acier inoxydable avec du molybdène ajouté, ou en appliquant des revêtements de protection. Corrosion caverneuse: La corrosion caverneuse se produit dans des espaces étroits ou des espaces entre deux surfaces, tel En savoir plus
Écrans en fil de cale, également connu sous le nom d'écrans en fil profilé, sont couramment utilisés dans diverses industries pour leurs capacités de criblage supérieures. Ils sont construits à partir de fil de forme triangulaire,
2 7/8dans J55 K55, le tuyau de cuvelage de puits perforé est l'un des principaux produits de nous en acier, ils peuvent être utilisés pour l'eau, huile, champs de forage de puits de gaz. Les épaisseurs peuvent être fournies entre 5,51 et 11,18 mm en fonction de la profondeur du puits du client et des propriétés mécaniques requises.. Normalement, ils sont fournis avec un raccord fileté, comme NUE ou EUE, qui sera plus facile à installer sur le site. La longueur des tuyaux de tubage perforés de 3 à 12 m est disponible pour les différentes hauteurs des plates-formes de forage du client.. Le diamètre du trou et la zone ouverte sur la surface sont également personnalisés. Les diamètres de trous populaires sont de 9 mm, 12mm, 15mm, 16mm, 19mm, etc..
