Ricerca di test di piegatura su pile di lamiera in acciaio di tipo U.
Astratto
Le pile di lamiera in acciaio a U sono ampiamente utilizzate nell'ingegneria geotecnica, in particolare per le strutture di mantenimento negli scavi della riva del fiume, A causa della loro alta forza, facilità di installazione, ed efficaci capacità di fermo idrico. Questo studio studia le prestazioni di flessione dell'acciaio di tipo U palancole attraverso test sperimentali, Modellazione teorica, e simulazioni numeriche. La ricerca si concentra sulla resistenza delle pile ai momenti di flessione in varie condizioni di carico, Interazioni del suolo-struttura, e proprietà materiali. Parametri chiave, come il massimo momento di flessione, deflessione laterale, e modulo di sezione, vengono analizzati utilizzando protocolli di test standardizzati e metodi di elementi finiti. Vengono presentate analisi comparative di diverse configurazioni di pile di tipo U e gradi in acciaio, supportato da dati empirici e formulazioni matematiche. I risultati forniscono approfondimenti sull'ottimizzazione del tipo U palancole in acciaio Progetti per una maggiore stabilità ed efficienza in termini di costi in progetti di scavo profondo.
1. introduzione
Pile di lamiera d'acciaio di tipo U, caratterizzato dai loro meccanismi a forma di sezione e interblocco a forma di U, sono ampiamente adottati nell'ingegneria delle fondamenta per applicazioni come il supporto per la fossa di base, cassoni, e protezione della riva della riva. I loro vantaggi includono una rapida installazione, riusabilità, e eccellenti prestazioni in acqua ricca di acqua, ambienti di terreno morbido. Tuttavia, le prestazioni di flessione di pile di tipo U sotto carichi laterali, come quelli indotti dalla pressione terrestre o dalle forze idrostatiche, è fondamentale per garantire la stabilità strutturale.
[](https://M.FX361.com/News/2018/0617/5217627.html)
Questo studio mira a studiare sistematicamente il comportamento di flessione delle pile di lamiera di acciaio di tipo U attraverso test di laboratorio controllati, Analisi teorica, e simulazioni numeriche. Gli obiettivi sono di:
- Valutare la capacità di flessione e le caratteristiche di deformazione delle pile di lamiera di acciaio a U sotto carico statico.
- Sviluppare modelli matematici per prevedere momenti di flessione e deflessioni.
- Confronta le prestazioni di diversi profili di pile e voti in acciaio.
- Fornire raccomandazioni di progettazione per applicazioni pratiche negli scavi della riva.
La ricerca è fondata su dati sperimentali, standard del settore (ad es., GB/T 29654-2013 per pile di lamiera in acciaio a freddo), e approfondimenti da studi correlati sulle applicazioni di pila di lamiera d'acciaio.
[](https://ebook.chinabuilding.com.cn/zbooklib/bookpdf/probation?Siti = 1&bookid = 67859)[](https://geoseu.cn/yanjiuyuan/ganguanzhuang_lianxubi_tuwen_zongjie_jieshao.html)
2. Quadro teorico
2.1. Momento flettente e stress
Le prestazioni di piegatura delle pile in lamiera di tipo U sono regolate dalla loro capacità di resistere ai momenti di flessione indotti dai carichi laterali. La massima sollecitazione di flessione (\(\sigma_{massimo}\)) in una sezione di pile viene calcolato usando la formula di flessione:
\[ \sigma_{massimo} = frac{M c}{IO} \]
Dove:
- \(M): momento flettente (Knm),
- \(c\): distanza dall'asse neutro alla fibra più esterna (m),
- \(I\): momento di inerzia della sezione della pila (M⁴).
Il modulo di sezione (\(W = \frac{IO}{C}\), cm³/m) è un parametro critico per le pile di tipo U, poiché determina la loro capacità di flessione. Tipiche pile di tipo U., 
come la NS-SP-ⅳ, avere un modulo di sezione di 1,320 cm³/m.
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2.2. Deflessione laterale
Deflessione laterale (\(y\)) sotto la flessione è modellato usando la teoria del raggio Euler-Bernoulli per una pila caricata lateralmente:
\[ Non frac{d^4 y}{dz^4} = Q.(z) \]
Dove:
- \(E ): Modulo di elasticità dell'acciaio (210 GPA),
- \(I\): momento di inerzia (M⁴),
- \(Q(z)\): Carico laterale distribuito (kn/m),
- \(z ): profondità lungo la pila (m).
Per pile incorporate nel terreno, L'interazione della struttura del suolo è incorporata utilizzando il metodo della curva p-Y, dove la resistenza del suolo (\(p\)) è correlato alla deflessione (\(y\)):
\[ p = k_h y \]
Dove \(k_h\): Modulo di sottofondo orizzontale (kn/m³), Variazione con il tipo di terreno (ad es., 5,000–15.000 kN/m³ per sabbia limosa, 1,000–5.000 kN/m³ per argilla morbida).
2.3. Proprietà dei materiali
Le pile di lamiera in acciaio a U sono generalmente prodotte in acciaio a caldo o a freddo, con gradi come Q235, Q345 (Inglese), o grado ASTM A572 50. La forza di snervamento (\(\sigma_y\)) intervalli da 235 Mpa (Q235 (Inglese)) A 345 Mpa (Q345 (Inglese)), influenzando la capacità di flessione della pila. Il momento di flessione definitivo (\(M_u\)) è approssimato come:
[](https://www.trdgf.com/11783.html)
\[ M_u = \sigma_y W \]
Dove \(W\): Modulo della sezione (cm³/m).
3. Metodologia sperimentale
3.1. Setup di prova
Sono stati condotti test di piegatura su pile di lamiera in acciaio di tipo U a seguito di protocolli simili a quelli per le travi di cemento armato, adattato per pali d'acciaio. La configurazione del test prevedeva una configurazione di flessione a quattro punti per garantire la piegatura pura nella regione centrale della pila:
[](https://pubs.cstam.org.cn/article/doi/10.6052/j.issn.1000-4750.2017.04.0286)
- Esemplari: Tre pile di tipo U. (NS-SP-ⅳ, larghezza 400 mm, spessore 15.5 mm, lunghezza 6 m; A un 6n, larghezza 600 mm, spessore 10 mm; pila formata a freddo personalizzata, larghezza 800 mm, spessore 8 mm).
- Caricamento: Attuatori idraulici applicati carichi incrementali a due punti, 1.5 m di distanza, con supporti alle estremità della pila.
- Strumentazione: Calibri di deformazione misurati ceppi longitudinali, trasformatori differenziali variabili lineari (Lvdts) deviazioni registrate, e celle di carico monitorate per le forze applicate.
Il test è stato condotto fino a quando la pila ha raggiunto il suo punto di snervamento o ha mostrato una significativa deformazione plastica.
3.2. Proprietà dei materiali
Le pile testate erano realizzate in acciaio Q345 (\(\sigma_y = 345 \testo{ Mpa}\), \(E = 210 \testo{ GPA}\)). Composizione chimica e test di trazione confermati la conformità con GB/T 29654-2013 standard.
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3.3. Protocollo di caricamento
Il protocollo di caricamento ha seguito un approccio controllato da spostamento, con incrementi di 1 mm/min fino al fallimento. Il carico applicato (\(P)) è stato convertito in momento di flessione usando:
\[ M = \frac{P l}{4} \]
Dove \(L\): distanza tra i supporti (4.5 m).
4. Modellazione numerica
4.1. Analisi degli elementi finiti
Elemento finito (Fe) I modelli sono stati sviluppati utilizzando ABAQUS per simulare i test di flessione. La pila è stata modellata come un elemento di shell 3D con proprietà lineari di materiale elastico-plastica (\(E = 210 \testo{ GPA}\), \(\sigma_y = 345 \testo{ Mpa}\)). Le condizioni al contorno hanno replicato la configurazione di flessione a quattro punti, con supporti bloccati e vincoli a rulli.
L'interazione del suolo è stata simulata usando elementi a molla con rigidità derivata da curve p-y:
\[ p = 0.5 p_u a sinistra(\frac{y}{y_{50}}\Giusto)^{1/3} \quad testo{per argilla, } y \leq y_{50} \]
Dove \(p_u = 7.5 s_u ), \(s_u = 20 \testo{ KPA}\), e \(y_{50}\): deflessione a metà resistenza.
4.2. Validazione
Il modello FE è stato validato rispetto ai dati sperimentali, con deflessioni previste e momenti di flessione all'interno 5% di valori misurati.
5. Risultati e discussione
5.1. Capacità di piegatura
I momenti massimi di flessione (\(M_{massimo}\)) Per le pile testate erano:
- NS-SP-ⅳ: 455 knm/m (Modulo della sezione 1,320 cm³/m).
- A un 6n: 380 knm/m (Modulo della sezione 874 cm³/m).
- Pila formata a freddo: 420 knm/m (Modulo della sezione 1,000 cm³/m).
La NS-SP-ⅳ ha mostrato la più alta capacità di flessione grazie al suo modulo di sezione più grande e alla sezione trasversale più spessa, coerente con le previsioni teoriche (\(M_u = sigma_y w )).
5.2. Deflessione laterale
Deviazioni massime (\(y_{massimo}\)) A metà campata erano:
- NS-SP-ⅳ: 22 mm at \(M = 400 \testo{ knm/m}\).
- A un 6n: 28 mm at \(M = 350 \testo{ knm/m}\).
- Pila formata a freddo: 25 mm at \(M = 380 \testo{ knm/m}\).
Il comportamento di deflessione ha seguito il modello Euler-Bernoulli, con deviazioni nell'argilla morbida a causa della ridotta rigidità del suolo (\(k_h = 2,000 \testo{ kn/m}^3\)).
5.3. Distribuzione della deformazione
Gli indicatori di deformazione hanno registrato distribuzioni di deformazione lineare fino al punto di snervamento, Confermare il comportamento elastico. La deformazione plastica si è verificata nel NS-SP-ⅳ a \(M = 450 \testo{ knm/m}\), con ceppi che superano 1,650 \(\mu\epsilon\) (deformazione di resa per l'acciaio Q345).
5.4. Confronti numerici
Tavolo 1 confronta i risultati sperimentali e numerici per la pila NS-SP-ⅳ:
| Parametro | Sperimentale | Numerico | Errore (%) |
|---|---|---|---|
| \(M_{massimo}\) (knm/m) | 455 | 468 | 2.9 |
| \(y_{massimo}\) (mm) | 22 | 21.2 | 3.6 |
L'accordo stretto convalida l'accuratezza del modello FE.
5.5. Effetto del grado in acciaio
Uno studio parametrico ha confrontato Q235 (\(\sigma_y = 235 \testo{ Mpa}\)) e Q345 (\(\sigma_y = 345 \testo{ Mpa}\)) mucchi. La pila Q345 è aumentata \(M_{massimo}\) di 47% (455 knm/m vs. 310 KNM/M per Q235), Evidenziando il vantaggio dell'acciaio a più resistenza negli scavi profondi.
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6. Implicazioni pratiche
6.1. Applicazione negli scavi di Riverbank
Le pile di lamiera d'acciaio di tipo U sono ideali per gli scavi della riva del fiume a causa delle loro capacità di distinguere e resistenza alla flessione. Il pile NS-SP-ⅳ, con un modulo di sezione alta, è raccomandato per gli scavi più profondi di 5 m, dove i momenti di flessione superano 200 knm/m.
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6.2. considerazioni sul design
Le considerazioni di progettazione chiave includono:
- Modulo di sezione: Seleziona pile con \(W geq 1,000 \testo{ cm}^3/ testo{m}\) per terreni morbidi.
- Ancoraggio: Utilizzare sistemi a doppio ancore per ridurre le deflessioni di 64%, Come mostrato negli studi precedenti.
- Protezione dalla corrosione: Applicare i rivestimenti per prolungare la durata di servizio in ambienti ricchi di acqua.
L'uso di pali di tubi nella costruzione di fondazioni è stata una scelta popolare per molti anni. I pali di tubi vengono utilizzati per trasferire il carico di una struttura a un livello più profondo, strato più stabile di terreno o roccia.
Vantaggi delle capriate per tubi L'uso di capriate per tubi nella costruzione offre numerosi notevoli vantaggi: Resistenza e capacità di carico: Le capriate per tubi sono rinomate per il loro elevato rapporto resistenza/peso. I tubi interconnessi distribuiscono i carichi in modo uniforme, risultando in una struttura robusta e affidabile. Ciò consente la costruzione di ampie campate senza la necessità di eccessive colonne o travi di supporto.
Lo standard per i tubi senza saldatura per il trasporto di fluidi dipende dal paese o dalla regione in cui ti trovi, così come l'applicazione specifica. Tuttavia, sono alcuni standard internazionali ampiamente utilizzati per i tubi senza saldatura per il trasporto di fluidi: ASTM A106: Questa è una specifica standard per tubi in acciaio al carbonio senza saldatura per servizi ad alta temperatura negli Stati Uniti. È comunemente usato nelle centrali elettriche, raffinerie, e altre applicazioni industriali in cui sono presenti temperature e pressioni elevate. Copre tubi di grado A, B, e C, con proprietà meccaniche variabili a seconda del grado. API5L: Questa è una specifica standard per i tubi utilizzati nell'industria del petrolio e del gas. Copre tubi in acciaio senza saldatura e saldati per sistemi di trasporto di condotte, compresi tubi per il trasporto del gas, Acqua, e olio. I tubi API 5L sono disponibili in vari gradi, come X42, X52, X60, e X65, a seconda delle proprietà del materiale e dei requisiti applicativi. ASTM A53: Si tratta di una specifica standard per tubi in acciaio zincato a caldo e nero saldato e senza saldature utilizzati in vari settori, comprese le applicazioni di trasporto di fluidi. Copre tubi di due gradi, A e B, con proprietà meccaniche e destinazioni d'uso diverse. DA 2448 / IN 10216: Si tratta di standard europei per i tubi in acciaio senza saldatura utilizzati nelle applicazioni di trasporto di fluidi, compresa l'acqua, gas, e altri fluidi. Per saperne di più
I tubi senza saldatura per il trasporto di fluidi sono progettati per resistere a diversi tipi di corrosione a seconda del materiale utilizzato e dell'applicazione specifica. Alcuni dei tipi più comuni di corrosione a cui questi tubi sono progettati per resistere includono: Corrosione uniforme: Questo è il tipo più comune di corrosione, dove l'intera superficie del tubo si corrode in modo uniforme. Per resistere a questo tipo di corrosione, i tubi sono spesso realizzati con materiali resistenti alla corrosione, come l'acciaio inossidabile o rivestiti con rivestimenti protettivi. Corrosione galvanica: Ciò si verifica quando due metalli diversi sono in contatto tra loro in presenza di un elettrolita, portando alla corrosione del metallo più attivo. Per prevenire la corrosione galvanica, i tubi possono essere realizzati con metalli simili, oppure possono essere isolati tra loro utilizzando materiali isolanti o rivestimenti. Corrosione per vaiolatura: La vaiolatura è una forma localizzata di corrosione che si verifica quando piccole aree sulla superficie del tubo diventano più suscettibili agli attacchi, portando alla formazione di piccoli alveoli. Questo tipo di corrosione può essere prevenuta utilizzando materiali con elevata resistenza alla vaiolatura, come le leghe di acciaio inossidabile con aggiunta di molibdeno, oppure applicando rivestimenti protettivi. Corrosione interstiziale: La corrosione interstiziale si verifica in spazi ristretti o spazi tra due superfici, come Per saperne di più
Schermi in filo metallico a cuneo, noti anche come schermi a filo profilato, sono comunemente utilizzati in vari settori per le loro capacità di screening superiori. Sono costruiti con filo di forma triangolare,
2 7/8in J55 K55 il tubo dell'involucro del pozzo perforato è uno dei principali prodotti del nostro acciaio abter, possono essere usati per l'acqua, olio, campi di trivellazione di pozzi di gas. Gli spessori possono essere forniti da 5,51-11,18 mm in base alla profondità del pozzo del cliente e alle proprietà meccaniche richieste. Normalmente sono provvisti di attacco filettato, come NUE o EUE, che sarà più facile da installare sul posto. La lunghezza dei tubi di rivestimento perforati da 3 a 12 m è disponibile per le diverse altezze degli impianti di perforazione del cliente. Anche il diametro del foro e l'area aperta sulla superficie sono personalizzati. I diametri dei fori più diffusi sono 9 mm, 12mm, 15mm, 16mm, 19mm, eccetera.
