Analisis reka bentuk longgokan lembaran keluli karbon
Tumpukan lembaran keluli karbon digunakan secara meluas dalam kejuruteraan awam untuk mengekalkan struktur, cofferdams, dan sistem asas. Analisis reka bentuk ini meneroka tingkah laku struktur keluli karbon longgokan lembaran, memberi tumpuan kepada sifat bahan mereka, keadaan memuatkan, dan metodologi reka bentuk. Ia termasuk jadual parameter, formula, dan pertimbangan praktikal untuk membimbing jurutera dalam mengoptimumkan reka bentuk longgokan lembaran.
1. Ciri -ciri Bahan Tumpukan Lembaran Keluli Karbon
Tumpukan lembaran keluli karbon biasanya dihasilkan dari gred keluli karbon rendah hingga sederhana (cth., S235, S275, S355 setiap piawaian), Menawarkan keseimbangan kekuatan, kemuluran, dan kos. Sifat bahan mempengaruhi keupayaan longgokan untuk menahan lenturan, ricih, dan buckling tempatan.
| Harta benda | Nilai | Unit |
|---|---|---|
| Kekuatan Hasil (S_y) | 235-500 | Mpa |
| Kekuatan tegangan muktamad (Σ_u) | 360-600 | Mpa |
| Modulus keanjalan (E) | 210 | GPA |
| Nisbah Poisson (n) | 0.3 | – |
| Ketumpatan (r) | 7850 | kg/m³ |
2. Parameter reka bentuk
Parameter Reka Bentuk Utama untuk Buasir Lembaran Keluli Karbon Termasuk Modulus Seksyen, momen inersia, dan kekuatan interlock, yang menentukan keupayaan mereka untuk menahan beban sisi dan mengekalkan kestabilan.
| Parameter | Simbol | Julat tipikal | Unit |
|---|---|---|---|
| Modulus Bahagian | W | 500-5000 | cm³/m |
| Momen Inersia | saya | 10,000-200,000 | cm⁴/m |
| Ketebalan dinding | t | 2-25 | mm |
| Lebar | b | 400-900 | mm |
| Ketinggian | h | 200-600 | mm |
3. Syarat Memuatkan
Tumpukan lembaran tertakluk kepada tekanan bumi sisi, tekanan hidrostatik, dan beban surcaj. Tekanan bumi aktif (P_A) dikira menggunakan teori Rankine:
P_a = 0.5 × k_a × γ × h²
Di mana:
- P_a = tekanan bumi aktif (kn/m²)
- K_a = pekali tekanan bumi aktif = (1 – sinφ) / (1 + sinφ)
- γ = berat unit tanah (kn/m³)
- H = ketinggian dinding (m)
- φ = sudut geseran dalaman (darjah)
Untuk tanah berpasir biasa (Φ = 30 °, C = 18 kn/m³, H = 5 m), P_a = 75 kn/m².
4. Analisis Struktur
4.1 Kapasiti momen lentur
Momen lenturan maksimum (M) Tumpukan lembaran boleh ditentang adalah:
M = σ_y × w / C_m
Di mana:
- M = kapasiti momen (KNM/M.)
- σ_y = kekuatan hasil (Mpa)
- W = bahagian modulus (cm³/m)
- γ_m = faktor keselamatan bahan (Biasanya 1.15)
Untuk tumpukan S355 (S_Y = 355 Mpa, W = 1800 cm³/m), M = 555 KNM/M..
4.2 Pesongan
Pesongan (d) di bawah beban sisi dikira menggunakan teori rasuk:
d = (W × L⁴) / (8 × dan × i)
Di mana:
- Δ = pesongan maksimum (mm)
- w = beban lateral seragam (kn/m)
- L = panjang tertanam (m)
- E = modulus keanjalan (210 GPA)
- I = momen inersia (cm⁴/m)
Untuk w = 20 kn/m, L = 6 m, I = 50,000 cm⁴/m, D ≈ 3.4 mm.
4.3 Tempahan tempatan
Bahagian berdinding nipis risiko Buckling Tempatan. Tekanan Buckling Kritikal (σ_cr) ialah:
σ_cr = k × (Π² × e) / [12 × (1 - n²) × (b/t)²]
Di mana:
- k = pekali buckling (cth., 4 untuk hanya tepi yang disokong)
- B/T = Nisbah Lebar-ke-Ketebalan
Untuk b/t = 50, σ_cr ≈ 336 Mpa, yang mesti melebihi tekanan yang digunakan.
4.4 Kekuatan interlock
Kapasiti ricih interlock (F_S) Memastikan integriti dinding:
F_s = τ × a_interlock
Di mana:
- τ = kekuatan ricih (≈ 0.6 × s_y)
- A_interlock = kawasan interlock (mm²)
Untuk σ_y = 355 Mpa, A_interlock = 200 mm², F_s ≈ 42.6 kn/m.
5. Pertimbangan Reka Bentuk
Pertimbangan utama termasuk:
- Kedalaman embedmen: Ditentukan oleh keseimbangan momen dan kekuatan, biasanya 1.5-2 kali ketinggian terdedah.
- kakisan: Karbon keluli karbon dalam persekitaran laut; salutan atau elaun pelindung (cth., 1-2 mm) diperlukan.
- Keadaan memandu: Tanah keras mungkin memerlukan bahagian tebal atau kekuatan hasil yang lebih tinggi.
6. Reka bentuk contoh
Untuk a 5 m mengekalkan dinding di tanah berpasir (Φ = 30 °, C = 18 kn/m³):
- P_a = 75 kn/m²
- Diperlukan w = (P_a × h² / 8) × γ_m / S_Y = 1800 cm³/m (S355 Steel)
- Kedalaman embedment ≈ 7.5 m (1.5H)
Pilih AZ 18-700 Longgokan (W = 1800 cm³/m, S_Y = 355 Mpa).
Karbon longgokan lembaran keluli Reka bentuk melibatkan mengimbangi kekuatan bahan, sifat seksyen, dan beban alam sekitar. Dengan menggunakan formula dan parameter di atas, jurutera dapat memastikan kestabilan, keselamatan, dan kecekapan dalam aplikasi mulai dari cofferdams sementara ke struktur penahan kekal.
