Badania testów zginania na stosach stalowych typu U
Abstrakcyjny
Pale blachy stalowej typu U są szeroko stosowane w inżynierii geotechnicznej, szczególnie do zatrzymywania konstrukcji w wykopaliskach na brzegu rzeki, Ze względu na ich wysoką siłę, łatwość instalacji, oraz skuteczne możliwości zatrzymywania wody. To badanie bada wyniki zginające stali U. grodzice Poprzez testowanie eksperymentalne, Modelowanie teoretyczne, i symulacje numeryczne. Badanie koncentruje się na odporności stosów wobec momentów zginania w różnych warunkach obciążenia, Interakcje w strukturę gleby, i właściwości materialne. Kluczowe parametry, takie jak maksymalny moment zginający, odchylenie boczne, i moduł sekcji, są analizowane przy użyciu standardowych protokołów testowych i metod elementów skończonych. Przedstawiono analizy porównawcze różnych konfiguracji stosu typu U i gatunków stalowych, poparte danymi empirycznymi i preparatami matematycznymi. Odkrycia zapewniają wgląd w optymalizację typu U. stos blach stalowych Projekty dla zwiększonej stabilności i opłacalności w głębokich projektach wykopaliskowych.
1. Wstęp
Stosy stalowych typu U, charakteryzowane przez ich przekrój w kształcie litery U i mechanizmy blokujące, są szeroko stosowane w inżynierii fundamentów do zastosowań, takich jak wsparcie bazowe, koferdamy, i ochrona brzegu rzeki. Ich zalety obejmują szybką instalację, Ponowne użycie, i doskonała wydajność w bogatym w wodę, miękkie środowiska gleby. Jednakże, Wydajność zginania stosów typu U pod obciążeniami bocznymi, takie jak te indukowane przez ciśnienie ziemi lub siły hydrostatyczne, ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia stabilności strukturalnej.
[](https://M.FX361.com/News/2018/0617/5217627.html)
Badanie to ma systematyczne badanie zachowania zginania arkusza stalowego typu U poprzez kontrolowane testy laboratoryjne, Analiza teoretyczna, i symulacje numeryczne. Cele są:
- Oceń pojemność zginania i charakterystykę deformacji pali stalowych typu U przy obciążeniu statycznym.
- Opracuj modele matematyczne do przewidywania momentów zginania i odchyleń.
- Porównaj wydajność różnych profili stosów i stalowych gatunków.
- Podaj zalecenia projektowe dotyczące praktycznych zastosowań w wykopaliskach na brzegu rzeki.
Badania są oparte na danych eksperymentalnych, standardy branżowe (np., GB/T 29654-2013 do stalowych pali stalowych w kształcie zimna), oraz spostrzeżenia z powiązanych badań dotyczących zastosowań z blachy stalowej.
[](https://ebook.chinabuilding.com.cn/zbooklib/bookpdf/probation?Witryny = 1&Bookid = 67859)[](https://geoseu.cn/yanjiuyuan/gangguanzhuang_lianxubi_tuwen_zongjie_jieshao.html)
2. Ramy teoretyczne
2.1. Zgięcie momentu i stresu
Wydajność zginania pali stalowych typu U podlega ich zdolności do oporności na zginanie momentów indukowanych przez obciążenia boczne. Maksymalne naprężenie zginające (\(\sigma_{maks}\)) w sekcji stosu jest obliczane przy użyciu wzoru zgięcia:
\[ \sigma_{maks} = \frac{M c}{I} \]
Gdzie:
- \(M\): Moment zginający (Knm),
- \(c\): odległość od osi neutralnej do najbardziej zewnętrznego włókna (M),
- \(I\): moment bezwładności przekroju stosu (M⁴).
Moduł przekroju (\(W = \frac{I}{C}\), cm³/m) jest kluczowym parametrem dla stosów typu U., Jak określa ich zdolność zginania. Typowe stosy typu U., 
takie jak NS-SP-ⅳ, mieć sekcję moduł 1,320 cm³/m.
[](https://geoseu.cn/yanjiuyuan/gangguanzhuang_lianxubi_tuwen_zongjie_jieshao.html)
2.2. Odchylenie boczne
Odchylenie boczne (\(y\)) Pod gięciem jest modelowane przy użyciu teorii wiązki Eulera-Bernoulli dla stosu obciążonego bocznego:
\[ Nie frac{D^4 Y.}{Dz^4} = q(Z ) \]
Gdzie:
- \(MI): moduł elastyczności stali (210 GPA),
- \(I\): moment bezwładności (M⁴),
- \(Q(Z )\): Rozproszone obciążenie boczne (Kn/m),
- \(z\): Głębokość wzdłuż stosu (M).
Dla stosów osadzonych w glebie, Interakcja struktury gleby jest włączona za pomocą metody krzywej P-Y, gdzie odporność na glebę (\(p\)) jest związane z ugięciem (\(y\)):
\[ p = k_h y \]
Gdzie \(k_h\): poziomy moduł podłoża (Kn/m³), różni się w zależności od rodzaju gleby (np., 5,000–15 000 kn/m3 dla mulistycznego piasku, 1,000–5 000 kn/m3 dla miękkiej gliny).
2.3. Właściwości materiału
Pale stalowe typu U są zwykle wytwarzane ze stali z kołysaniem na gorąco lub na zimno, z klasami takimi jak Q235, Pytanie Q345, lub klasa ASTM A572 50. Granica plastyczności (\(\sigma_y\)) Zakresy od 235 Mpa (Pytanie Q235) Do 345 Mpa (Pytanie Q345), wpływając na pojemność zginania stosu. Ostateczny moment zginający (\(M_u\)) jest przybliżony jako:
[](https://www.trdgf.com/11783.html)
\[ M_u = \sigma_y W \]
Gdzie \(W\): Sekcja moduł (cm³/m).
3. Metodologia eksperymentalna
3.1. Konfiguracja testu
Testy zginające przeprowadzono na stosach blachy stalowej typu U zgodnie z protokołami podobnymi do tych dla belek zbrojenia, zaadaptowane do pale stalowe. Konfiguracja testu obejmowała czteropunktową konfigurację zginania, aby zapewnić czyste zginanie w środkowym regionie stosu:
[](https://pubs.cstam.org.cn/article/doi/10.6052/j.issn.1000-4750.2017.04.0286)
- Okazy: Trzy stosy typu U. (Ns-sp-ⅳ, szerokość 400 mm, grubość 15.5 mm, długość 6 M; Do 6n, szerokość 600 mm, grubość 10 mm; Niestandardowy stos formowany na zimno, szerokość 800 mm, grubość 8 mm).
- Załadunek: Siłowniki hydrauliczne zastosowały obciążenia przyrostowe w dwóch punktach, 1.5 m osobno, z podparciem na końcówkach stosu.
- Oprzyrządowanie: Wskaźniki odkształceń mierzyły szczepy podłużne, liniowe zmienne transformatory różnicowe (Lvdts) zarejestrowane ugięcia, i monitorowane komórki obciążeniowe stosowane siły.
Test przeprowadzono, dopóki stos nie osiągnął punktu wydajności lub nie wykazywał znacznego odkształcenia plastycznego.
3.2. Właściwości materiału
Testowane stosy zostały wykonane ze stali Q345 (\(\sigma_y = 345 \tekst{ Mpa}\), \(E = 210 \tekst{ GPA}\)). Skład chemiczny i testy rozciągania potwierdziły zgodność z GB/T 29654-2013 standardy.
[](https://ebook.chinabuilding.com.cn/zbooklib/bookpdf/probation?Witryny = 1&Bookid = 67859)
3.3. Protokół ładowania
Protokół obciążenia był zgodny z podejściem kontrolowanym przez przemieszczenie, z przyrostami 1 mm/min do awarii. Zastosowane obciążenie (\(P)) został przekonwertowany na moment zginający za pomocą:
\[ M = \frac{P l}{4} \]
Gdzie \(L\): odległość między podporami (4.5 M).
4. Modelowanie numeryczne
4.1. Analiza elementów skończonych
Element skończony (Fe) Modele opracowano przy użyciu ABAQUS do symulacji testów zginania. Stos modelowano jako element powłoki 3D z liniowymi właściwościami materiału sprężystego (\(E = 210 \tekst{ GPA}\), \(\sigma_y = 345 \tekst{ Mpa}\)). Warunki brzegowe powtórzyły czteropunktową konfigurację zginania, z przypinnymi podporami i ograniczeniami rolkowymi.
Interakcję gleby symulowano przy użyciu elementów sprężyn o sztywności pochodzącej z krzywych p-y:
\[ p = 0.5 p_u \left(\Frac{y}{y_{50}}\Prawidłowy)^{1/3} \quad \text{dla gliny, } y \leq y_{50} \]
Gdzie \(p_u = 7.5 s_u\), \(s_u = 20 \tekst{ KPA}\), I \(y_{50}\): ugięcie w pół ostatecznej odporności.
4.2. Walidacja
Model FE został zatwierdzony w stosunku do danych eksperymentalnych, z przewidywanymi ugięciami i chwilami zginania 5% zmierzonych wartości.
5. Wyniki i dyskusja
5.1. Pojemność gięcia
Maksymalne momenty zginające (\(M_{maks}\)) Dla testowanych stosów były:
- Ns-sp-ⅳ: 455 KNM/m (Sekcja moduł 1,320 cm³/m).
- Do 6n: 380 KNM/m (Sekcja moduł 874 cm³/m).
- Stosowany na zimno stos: 420 KNM/m (Sekcja moduł 1,000 cm³/m).
NS-SP-ⅳ wykazywał najwyższą pojemność gięcia ze względu na większy moduł przekroju i grubszy przekrój, zgodne z prognozami teoretycznymi (\(M_u = sigma_y w )).
5.2. Odchylenie boczne
Maksymalne ugięcia (\(y_{maks}\)) w środkowej części były:
- Ns-sp-ⅳ: 22 mm at \(M = 400 \tekst{ KNM/m}\).
- Do 6n: 28 mm at \(M = 350 \tekst{ KNM/m}\).
- Stosowany na zimno stos: 25 mm at \(M = 380 \tekst{ KNM/m}\).
Zachowanie ugięcia nastąpiło po modelu Eulera-Bernoulli, z odchyleniami w miękkiej glinie z powodu zmniejszonej sztywności gleby (\(k_h = 2,000 \tekst{ Kn/m}^3\)).
5.3. Rozkład odkształcenia
Wskaźniki odkształcenia zarejestrowane rozkłady odkształcenia liniowego do punktu wydajności, potwierdzając zachowanie sprężyste. Deformacja plastyczna wystąpiła w NS-SP-ⅳ \(M = 450 \tekst{ KNM/m}\), z nadmiernymi odmianami 1,650 \(\mu\epsilon\) (odkształcenie plonowe dla stali Q345).
5.4. Porównania liczbowe
Tabela 1 porównuje wyniki eksperymentalne i numeryczne dla stosu NS-SP-ⅳ:
| Parametr | Eksperymentalny | Liczbowy | Błąd (%) |
|---|---|---|---|
| \(M_{maks}\) (KNM/m) | 455 | 468 | 2.9 |
| \(y_{maks}\) (mm) | 22 | 21.2 | 3.6 |
Bliska umowa potwierdza dokładność modelu FE.
5.5. Wpływ stalowej klasy
Badanie parametryczne porównano Q235 (\(\sigma_y = 235 \tekst{ Mpa}\)) i Q345 (\(\sigma_y = 345 \tekst{ Mpa}\)) hemoroidy. Stos Q345 wzrósł \(M_{maks}\) przez 47% (455 KNM/M VS. 310 KNM/M dla Q235), podkreślając korzyść ze stali o wyższej wytrzymałości w głębokich wykopaliskach.
[](https://www.trdgf.com/11783.html)
6. Praktyczne implikacje
6.1. Zastosowanie w wykopaliskach brzegowych
Stalowe stosy blachy typu U są idealne do wykopalisk na brzegu rzeki ze względu. Stos NS-SP-ⅳ, z modułem wysokiego sekcji, jest zalecany do wykopalisk głębszych niż 5 M, gdzie przekraczają chwile zginania 200 KNM/m.
[](https://M.FX361.com/News/2018/0617/5217627.html)
6.2. Zagadnienia dotyczące projektowania
Kluczowe względy projektowe obejmują:
- Moduł przekroju: Wybierz stosy za pomocą \(W Geq 1,000 \tekst{ cm}^3/ Text{M}\) do miękkich gleb.
- Zakotwiczenie: Użyj systemów podwójnie zakotwiczonych, aby zmniejszyć ugięcia przez 64%, Jak pokazano we wcześniejszych badaniach.
- Ochrona przed korozją: Zastosuj powłoki, aby przedłużyć żywotność usług w środowiskach bogatych w wodę.
Stosowanie pali rurowych do budowy fundamentów jest od wielu lat popularnym wyborem. Pale rurowe służą do przenoszenia obciążenia konstrukcji na głębokość, bardziej stabilna warstwa gleby lub skały.
Zalety kratownic rurowych Zastosowanie kratownic rurowych w budownictwie ma kilka znaczących zalet: Wytrzymałość i nośność: Kratownice rurowe słyną z wysokiego stosunku wytrzymałości do masy. Połączone ze sobą rury równomiernie rozkładają obciążenia, co daje solidną i niezawodną konstrukcję. Pozwala to na budowę dużych rozpiętości bez konieczności stosowania nadmiernych słupów lub belek podpierających.
Norma dotycząca rur bez szwu transportujących płyn zależy od kraju lub regionu, w którym się znajdujesz, jak również konkretne zastosowanie. Jednakże, niektóre szeroko stosowane międzynarodowe standardy dotyczące rur bez szwu przenoszących ciecz: ASTM A106: Jest to standardowa specyfikacja dla rur bez szwu ze stali węglowej do pracy w wysokich temperaturach w Stanach Zjednoczonych. Jest powszechnie stosowany w elektrowniach, rafinerie, i innych zastosowaniach przemysłowych, w których występują wysokie temperatury i ciśnienia. Obejmuje rury w klasie A, B, i C, o różnych właściwościach mechanicznych w zależności od gatunku. API 5L: Jest to standardowa specyfikacja rur przewodowych stosowanych w przemyśle naftowym i gazowym. Obejmuje rury stalowe bez szwu i spawane do systemów transportu rurociągowego, łącznie z rurami do przesyłu gazu, Woda, i olej. Rury API 5L są dostępne w różnych gatunkach, takie jak X42, X52, X60, i X65, w zależności od właściwości materiału i wymagań aplikacji. ASTM A53: Jest to standardowa specyfikacja dla bezszwowych i spawanych rur stalowych czarnych i ocynkowanych ogniowo, stosowanych w różnych gałęziach przemysłu, w tym do zastosowań związanych z transportem płynów. Obejmuje rury w dwóch gatunkach, A i B, o różnych właściwościach mechanicznych i przeznaczeniu. Z 2448 / W 10216: Są to normy europejskie dotyczące rur stalowych bez szwu stosowanych w transporcie cieczy, łącznie z wodą, gaz, i inne płyny. Czytaj więcej
Rury bez szwu do transportu cieczy są zaprojektowane tak, aby były odporne na różne rodzaje korozji, w zależności od użytego materiału i konkretnego zastosowania. Do najpowszechniejszych rodzajów korozji, na które odporne są te rury, zaliczają się:: Jednolita korozja: Jest to najczęstszy rodzaj korozji, gdzie cała powierzchnia rury koroduje równomiernie. Aby wytrzymać tego typu korozję, rury są często wykonane z materiałów odpornych na korozję, takich jak stal nierdzewna lub pokryte powłokami ochronnymi. Korozja galwaniczna: Dzieje się tak, gdy dwa różne metale stykają się ze sobą w obecności elektrolitu, co prowadzi do korozji bardziej aktywnego metalu. Aby zapobiec korozji galwanicznej, rury mogą być wykonane z podobnych metali, lub można je odizolować od siebie za pomocą materiałów izolacyjnych lub powłok. Korozja wżerowa: Wżery to zlokalizowana forma korozji, która pojawia się, gdy małe obszary na powierzchni rury stają się bardziej podatne na atak, co prowadzi do powstania małych jamek. Tego rodzaju korozji można zapobiec, stosując materiały o wysokiej odporności na wżery, takie jak stopy stali nierdzewnej z dodatkiem molibdenu, lub poprzez nałożenie powłok ochronnych. Korozja szczelinowa: Korozja szczelinowa występuje w wąskich przestrzeniach lub szczelinach pomiędzy dwiema powierzchniami, taki Czytaj więcej
Sita drutowe klinowe, znane również jako ekrany z drutu profilowego, są powszechnie stosowane w różnych gałęziach przemysłu ze względu na ich doskonałe możliwości przesiewania. Są zbudowane z drutu w kształcie trójkąta,
2 7/8w J55 K55 Perforowana rura osłonowa studni jest jednym z głównych produktów wykonanych ze stali, można je wykorzystać do wody, olej, pola wiertnicze do odwiertów gazu. Dostępne grubości od 5,51 do 11,18 mm w zależności od głębokości studni klienta i wymaganych właściwości mechanicznych. Zwykle są one wyposażone w połączenie gwintowe, jak NUE lub EUE, który będzie łatwiejszy do zainstalowania na miejscu. Perforowane rury osłonowe o długości 3–12 m są dostępne dla różnych wysokości wiertnic klienta. Średnica otworu i otwarta powierzchnia na powierzchni są również dostosowywane. Popularne średnice otworów to 9 mm, 12mm, 15mm, 16mm, 19mm, itp.
