Жесткое вождение против. Дорога домой: Руководство сварливого старого инженера по выбору марки стали (API 5Л & АСТМ А252)

Смотреть, Я делал это еще до того, как некоторые из вас родились. Я видел, как сваи ломались, как ветки, потому что какой-то менеджер проекта в чистом офисе хотел сэкономить двадцать долларов на тонне стали.. Я также видел, как буровые установки работали часами напролет., трясу соседей’ дома, потому что указанный сорт был жестче двухдолларового стейка и не сдвинулся с места.

Речь идет о трубчатых сваях. Конкретно, как марка стали — эта маленькая цифра в заводском сертификате, например, марка 2, Оценка 3, или даже высокопрочный API 5L X70 — влияет на основную часть проектирования фундамента: Можем ли мы опустить его на нужную нам глубину, не разрушая его?, и как только он упадет, сможет ли он выдержать нагрузку?

Если вы ищете простой ответ из учебника, в котором говорится “более высокий класс = лучше,” ты занимаешься не тем делом. Вы могли бы также упаковать свое снаряжение сейчас. Речь идет не только о кривых растяжения-деформации.; речь идет о рок-группе, живущей на улице, скрытый валун на глубине трех футов, и выражение лица сварщика, когда он видит химический состав этой трубы.

Алфавитный суп стандартов (ASTM A252 против. API 5Л)

Первый, давайте разберемся с документами. Я все еще вижу характеристики, которые бросаются в глаза “АСТМ А252 3 класс,” а затем в следующем абзаце, они ссылаются “API 5L X42.” Это происходит постоянно. Они целуют двоюродных братьев и сестер, но не близнецы.

• АСТМ А252: Это дедушка стандартов на трубные сваи.. Это широко. Это прощает. Это было написано специально для свай. Их волнует диаметр, толщина стены, и прочность на растяжение. Но вот что знают старожилы: А252 допускает некоторые отстойы в производстве.. Химический состав не такой строгий, как API. Его нужно вбить в землю, не обязательно держать давление.

• API 5Л: Это трубопроводная сталь. Он предназначен для хранения природного газа под высоким давлением.. Металлургия становится жестче. Углеродный эквивалент (CE) обычно более контролируемый, потому что иногда вам приходится сваривать его в полевых условиях без предварительного нагрева.. Когда мы используем API 5L для свай (что часто случается, когда есть излишки труб или требования к определенному классу), по сути, мы используем Кадиллак в качестве трактора.

Стол 1: Распространенные эквиваленты марок и предел текучести

Обозначение	Указанный мин.. Предел текучести (СМИС)	Типичное мышление приложения	Моя личная полевая заметка
Класс ASTM A252 2	35,000 пси (241 МПа)	“Старый верный”	Сгибается, прежде чем сломается. Отлично подходит для рока. Сварщики это любят.
Класс ASTM A252 3	45,000 пси (310 МПа)	“Рабочая лошадка”	Промышленный стандарт. Хороший баланс, но жесткий.
API 5L X42	42,000 пси (290 МПа)	“Гибрид”	Похоже на: Оценка 3, но лучшая свариваемость из-за меньшего количества углерода.
API 5L X52	52,000 пси (359 МПа)	“Мышца”	Ты чувствуешь это в молотке. Высокая емкость, но хрупкий, если ты неосторожен.
API 5L X70	70,000 пси (483 МПа)	“Специалист”	Редко для укладки. Требуется обращение в детских перчатках. Один неудачный удар и все в мусор.

Основной компромисс: Структурный Fy против. Управляемость

Почему нас волнует оценка? Все сводится к двум уравнениям, которые мы все запрятали в свои каски..

1. Структурный потенциал (The “Почему это держится”)

Для сваи в чистом концевом основании, допустимая нагрузка во многом зависит от предела текучести стали..

$${п}_{аллош}"="0.5\times {\mathrm{Фон}}_{у}\times {А}_{стеел}$$Паллоу = 0,5×Fy×Астал(Примечание: Я использую 0.5 для приблизительного запаса прочности. Не беспокойте меня фи-факторами LRFD; это математика на салфетках.)

Если у вас есть труба диаметром 12,75 дюйма со стенкой 0,375 дюйма. (это твои стандартные вещи), площадь поперечного сечения стали примерно равна 14.5 квадратные дюймы.

• Оценка 2 (35 кси): Емкость = 0.5 * 35,000 * 14.5 = ~254 тысячи фунтов

• Оценка 3 (45 кси): Емкость = 0.5 * 45,000 * 14.5 = ~326 тыс. тысяч фунтов

Это 28% увеличение грузоподъемности просто за счет замены бумаги на материал. Труба выглядит так же. Он весит столько же. Но вдруг, одна свая может выполнить работу 1.28 геморрой. Для менеджера проекта, рассматривающего предложение с единовременной выплатой, это чистое золото. Меньше свай, более дешевая кепка, более быстрый график.

2. Стресс за рулем (The “Почему он ломается”)

Вот где резина встречается с дорогой — буквально. Когда ударишь по свае дизельным молотом, вы посылаете волну напряжения по стали. Максимальное сжимающее напряжение во время движения можно приблизительно определить (очень грубо) к:

$${а}_{дунаmяс}"="\sqrt{2\times Э\times КЭ\mathrm{/}(А\times л)}$$σdynamic=2×E×KE/(А×Л)​

…но в реальном мире, мы используем анализ волновых уравнений. Но правило проверки интуиции, которое я использую? Вы не хотите превышать 90% предела текучести во время вождения, если вы цените свое здравомыслие.

Высококачественная сталь (как x70) имеет высокую урожайность, так теоретически, ты можешь ударить сильнее. Но вот ловушка, в которую попадают молодые инженеры: Пластичность против. хрупкость.

Оценка 2 сталь похожа на ириску. Если вы наткнулись на препятствие, труба может “гриб” на кончике. Это может согнуть. Но он редко просто разбивается. Оценка 3 жестче. Высокопрочный низколегированный (HSLA) стали типа X70? Они имеют гораздо более мелкую зернистую структуру.. У них меньше “давать.” Если вы ударились о валун под небольшим углом трубой X70, ты его не сгибаешь; ты разделяешь это. Я видел, как это произошло в Сиэтле в 2018. Спецификация предусматривала использование высокопрочных труб, способных выдерживать сейсмические опрокидывающие моменты.. Они попали в ледниковый слой с вкраплениями булыжников.. Трескаться. Просто так. Куча раскололась на стороны 20 ноги. Ремонт обошелся дороже сваи.

Личный анекдот: Фиаско в доке Луизианы

Позвольте мне рассказать вам о работе в доке в Батон-Руж.. Почва представляла собой мягкую глину 60 ноги, затем плотный слой песка. Нам нужна была высокая грузоподъемность для крановых нагрузок.. Геотехнический отчет был солидным. Инженер-строитель, сообразительный парень, но свежий, указанный API 5L X60. Высокая прочность, так меньше стопок. Звучало великолепно.

Устанавливаем первую пробную сваю. 24-диаметр дюйма, 1-дюймовая стена. Тяжелые вещи. Мы начинаем движение. Количество ударов 10 ударов на ногу в глине. Скучный. Затем мы попали в песок. Счетчик ударов резко увеличился 100, затем 150 ударов на фут. Приближаемся к отказу по Программе Анализа Волновых Уравнений (Оружие) результаты. Молот подпрыгивает.

Затем, стук. Не острый звон стали по стали. Этот глухой стук, от которого у тебя падает живот. Мы тянем молоток, посмотри в трубу. Свая не прогнулась, но сварщик замечает микротрещину на сварном шве самой трубы. Основной металл имел микротрещины.. Высокая прочность, Сталь с высоким углеродным эквивалентом была закована настолько сильно, что закалена и раскололась при микроскопическом включении..

Мы перешли на Grade 3 на остальную часть работы. Меньшая емкость на сваю? Да. Но мы добавили еще по одной стопке на каждый изгиб. Это стоило дороже?? Может быть, в стальном тоннаже. Но после этого у нас не было ни одной трещины. The “низший класс” сталь поглотила злоупотребления. Он слегка помят на кончике, но он никогда не ломался. Оценка 3 давайте поедем “дом” вместо того, чтобы просто жестко ехать.

Фактор свариваемости (Полевая реальность)

Мы много говорим о вождении, но мы мало говорим о парне с жалом.

Высококачественная сталь (X52 и выше) часто имеет более высокий углеродный эквивалент (CE). Формула:

$$СЭ"="С+\frac{Мн}{6}+\frac{(Ср+Мо+В)}{5}+\frac{(Ня+С\mathrm{ты})}{15}$$CE=C+6Mn​+5(Кр+Мо+В)​+15(Ni+Cu)​Если это число превысит 0.45, ты в мире боли. Вам нужен предварительный разогрев. Вам нужны стержни с низким содержанием водорода. Вам необходимо контролировать межпроходную температуру. На барже зимой, с ветром 20 узлы? Удачи.

Я бы предпочел ездить на модели с немного меньшей вместимостью. 2 складывать и знать, что сварной шов в порядке, чем управлять ракетным кораблем 3 свая и стык защелкивается во время забивки, поскольку зона термического влияния (Азартный) превратился в стекло.

Стол 2: The “сварливый инженер” Матрица выбора полей

Уголок данных: Что нам говорит КПК

Мы используем анализатор забивки свай. (КПК) сегодня, чтобы проверить стрессы. Это черный ящик, который дает нам числа, которые мы привыкли угадывать..

У меня была работа, где мы водили 30-дюймовый Grade. 2 (35кси) свая и 30-дюймовый сорт 3 (45кси) свая с одинаковой толщиной стенок в том же профиле почвы.

• Оценка 2: КПК показал максимальное сжимающее напряжение 42 кси во время вождения.

  • Анализ: То есть 120% урожайности. Технически, перенапряженный. Но мы проверили кучу, увидел небольшой “песочные часы” форма возле кончика, но без разрыва. Сталь выдавалась локально, поглотил энергию, и продолжал идти.

• Оценка 3: КПК показал максимальное сжимающее напряжение 48 кси во время вождения.

  • Анализ: То есть 107% урожайности. В теории, безопаснее, чем процент 2-го класса. Но у кучи была видимая “кольцо” к этому. Это звонило, как колокол. Это энергия упругой деформации.. Когда эта куча наконец дошла до отказа, волна напряжения отразилась и вызвала трещину растяжения наверху.

Данные показали класс 3 был “безопаснее” на бумаге, но поведение Grade 2 на самом деле был более выносливым. Оценка 2 пожертвовал собой, чтобы спасти кучу. Оценка 3 держал форму, но передал разрушительную энергию.

Решение “Хрупкая куча” Отказ

Так, как мы можем это исправить, если полноценный сбой?

1. Амортизация – это король: Если вам нужно использовать Grade 3 или выше на жестком грунте, нельзя использовать голую стальную наковальню. Вам понадобится подушка из микарты или алюминия/бронзы в молотке.. Вам нужно удлинить пульс. Вам нужно замедлить передачу энергии.

2. Усиление наконечника: Я начал заказывать “обувь для вождения” для высокосортных свай. Более толстое стальное кольцо (часто более низкий класс, на самом деле!) приварен к наконечнику. Это требует злоупотреблений, деформирует, и защищает дорогую высококачественную трубу над ним.

3. Предварительное бурение: Если вы знаете, что есть слой валунов, не будь героем. Просверлите пилотное отверстие в твердом слое. Это стоит времени, но это дешевле, чем замена сваи.

4. The “Два Молота” Метод: Начните с молотка меньшего размера, чтобы пробить его через вскрышные породы.. Аккуратно проведите наконечник мимо твердого слоя.. Затем принесите большой молоток, чтобы довести его до окончательного проникновения.. Это предотвращает первоначальное перенапряжение, вызывающее микротрещины..

Тенденции и будущее (Зеленая стальная чушь)

Я вижу толчок к “Зеленая сталь” сейчас. Сталь, изготовленная в электродуговых печах и с повышенным содержанием лома. Химия иногда повсюду. Предел текучести может достичь цели, но остаточные элементы (медь, олово) может вызвать проблемы во время вождения — это называется “горячая одышка” если тебе когда-нибудь понадобится сделать пламенную резку.

Последняя тенденция в 2024 это возврат к API 5L X42 для стандартной забивки свай.. Это золотая середина. Имеет урожайность, близкую к сорту 3 (42кси против 45 кси) но с контролируемой химией трубопроводной стали, это означает, что он лучше сваривается и имеет лучшую вязкость.. Я вижу, что во многих спецификациях в Техасе и Флориде полностью отказываются от A252 и просто называют API 5L X42 с определенной толщиной стенки.. За сталь платят немного больше, но экономия на осмотре и ремонте.

Заключение: Не будь героем

Если вы вынесете одну вещь из этого бессвязного текста, пусть это будет это: Не позволяйте калькулятору инженера-строителя запугивать свайный молоток.

Высококачественная сталь (Оценка 3, Х52, Х70) дает вам цифры в взлетном листе. Это упрощает математику. Но земля не читает математику. Земля наносит ответный удар.

Я научился сначала смотреть на местную геологию, выберите сорт, который выдержит поездку, а затем рассчитать мощность. Если это значит, что мне нужно еще несколько стопок оценок 2, так и быть. Я сплю лучше, зная, что груды там на самом деле целые., а не разбитая высокопрочная труба, вытекающая внутренностями в грунтовые воды.

Выберите сталь, которая выдержит удар, не только тот, который хорошо выглядит в электронной таблице. Это компромисс. Это работа.