Nghiên cứu thử nghiệm uốn trên cọc thép loại U
trừu tượng
Cọc tấm thép loại U được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật địa kỹ thuật, đặc biệt để giữ lại các cấu trúc trong các cuộc khai quật bờ sông, Do sức mạnh cao của họ, dễ dàng cài đặt, và khả năng ngừng nước hiệu quả. Nghiên cứu này điều tra hiệu suất uốn của thép loại U cọc ván thông qua thử nghiệm thử nghiệm, Mô hình lý thuyết, và mô phỏng số. Nghiên cứu tập trung vào các cọc chống lại các khoảnh khắc uốn cong trong các điều kiện tải khác nhau, Tương tác cấu trúc đất, và tính chất vật chất. Tham số chính, chẳng hạn như thời điểm uốn tối đa, độ lệch bên, và phần mô đun, được phân tích bằng các giao thức kiểm tra tiêu chuẩn và phương pháp phần tử hữu hạn. Các phân tích so sánh của các cấu hình cọc loại U khác nhau và các lớp thép được trình bày, được hỗ trợ bởi dữ liệu thực nghiệm và các công thức toán học. Những phát hiện cung cấp những hiểu biết sâu sắc về tối ưu hóa loại U cọc ván thép Thiết kế cho sự ổn định nâng cao và hiệu quả chi phí trong các dự án khai quật sâu.
1. Giới thiệu
Cọc tấm thép loại U, đặc trưng bởi các cơ chế cắt ngang hình chữ U của họ, được áp dụng rộng rãi trong kỹ thuật nền tảng cho các ứng dụng như hỗ trợ hố cơ sở, đê quai, và bảo vệ bờ sông. Ưu điểm của họ bao gồm cài đặt nhanh chóng, khả năng tái sử dụng, và hiệu suất tuyệt vời trong giàu nước, môi trường đất mềm. Tuy nhiên, Hiệu suất uốn của các cọc loại U dưới tải trọng bên, chẳng hạn như những người gây ra bởi áp suất đất hoặc lực thủy tĩnh, là rất quan trọng để đảm bảo sự ổn định cấu trúc.
[](https://M.FX361.com/news/2018/0617/5217627.html)
Nghiên cứu này nhằm mục đích điều tra một cách có hệ thống hành vi uốn của cọc thép loại U thông qua các xét nghiệm trong phòng thí nghiệm có kiểm soát, Phân tích lý thuyết, và mô phỏng số. Các mục tiêu là:
- Đánh giá khả năng uốn và đặc tính biến dạng của cọc tấm thép loại U dưới tải tĩnh.
- Phát triển các mô hình toán học để dự đoán các khoảnh khắc uốn cong và độ võng.
- So sánh hiệu suất của các cấu hình cọc khác nhau và các lớp thép.
- Cung cấp các khuyến nghị thiết kế cho các ứng dụng thực tế trong các cuộc khai quật Riverbank.
Nghiên cứu được đặt nền tảng trong dữ liệu thử nghiệm, tiêu chuẩn công nghiệp (ví dụ., GB/T 29654-2013 Đối với cọc thép hình lạnh), và những hiểu biết từ các nghiên cứu liên quan về các ứng dụng cọc tấm thép.
[](https://Ebook.chinabuilding.com.cn/zbooklib/bookpdf/probation?Trang web = 1&BookId = 67859)[](https://geoseu.cn/yanjiuyuan/gangguanzhuang_lianxubi_tuwen_zongjie_jieshao.html)
2. Khung lý thuyết
2.1. Thời điểm uốn cong và căng thẳng
Hiệu suất uốn của cọc tấm thép loại U bị chi phối bởi khả năng chống lại các khoảnh khắc uốn cong do tải trọng bên. Ứng suất uốn tối đa (\(\sigma_{tối đa}\)) Trong một phần cọc được tính toán bằng cách sử dụng công thức uốn:
\[ \sigma_{tối đa} = frac{M c}{TÔI} \]
Ở đâu:
- \(M ): thời điểm uốn cong (Knm),
- \(c\): khoảng cách từ trục trung tính đến sợi ngoài cùng (m),
- \(I\): thời điểm quán tính của mặt cắt ngang (m⁴).
mô-đun phần (\(W = \frac{TÔI}{c}\), cm³/m) là một tham số quan trọng cho các cọc loại U, vì nó xác định khả năng uốn của chúng. Cọc loại U điển hình, 
chẳng hạn như NS-SP -ⅳ, có một mô -đun phần của 1,320 cm³/m.
[](https://geoseu.cn/yanjiuyuan/gangguanzhuang_lianxubi_tuwen_zongjie_jieshao.html)
2.2. Độ lệch bên
Độ lệch bên (\(y\)) dưới sự uốn cong được mô hình hóa bằng cách sử dụng lý thuyết chùm Euler-Bernoulli:
\[ Không phải frac{d^4 y}{dz^4} = q(z ) \]
Ở đâu:
- \(E ): Mô đun đàn hồi của thép (210 GPA),
- \(I\): thời điểm quán tính (m⁴),
- \(Q.(z )\): Tải trọng bên (kn/m),
- \(z\): Độ sâu dọc theo đống (m).
Cho các cọc được nhúng trong đất, Tương tác cấu trúc đất được kết hợp bằng phương pháp đường cong P-y, nơi điện trở của đất (\(p\)) liên quan đến độ võng (\(y\)):
\[ P = k_h y \]
Ở đâu \(k_h\): Mô đun phụ theo chiều ngang (kn/m³), thay đổi với loại đất (ví dụ., 5,000–15.000 kN/m³ cho cát bùn, 1,000Mạnh5.000 kN/m³ cho đất sét mềm).
2.3. Thuộc tính vật liệu
Cọc tấm thép loại U thường được sản xuất từ thép cán nóng hoặc lạnh, với các lớp như Q235, Q345, hoặc lớp ASTM A572 50. Sức mạnh năng suất (\(\sigma_y\)) phạm vi từ 235 MPa (Q235) ĐẾN 345 MPa (Q345), ảnh hưởng đến khả năng uốn cong của đống. Khoảnh khắc uốn cong cuối cùng (\(M_u\)) được xấp xỉ như:
[](https://www.trdgf.com/11783.html)
\[ M_u = \sigma_y W \]
Ở đâu \(W\): Phần mô đun (cm³/m).
3. Phương pháp thử nghiệm
3.1. Thiết lập kiểm tra
Các thử nghiệm uốn được thực hiện trên các cọc thép loại U theo các giao thức tương tự như các giao thức cho các chùm bê tông cốt thép, thích nghi cho cọc thép. Thiết lập thử nghiệm liên quan đến cấu hình uốn bốn điểm để đảm bảo uốn tinh khiết ở khu vực trung tâm của đống:
[](https://pub.cstam.org.cn/article/doi/10.6052/j.issn.1000-4750.2017.04.0286)
- Mẫu vật: Ba cọc loại U. (NS-sp -ⅳ, chiều rộng 400 mm, độ dày 15.5 mm, chiều dài 6 m; Đến 6n, chiều rộng 600 mm, độ dày 10 mm; Cọc hình dạng lạnh tùy chỉnh, chiều rộng 800 mm, độ dày 8 mm).
- Đang tải: Bộ truyền động thủy lực áp dụng tải trọng gia tăng tại hai điểm, 1.5 m cách nhau, với các hỗ trợ ở đầu cọc.
- Thiết bị: Máy đo căng thẳng đo các chủng dọc, Máy biến áp vi phân biến tuyến tính (LVDT) ghi lại độ lệch, và các tế bào tải được giám sát các lực lượng ứng dụng.
Thử nghiệm được thực hiện cho đến khi cọc đạt đến điểm năng suất hoặc biểu hiện biến dạng dẻo đáng kể.
3.2. Thuộc tính vật liệu
Các cọc được thử nghiệm được làm bằng thép Q345 (\(\sigma_y = 345 \chữ{ MPa}\), \(E = 210 \chữ{ GPA}\)). Thành phần hóa học và kiểm tra độ bền kéo đã xác nhận tuân thủ GB/T 29654-2013 tiêu chuẩn.
[](https://Ebook.chinabuilding.com.cn/zbooklib/bookpdf/probation?Trang web = 1&BookId = 67859)
3.3. Đang tải giao thức
Giao thức tải theo cách tiếp cận kiểm soát dịch chuyển, với sự gia tăng của 1 mm/phút cho đến khi thất bại. Tải trọng áp dụng (\(P)) đã được chuyển đổi thành thời điểm uốn cong bằng cách sử dụng:
\[ M = \frac{P l}{4} \]
Ở đâu \(L\): khoảng cách giữa các hỗ trợ (4.5 m).
4. Mô hình số
4.1. Phân tích phần tử hữu hạn
Yếu tố hữu hạn (Fe) Các mô hình được phát triển bằng cách sử dụng abaqus để mô phỏng các thử nghiệm uốn. Cọc được mô hình hóa như một phần tử vỏ 3D với các đặc tính vật liệu nhựa đàn hồi tuyến tính (\(E = 210 \chữ{ GPA}\), \(\sigma_y = 345 \chữ{ MPa}\)). Điều kiện biên được sao chép thiết lập uốn bốn điểm, với các hỗ trợ được ghim và ràng buộc con lăn.
Tương tác đất được mô phỏng bằng cách sử dụng các yếu tố lò xo với độ cứng có nguồn gốc từ các đường cong P-y:
\[ P = 0.5 p_u \left(\FRAC{y}{y_{50}}\Phải)^{1/3} \quad \text{cho đất sét, } y \leq y_{50} \]
Ở đâu \(p_u = 7.5 s_u\), \(S_u = 20 \chữ{ KPA}\), Và \(y_{50}\): độ võng ở một nửa sức đề kháng cuối cùng.
4.2. Xác nhận
Mô hình FE đã được xác thực dựa trên dữ liệu thử nghiệm, với sự lệch hướng dự đoán và những khoảnh khắc uốn cong trong 5% của các giá trị đo được.
5. Kết quả và thảo luận
5.1. Khả năng uốn
Những khoảnh khắc uốn tối đa (\(M_{tối đa}\)) Đối với các cọc đã được thử nghiệm là:
- NS-sp -ⅳ: 455 knm/m (Phần mô đun 1,320 cm³/m).
- Đến 6n: 380 knm/m (Phần mô đun 874 cm³/m).
- Đống lạnh: 420 knm/m (Phần mô đun 1,000 cm³/m).
NS-SP-ⅳ thể hiện khả năng uốn cao nhất do mô đun phần lớn hơn và mặt cắt dày hơn, phù hợp với dự đoán lý thuyết (\(M_u = sigma_y w )).
5.2. Độ lệch bên
Độ lệch tối đa (\(y_{tối đa}\)) Vào giữa nhịp là:
- NS-sp -ⅳ: 22 mm tại \(M = 400 \chữ{ knm/m}\).
- Đến 6n: 28 mm tại \(M = 350 \chữ{ knm/m}\).
- Đống lạnh: 25 mm tại \(M = 380 \chữ{ knm/m}\).
Hành vi lệch theo mô hình Euler-Bernouli, với độ lệch trong đất sét mềm do độ cứng của đất giảm (\(k_h = 2,000 \chữ{ kn/m}^3\)).
5.3. Phân phối căng thẳng
Đồng hồ đo biến dạng được ghi lại phân phối biến dạng tuyến tính lên đến điểm năng suất, xác nhận hành vi đàn hồi. Biến dạng nhựa xảy ra trong NS-SP-ⅳ \(M = 450 \chữ{ knm/m}\), với các chủng vượt quá 1,650 \(\mu\epsilon\) (Sản lượng biến dạng cho thép Q345).
5.4. So sánh số
Bàn 1 So sánh kết quả thử nghiệm và số cho cọc NS-SP-ⅳ:
| Thông số | Thử nghiệm | Số | Lỗi (%) |
|---|---|---|---|
| \(M_{tối đa}\) (knm/m) | 455 | 468 | 2.9 |
| \(y_{tối đa}\) (mm) | 22 | 21.2 | 3.6 |
Thỏa thuận chặt chẽ xác nhận độ chính xác của mô hình FE.
5.5. Ảnh hưởng của cấp thép
Một nghiên cứu tham số so sánh Q235 (\(\sigma_y = 235 \chữ{ MPa}\)) và Q345 (\(\sigma_y = 345 \chữ{ MPa}\)) cọc. Đống Q345 tăng lên \(M_{tối đa}\) qua 47% (455 knm/m vs. 310 KNM/m cho Q235), làm nổi bật lợi ích của thép cường độ cao hơn trong các cuộc khai quật sâu.
[](https://www.trdgf.com/11783.html)
6. Ý nghĩa thực tế
6.1. Ứng dụng trong các cuộc khai quật Riverbank
Cọc tấm thép loại U là lý tưởng cho các cuộc khai quật bờ sông do khả năng ngừng nước và khả năng chống uốn của chúng. Đống ns-sp -ⅳ, với một mô đun phần cao, được khuyến nghị cho các cuộc khai quật sâu hơn 5 m, Nơi những khoảnh khắc uốn cong vượt quá 200 knm/m.
[](https://M.FX361.com/news/2018/0617/5217627.html)
6.2. Cân nhắc thiết kế
Những cân nhắc thiết kế chính bao gồm:
- Phần mô đun: Chọn cọc với \(W geq 1,000 \chữ{ Cm}^3/ Văn bản{m}\) Đối với đất mềm.
- Neo: Sử dụng các hệ thống neo kép để giảm bớt sự lệch hướng bằng cách 64%, Như thể hiện trong các nghiên cứu trước.
- Bảo vệ chống ăn mòn: Áp dụng lớp phủ để kéo dài tuổi thọ dịch vụ trong môi trường giàu nước.
Việc sử dụng cọc ống trong thi công nền móng là lựa chọn phổ biến trong nhiều năm qua. Cọc ống được sử dụng để chuyển tải trọng của công trình xuống phần sâu hơn, lớp đất hoặc đá ổn định hơn.
Lợi ích của giàn ống Việc sử dụng giàn ống trong xây dựng mang lại một số lợi ích đáng chú ý: Sức mạnh và khả năng chịu tải: Giàn ống nổi tiếng với tỷ lệ cường độ trên trọng lượng cao. Các đường ống kết nối với nhau phân bổ tải trọng đồng đều, dẫn đến một cấu trúc vững chắc và đáng tin cậy. Điều này cho phép xây dựng các nhịp lớn mà không cần cột hoặc dầm đỡ quá mức..
Tiêu chuẩn cho đường ống liền mạch truyền chất lỏng tùy thuộc vào quốc gia hoặc khu vực bạn đang ở, cũng như ứng dụng cụ thể. Tuy nhiên, Một số tiêu chuẩn quốc tế được sử dụng rộng rãi cho các ống liền mạch truyền chất lỏng là: ASTM A106: Đây là thông số kỹ thuật tiêu chuẩn cho ống thép carbon liền mạch dùng cho dịch vụ nhiệt độ cao tại Hoa Kỳ. Nó thường được sử dụng trong các nhà máy điện, nhà máy lọc dầu, và các ứng dụng công nghiệp khác nơi có nhiệt độ và áp suất cao. Nó bao gồm các đường ống ở cấp A, B, và C, với các tính chất cơ học khác nhau tùy thuộc vào cấp. API 5L: Đây là thông số kỹ thuật tiêu chuẩn cho đường ống dùng trong ngành dầu khí. Nó bao gồm các ống thép liền mạch và hàn cho hệ thống vận chuyển đường ống, bao gồm cả ống dẫn khí, Nước, và dầu. Ống API 5L có nhiều loại khác nhau, chẳng hạn như X42, X52, X60, và X65, tùy thuộc vào đặc tính vật liệu và yêu cầu ứng dụng. ASTM A53: Đây là thông số kỹ thuật tiêu chuẩn cho ống thép mạ kẽm nhúng nóng và đen liền mạch và hàn được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm các ứng dụng truyền tải chất lỏng. Nó bao gồm các đường ống ở hai cấp, A và B, với các tính chất cơ học khác nhau và mục đích sử dụng khác nhau. TỪ 2448 / TRONG 10216: Đây là những tiêu chuẩn Châu Âu dành cho ống thép liền mạch được sử dụng trong các ứng dụng truyền tải chất lỏng, bao gồm cả nước, khí ga, và các chất lỏng khác. Đọc thêm
Ống liền mạch truyền chất lỏng được thiết kế để chống lại các loại ăn mòn khác nhau tùy thuộc vào vật liệu được sử dụng và ứng dụng cụ thể. Một số loại ăn mòn phổ biến nhất mà các đường ống này được thiết kế để chống lại bao gồm: Ăn mòn đồng đều: Đây là loại ăn mòn phổ biến nhất, nơi toàn bộ bề mặt của ống bị ăn mòn đồng đều. Để chống lại loại ăn mòn này, ống thường được làm bằng vật liệu chống ăn mòn, chẳng hạn như thép không gỉ hoặc được lót bằng lớp phủ bảo vệ. Sự ăn mòn điện: Điều này xảy ra khi hai kim loại khác nhau tiếp xúc với nhau với sự có mặt của chất điện phân, dẫn đến sự ăn mòn kim loại hoạt động mạnh hơn. Để ngăn chặn sự ăn mòn điện, ống có thể được làm bằng kim loại tương tự, hoặc chúng có thể được cách ly với nhau bằng vật liệu cách điện hoặc lớp phủ. Ăn mòn rỗ: Rỗ là một dạng ăn mòn cục bộ xảy ra khi các khu vực nhỏ trên bề mặt đường ống trở nên dễ bị tấn công hơn, dẫn đến sự hình thành các hố nhỏ. Loại ăn mòn này có thể được ngăn chặn bằng cách sử dụng vật liệu có khả năng chống rỗ cao, chẳng hạn như hợp kim thép không gỉ có thêm molypden, hoặc bằng cách áp dụng lớp phủ bảo vệ. Đường nứt ăn mòn: Ăn mòn kẽ hở xảy ra ở những không gian hẹp hoặc khoảng trống giữa hai bề mặt, như là Đọc thêm
Màn hình dây nêm, còn được gọi là màn hình dây hồ sơ, thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau nhờ khả năng sàng lọc vượt trội. Chúng được làm từ dây hình tam giác,
2 7/8trong ống vỏ giếng đục lỗ J55 K55 là một trong những sản phẩm chủ yếu của chúng tôi bằng thép, chúng có thể được sử dụng cho nước, dầu, mỏ khoan giếng khí. Độ dày có thể được cung cấp từ 5,51-11,18mm dựa trên độ sâu giếng của khách hàng và các đặc tính cơ học cần thiết. Thông thường chúng được cung cấp kết nối luồng, như NUE hoặc EUE, sẽ dễ dàng hơn để cài đặt tại trang web. Chiều dài của ống vỏ đục lỗ 3-12m có sẵn cho các chiều cao giàn khoan khác nhau của khách hàng. Đường kính lỗ và diện tích mở trên bề mặt cũng được tùy chỉnh. Đường kính lỗ phổ biến là 9mm, 12mm, 15mm, 16mm, 19mm, vân vân.
