โปรไฟล์เหล็กกลวง: ประเภท มาตรฐาน คุณสมบัติการออกแบบ และการใช้งานสะพานโมดูลาร์

โปรไฟล์เหล็กกลวงมักเรียกว่าส่วนโครงสร้างกลวง (HSS) ในอเมริกาเหนือและส่วนกลวงในยุโรป เป็นสมาชิกเหล็กหน้าตัดปิดที่ผลิตในรูปทรงสี่เหลี่ยมจัตุรัส สี่เหลี่ยม และทรงกลม พบได้ในโครงโครงสะพาน เสาอาคาร โครงสร้างเครน เสาส่งสัญญาณ งานชั่วคราว และสะพานเหล็กแบบโมดูลาร์ วิธีที่ง่ายที่สุดในการดูข้อได้เปรียบ: ส่วนกลวงสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่มีความสูงเท่ากันและมีมวลเหล็กเท่ากันกับคอลัมน์ HEA หรือ IPE รีดร้อน โดยทั่วไปแล้วจะมีรัศมีการหมุนที่ใหญ่กว่าประมาณ 20 ถึง 30 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงในการโก่งงอได้โดยตรง และเพิ่มความสามารถในการรับน้ำหนักตามแนวแกนที่ใช้งานได้โดยไม่ต้องเติมเหล็ก ตัวเลขเหล่านี้มาจากตารางคุณสมบัติส่วนที่เผยแพร่อย่างเปิดเผย เช่น ตารางที่ใช้ในตัวอย่างการออกแบบ Eurocode 3 และแค็ตตาล็อกโรงงานมาตรฐาน บทความนี้จะอธิบายความแตกต่างที่แท้จริงระหว่างโปรไฟล์กลวงแบบสี่เหลี่ยมจัตุรัส สี่เหลี่ยม และแบบวงกลม วิธีที่เส้นทางการผลิตเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมทางกล มีการใช้มาตรฐานวัสดุ วิธีอ่านคุณสมบัติของส่วน วิธีใช้ส่วนกลวงในผลิตภัณฑ์สะพานเหล็กแบบโมดูลาร์ วิธีระบุการป้องกันการกัดกร่อน และสิ่งที่ต้องอยู่ในรายการตรวจสอบการจัดซื้อก่อนที่คุณจะสั่งซื้อ

คำตอบโดยตรงสำหรับคำถามที่พบบ่อยที่สุดคือ: เลือกส่วนกลวงสี่เหลี่ยมเมื่อคุณต้องการความแข็งในการดัดงอที่คาดเดาได้และการเชื่อมต่อที่สะอาด เลือกส่วนกลวงสี่เหลี่ยมเมื่อทิศทางเดียวครอบงำโหลด เลือกส่วนกลวงทรงกลมเมื่อโหลดมาถึงจากทิศทางใดก็ได้ และยืนยันเส้นทางการผลิตและเกรดวัสดุเสมอก่อนเปรียบเทียบราคา กระบวนการผลิตมีอิทธิพลต่อความเค้นตกค้าง ความทนทาน และเส้นโค้งโก่งงอที่ใช้ในการออกแบบ ดังนั้นจึงไม่ได้เป็นเพียงรายละเอียดการผลิตเท่านั้น

โปรไฟล์เหล็กกลวงคืออะไร? ประเภทและรูปทรงพื้นฐาน

โปรไฟล์เหล็กกลวงถูกสร้างขึ้นจากแถบเหล็กแบนหรือจากเหล็กแท่งกลมที่ได้รับความร้อนจนกลายเป็นหน้าตัดปิดโดยไม่มีขอบที่ว่าง ตระกูลมาตรฐานสามตระกูล ได้แก่ ส่วนกลวงสี่เหลี่ยม (สศส), ส่วนกลวงสี่เหลี่ยม (รศ) และส่วนกลวงกลม (ชส) แต่ละตระกูลมีลักษณะเฉพาะในการรับน้ำหนักที่แตกต่างกัน ดังนั้นขั้นตอนแรกของกระบวนการคัดเลือกคือการจับคู่รูปร่างหน้าตัดกับประเภทการรับน้ำหนักที่โดดเด่น

โปรไฟล์กลวงถูกกำหนดตามกลุ่มผลิตภัณฑ์ ขนาดหรือขนาดภายนอก และความหนาของผนัง เช่น SHS 150 x 150 x 8 หรือ RHS 200 x 100 x 6.3 ในทางปฏิบัติของยุโรป ข้อกำหนดด้านการผลิตและความทนทานระบุไว้ใน EN 10210 สำหรับชิ้นส่วนที่ผ่านการอบร้อน และ EN 10219 สำหรับชิ้นส่วนเชื่อมขึ้นรูปเย็น ในทางปฏิบัติในอเมริกาเหนือ มาตรฐาน ASTM A500 ยังคงเป็นข้อกำหนดทั่วไปที่สุดสำหรับส่วนโครงสร้างกลวงของเหล็กกล้าคาร์บอนเชื่อม ในขณะที่ มาตรฐาน ASTM A1085 ได้รับการระบุมากขึ้นเมื่อต้องการพิกัดความเผื่อที่เข้มงวดยิ่งขึ้นและความเหนียวสม่ำเสมอ ในประเทศจีน กิกะไบต์/ที 6728 ครอบคลุมถึงส่วนกลวงเชื่อมขึ้นรูปเย็นจำนวนมาก การรู้ว่ามาตรฐานใดที่โครงการของคุณจะได้รับการตรวจสอบนั้นมีความสำคัญพอๆ กับการทราบเกรดเหล็ก

วิธีการผลิตโปรไฟล์เหล็กกลวง

เส้นทางการผลิตจะเปลี่ยนสถานะความเค้นภายใน ตำแหน่งของรอยเชื่อม รูปทรงของมุม และพฤติกรรมของวัสดุภายใต้แรงอัดและความล้า สองโปรไฟล์ที่มีขนาดภายนอกเหมือนกันสามารถทำงานแตกต่างกันได้หากโปรไฟล์หนึ่งเสร็จสิ้นโดยร้อนและอีกโปรไฟล์หนึ่งเป็นรูปเย็น ดังนั้น นี่จึงไม่ใช่ความแตกต่างทางวิชาการเพียงอย่างเดียว

1. การขึ้นรูปร้อนเสร็จ (เส้นทาง EN 10210): เหล็กถูกให้ความร้อนเหนืออุณหภูมิการตกผลึกซ้ำ โดยขึ้นรูปเป็นรูปทรงกลมหรือสี่เหลี่ยม และเสร็จสิ้นที่อุณหภูมิซึ่งช่วยลดความเครียดในการขึ้นรูปส่วนใหญ่ ผลลัพธ์ที่ได้คือโครงสร้างจุลภาคที่สม่ำเสมอมากขึ้น ลดความเค้นตกค้าง และความเหนียวที่มุมดีขึ้น ซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการโก่งงอของคอลัมน์ที่มีขนาดระบุเท่ากันได้
2. การขึ้นรูปเย็นจากแถบ (เส้นทาง EN 10219 หรือ ASTM A500): แผ่นแบนรีดเย็นเป็นท่อกลม ปิดด้วยการเชื่อมแบบเหนี่ยวนำความถี่สูง แล้วรีดเป็นรูปทรงสี่เหลี่ยมหรือสี่เหลี่ยม การขึ้นรูปเย็นจะเพิ่มความแข็งแรงของผลผลิตที่มุมเนื่องจากการชุบแข็งของงาน แต่ยังช่วยลดความเค้นตกค้างที่สูงกว่า และกฎการออกแบบจะปฏิบัติต่อส่วนต่างๆ ที่แตกต่างกันในการตรวจสอบการโก่งงอ
3. การขึ้นรูปร้อนหลังการเชื่อม: โรงงานบางแห่งทำให้ท่อเชื่อมเป็นปกติหรือดับและปรับอุณหภูมิเพื่อคืนความเหนียวและความสม่ำเสมอ ซึ่งเป็นการรวมต้นทุนที่ต่ำกว่าของการผลิตแบบแถบเข้ากับสภาวะความเครียดภายในที่ดีขึ้น แต่ความพร้อมจำหน่ายมีจำกัดมากขึ้นและระยะเวลารอคอยก็นานขึ้น

สำหรับส่วนประกอบของสะพานที่จะรับน้ำหนักจริงซ้ำๆ ส่วนที่เสร็จร้อนหรือทำให้เป็นมาตรฐานมักจะเป็นจุดเริ่มต้นที่ปลอดภัยกว่า เนื่องจากประสิทธิภาพการล้าขึ้นอยู่กับรอยเชื่อมและความเข้มข้นของความเค้นที่มุมเป็นอย่างมาก สำหรับงานชั่วคราว งานเท็จ ขั้นตอน และโครงสร้างที่ไม่เกิดความล้า ส่วนที่ขึ้นรูปเย็นมักจะเพียงพอและประหยัดกว่า ความแตกต่างของราคาระหว่างส่วนที่ขึ้นรูปเย็นและส่วนที่ขึ้นรูปร้อนที่มีขนาดเท่ากันโดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 5 ถึง 10 เปอร์เซ็นต์ ขึ้นอยู่กับตลาดและความหนาของผนัง แต่ความแตกต่างด้านประสิทธิภาพในข้อต่อที่รับภาระเมื่อยล้าอาจมีมากกว่าตัวเลขนั้นมาก

เกรดเหล็กและมาตรฐานที่สำคัญ

ตารางด้านล่างสรุปมาตรฐานที่ใช้กันทั่วไปสำหรับโปรไฟล์เหล็กกลวงและตระกูลเกรดวัสดุที่แนบมาด้วย การตัดสินใจทางวิศวกรรมที่พบบ่อยที่สุดคือระหว่าง S235, S275 และ S355 ในยุโรป และระหว่าง ASTM A500 เกรด B และเกรด C ในอเมริกาเหนือ

เมื่อเปรียบเทียบราคาจากโรงงานต่างๆ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าข้อกำหนดมาตรฐาน เกรด และผลกระทบนั้นเขียนอยู่ในบรรทัดเดียวกัน ข้อผิดพลาดทั่วไปคือการเปรียบเทียบโปรไฟล์ S275 ขึ้นรูปเย็นกับโปรไฟล์ S355 ขึ้นรูปร้อนในราคาเพียงอย่างเดียว ส่วนขึ้นรูปเย็นอาจมีราคาถูกกว่าต่อตัน แต่ส่วนที่ขึ้นรูปร้อนอาจทำให้ผนังบางลงและมีส่วนประกอบที่เบากว่าในการออกแบบเสา ซึ่งมักจะทำให้โครงสร้างประดิษฐ์ขั้นสุดท้ายถูกกว่าเมื่อเปรียบเทียบราคาต่อเมตรของโครงสร้างที่ติดตั้ง มากกว่าต่อวัตถุดิบหนึ่งตัน

คุณสมบัติส่วนที่ขับเคลื่อนการออกแบบโครงสร้าง

เมื่อคุณเปิดแค็ตตาล็อกส่วนกลวง ตัวเลขที่สำคัญไม่ใช่ขนาดภายนอกเพียงอย่างเดียว คุณสมบัติด้านล่างคือคุณสมบัติที่วิศวกรโครงสร้างใช้ในการตรวจสอบความแข็งแรง ความแข็ง และความมั่นคง ควรเปรียบเทียบระหว่างส่วนของเส้นทางการผลิตเดียวกันและเกรดวัสดุเท่านั้น

รัศมีของการหมุนสมควรได้รับความสนใจเป็นพิเศษ สำหรับพื้นที่หน้าตัดคงที่ ส่วนกลวงที่เป็นสี่เหลี่ยมหรือวงกลมจะกระจายวัสดุให้ห่างจากจุดศูนย์กลางมากกว่าส่วน I ที่เปิดอยู่ของพื้นที่เดียวกัน ซึ่งจะเพิ่มรัศมีของการหมุนและลดอัตราส่วนความเรียวสำหรับความยาวของชิ้นส่วนที่กำหนด พูดง่ายๆ ก็คือ คอลัมน์กลวงอาจยาวหรือบางกว่าคอลัมน์แบบเปิดก่อนที่การโก่งจะควบคุมการออกแบบ นี่คือเหตุผลว่าทำไมโปรไฟล์เหล็กกลวงจึงมีอิทธิพลเหนือโครงค้ำค้ำยันในอาคารสูง หอคอยขัดแตะ และระบบสะพานแบบโมดูลาร์ ที่ต้องขนส่งเป็นส่วนประกอบสำเร็จรูปขนาดใหญ่ และสร้างโดยใช้งานไซต์งานขั้นต่ำ

แรงบิดเป็นข้อได้เปรียบเชิงปฏิบัติประการที่สอง ส่วน I แบบเปิดจะกระจายความเค้นบิดได้ไม่มีประสิทธิภาพ และมักต้องมีการค้ำยันเพิ่มเติมหรือกล่องปิดที่เชื่อมแผ่นเข้าด้วยกัน ส่วนกลวงสี่เหลี่ยมหรือสี่เหลี่ยมป้องกันการบิดตัวผ่านผนังปิดโดยตรง สำหรับแท่นก่อสร้างสะพาน โครงรองรับคานยื่น หรือโครงสร้างใดๆ ที่ได้รับลมจากการเปลี่ยนทิศทาง ลักษณะการทำงานของส่วนปิดนี้จะช่วยลดปริมาณเหล็กค้ำยันเพิ่มเติมที่จำเป็น

ส่วนกลวงในสะพานเหล็กโมดูลาร์และโครงสร้างหนัก

สะพานเหล็กโมดูลาร์เป็นตัวอย่างที่ชัดเจนของการใช้โปรไฟล์เหล็กกลวงในทางปฏิบัติ สะพาน Bailey หรือสะพานโมดูลาร์แบบแผงทั่วไปอาศัยแผงโครงถักที่เชื่อมต่อด้วยหมุดที่มีความแข็งแรงสูงสำหรับคานหลัก แต่ระบบโครงสร้างโดยรอบใช้ส่วนกลวงจำนวนมากสำหรับคานขวาง การค้ำยันด้านข้าง คอร์ดลม เชิงเทิน ราวจับ และองค์ประกอบการเชื่อมต่อ โครงโครงหลักมักไม่ใช่ส่วนกลวงเพราะต้องปักหมุดและเป็นมาตรฐานเพื่อการประกอบที่รวดเร็ว อย่างไรก็ตาม ชิ้นส่วนรองและโครงรองรับทั้งหมดของสะพานโมดูลาร์มักทำจากโปรไฟล์ SHS และ RHS เนื่องจากทนทานต่อแรงด้านข้างและช่วงเวลาที่บิดเบี้ยวที่เกิดขึ้นเมื่อยานพาหนะหนักข้ามสะพาน

สำหรับซีรีส์ CB-100 ระบบใช้แผงโมดูลาร์มาตรฐานที่สามารถประกอบเป็นการกำหนดค่าแบบเลนเดียว เลนคู่ และแบบเสริมได้ การออกแบบคานทะลุทำให้เกิดโปรไฟล์โครงถักแบบคลาสสิก ในขณะที่เสาค้ำยันแบบไขว้และเสาแนวตั้งใช้ส่วนปิดเพื่อให้ลมลากต่ำลง และเพื่อหลีกเลี่ยงการโก่งงอเฉพาะที่ซึ่งช่องเปิดบางๆ จะต้องทนทุกข์ทรมานภายใต้ภาระหนักซ้ำๆ หากคุณเปรียบเทียบสะพานแบบโมดูลาร์ที่สร้างด้วยค้ำยันรองแบบส่วนปิดกับแบบเก่าที่สร้างด้วยช่องแบบเปิด เวอร์ชันแบบปิดมักจะแสดงการสั่นสะเทือนออกนอกระนาบน้อยกว่า และต้องการการบำรุงรักษาน้อยกว่าเมื่อเวลาผ่านไป สาเหตุหลักมาจากไม่มีขอบเปิดที่ซึ่งน้ำและเกลือบนถนนสะสม

CB 100 (321) ผู้จำหน่ายระบบโมดูลาร์ Bailey Bridge สะพาน Bailey CB 100 (321) ผสมผสานแผงที่ได้มาตรฐานเข้ากับส่วนค้ำยันแบบปิดเพื่อลดการลากลมและแรงสั่นสะเทือนที่อยู่นอกระนาบ ทำให้เป็นตัวเลือกที่ทนทานสำหรับโครงสร้างสะพานแบบเลนเดียว เลนคู่ และเสริมความแข็งแกร่งของสะพานชั่วคราว ดูผลิตภัณฑ์ →

ความสัมพันธ์ระหว่างส่วนกลวงและสะพานโมดูลาร์ทำงานได้ทั้งสองทิศทาง ในอีกด้านหนึ่ง ระบบสะพานใช้โปรไฟล์แบบปิดสำหรับโครงสร้างรองรับและชิ้นส่วนที่รับน้ำหนักมาก ซึ่งเป็นสาเหตุที่ว่าทำไมสะพานโมดูลาร์ที่มีความจุสูงไม่เพียงแต่วัดจากความลึกของโครงถักเท่านั้น แต่ยังวัดจากค้ำยันหน้าตัดแบบปิดและองค์ประกอบกระจายน้ำหนักด้วย ในอีกด้านหนึ่ง โปรไฟล์เหล็กกลวงเป็นวัตถุดิบสำหรับส่วนประกอบสะพานสำเร็จรูปจำนวนมาก รวมถึงสะพานคนเดิน สะพานรองรับท่อ ทางลาดชั่วคราว และสะพานทางเข้าที่ทำจากเหล็ก ในกรณีที่สะพานต้องทนต่อการกัดกร่อนและง่ายต่อการขนย้าย หน้าตัดแบบปิดจะช่วยลดพื้นที่ผิวภายนอกต่อหน่วยกำลัง ดังนั้นจึงใช้สีหรือการชุบสังกะสีน้อยลงเพื่อประสิทธิภาพที่เท่ากัน สำหรับการทบทวนวิธีจัดการข้อกำหนดและข้อมูลโหลดในบริดจ์โมดูลาร์มาตรฐาน คู่มือความสามารถในการรับน้ำหนักและบันทึกการเปรียบเทียบระบบเป็นจุดเริ่มต้นที่มีประโยชน์ก่อนที่คุณจะกำหนดขนาดส่วนต่างๆ สำหรับทางแยกที่ใหญ่ขึ้น ซีรีส์ CB-200 จะเพิ่มความแข็งแรงของแผงและช่วยให้มีช่วงที่ยาวขึ้น และรุ่นเสริมสี่แถวแสดงให้เห็นว่าระบบโมดูลาร์ผสมผสานหลักการค้ำยันส่วนกลวงแบบเดียวกันเข้ากับความจุของโครงถักที่สูงกว่าได้อย่างไร

ในโครงสร้างสะพานที่ใหญ่ขึ้น โครงสร้างแบบกลวงจะทำหน้าที่ค้ำยันลมของชั้นล่างและระบบด้านข้างส่วนบน ส่วนกลวงเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้ามักใช้สำหรับส่วนประกอบคอร์ดของคานขัดแตะ เนื่องจากโปรไฟล์ด้านแบนทำให้การเชื่อมต่อแบบเชื่อมทำได้ง่ายขึ้น กฎการออกแบบสำหรับสะพานขัดแตะจะปฏิบัติต่อส่วนที่ปิดได้ดีกว่ามุมเปิดหรือช่องเมื่อชิ้นส่วนถูกบีบอัดและโค้งงอในสองทิศทาง ในโครงสะพานหนักบางแห่ง ส่วนกลวงทรงกลมที่เติมคอนกรีตจะถูกนำมาใช้เป็นเสา ผสมผสานความต้านทานแรงอัดสูงของคอนกรีตเข้ากับผลกระทบที่จำกัดของท่อเหล็ก ซึ่งจะเพิ่มกำลังอัดคอนกรีตภายใต้ภาระตามแนวแกนประมาณ 10 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับคอนกรีตชนิดเดียวกันในเสาที่ไม่เสริมแรง การปรับปรุงดังกล่าวได้รับการบันทึกไว้ในข้อกำหนดการออกแบบคอลัมน์คอมโพสิตระหว่างประเทศ

ข้อควรพิจารณาในการออกแบบสำหรับสมาชิกส่วนกลวง

การใช้ส่วนกลวงอย่างถูกต้องหมายถึงการทำความเข้าใจพื้นที่การออกแบบสี่ด้าน ได้แก่ ระดับหน้าตัด การเลือกเส้นโค้งโก่งงอ พฤติกรรมของข้อต่อ และการแนะนำโหลดเฉพาะจุด การทำผิดอย่างใดอย่างหนึ่งอาจทำให้ส่วนกลวงที่มีประสิทธิภาพกลายเป็นส่วนที่ไม่ปลอดภัยได้

คลาสหน้าตัดและการโก่งงอเฉพาะที่

ความหนาของผนังของส่วนกลวงจะกำหนดระดับหน้าตัด ส่วนคลาส 1 สามารถพัฒนาบานพับพลาสติกได้ ส่วนคลาส 2 สามารถเข้าถึงโมเมนต์พลาสติก ส่วนคลาส 3 เข้าถึงโมเมนต์พลาสติกได้ ส่วนคลาส 3 เข้าถึงโมเมนต์พลาสติกได้ แต่ส่วนคลาส 4 จะมองเห็นการโก่งงอเฉพาะที่ก่อนที่จะถึงโมเมนต์พลาสติก ดังนั้นต้องใช้พื้นที่ที่มีประสิทธิภาพหรือโมดูลัสของส่วนที่มีประสิทธิผล ขอบเขตมักจะแสดงเป็นขีดจำกัดอัตราส่วนความกว้างต่อความหนาของผนังเรียบ ตามกฎในทางปฏิบัติ ส่วนกลวงสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่มีความหนาของผนังประมาณ 5 เปอร์เซ็นต์ของขนาดภายนอกจะคงไว้ซึ่งความสบายในช่วงขนาดกะทัดรัดสำหรับเหล็กกล้า S355 สำหรับส่วนสี่เหลี่ยมที่มีผนังบาง อัตราส่วนความกว้างเรียบที่จำกัดจะขึ้นอยู่กับความยาวของผนังเรียบที่ยาวกว่า ไม่ใช่ค่าเฉลี่ยของทั้งสองทิศทาง

เส้นโค้งโก่งและเส้นทางการผลิต

เส้นทางการผลิตส่งผลต่อเส้นโค้งโก่งที่ใช้ในการออกแบบ โดยทั่วไป ส่วนกลวงที่ผ่านการอบร้อนจะมีคุณสมบัติโค้งงอที่ดีกว่าส่วนที่ขึ้นรูปเย็นซึ่งมีความแข็งแรงระบุเท่ากัน เนื่องจากกระบวนการขึ้นรูปจะเปลี่ยนรูปร่างของการกระจายความเค้นตกค้างและความแข็งแรงของครากที่มุม ความแตกต่างนี้มีความสำคัญมากที่สุดสำหรับคอลัมน์ที่มีความบางปานกลาง โดยที่ความต้านทานการโก่งงอจะสูงกว่าระหว่าง 5 ถึง 15 เปอร์เซ็นต์สำหรับชิ้นงานที่เสร็จร้อน ในระยะโมดูลาร์ที่ยาว การใช้ส่วนที่เสร็จแล้วร้อนสามารถลดความหนาของผนังที่ต้องการได้เพียงพอที่จะลดต้นทุนวัสดุและน้ำหนักในการขนส่ง

พฤติกรรมร่วมในโครงถัก

ในโครงถักที่ทำจากส่วนกลวงสี่เหลี่ยมหรือสี่เหลี่ยม ความจุของรอยต่อมักจะถูกควบคุมโดยแรงเฉือนเจาะผนังคอร์ดมากกว่าการเชื่อม ไม้ค้ำยันที่มาถึงมุมปานกลางจะสร้างโซนความเครียดรูปไข่บนหน้าคอร์ด การตรวจสอบการออกแบบจะต้องยืนยันว่าหน้าคอร์ดสามารถรับแรงเฉพาะที่ได้ ในส่วนกลวงที่เป็นวงกลม ปัญหาเดียวกันนี้จะปรากฏขึ้นโดยมีการไหลของความเค้นสม่ำเสมอมากขึ้น ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมบางครั้งการเชื่อมต่อ CHS จึงออกแบบได้ง่ายกว่าสำหรับการรับน้ำหนักในแนวแกนสูง แม้ว่าการตัดและการประกอบท่อกลมจะมีต้นทุนในการผลิตสูงกว่าก็ตาม สำหรับการค้ำยันสะพานแบบโมดูลาร์ที่ทำจากส่วนกลวง การใช้วิธีการออกแบบการเชื่อมต่อล่าสุดจะทำให้แผ่นเป้าเสื้อกางเกงน้อยลงและการผลิตที่ง่ายขึ้น

บทนำโหลดท้องถิ่น

ส่วนกลวงสามารถรับภาระที่มีความเข้มข้นสูงจากตลับลูกปืน หมุด หรือส่วนประกอบอื่นๆ ผนังแบบปิดจะเสียรูปเฉพาะจุดเมื่อมีการวางน้ำหนักบนพื้นที่น้อยเกินไป ในกรณีที่แรงแบริ่งสูง ควรตรวจสอบส่วนดังกล่าวเพื่อหาการครากในพื้นที่ และหากจำเป็น ให้เสริมด้วยไดอะแฟรมภายในหรือผนังที่หนาขึ้นในบริเวณเชื่อมต่อ นี่คือจุดที่ CB-450 และระบบรับน้ำหนักมากแสดงให้เห็นข้อได้เปรียบ: ชิ้นส่วนแบบปิดที่หนักกว่าและแผงเสริมได้รับการออกแบบให้รับแรงที่รวมตัวจากเพลารถบรรทุกที่รับน้ำหนักหรือน้ำหนักบรรทุกของเครน

เมื่อเติมคอนกรีตลงในส่วนกลวง ทั้งการทนไฟและความต้านทานแบริ่งเฉพาะจุดจะดีขึ้นอย่างมาก แกนคอนกรีตช่วยป้องกันไม่ให้ผนังเหล็กโก่งเข้าด้านใน และท่อเหล็กจะจำกัดคอนกรีต ทำให้คอลัมน์คอมโพสิตมีสมรรถนะในแนวแกนสูงกว่าผลรวมของชิ้นส่วนมาก เสา CHS แบบต่อเติมเป็นมาตรฐานในการก่อสร้างอาคารสูง และกำลังพบเห็นได้ทั่วไปในเสาสะพานหนักและอาคารรองรับชั่วคราว ในโครงสร้างพื้นฐานของสะพานชั่วคราว ส่วนกลวงที่เติมคอนกรีตสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้หลังจากการระบายคอนกรีตแล้ว แม้ว่าในทางปฏิบัติ คอลัมน์ที่เติมแล้วมักจะถูกปล่อยไว้กับที่ เนื่องจากการตัดเหล็กเพื่อเอาคอนกรีตออกนั้นไม่ประหยัด

สะพาน CB 200 Bailey สำหรับการผสมผสานช่วงที่ยืดหยุ่น สะพาน CB 200 Bailey ปรับให้มีช่วงตั้งแต่ 21 ถึง 60 เมตรผ่านการผสมผสานแบบโมดูลาร์ เป็นไปตามมาตรฐาน GB, ANSI และ EN และสามารถรื้อถอนซ้ำๆ เพื่อนำกลับมาใช้ใหม่ได้ เหมาะกับการใช้งานสะพานฉุกเฉินและกึ่งถาวร ดูผลิตภัณฑ์ →

การป้องกันการกัดกร่อนและการรักษาพื้นผิว

โปรไฟล์เหล็กกลวงจะสึกกร่อนจากด้านนอก และหากไม่ได้ปิดปลายไว้ ก็จะเกิดการกัดกร่อนจากด้านในเช่นกัน ระบบป้องกันที่พบบ่อยที่สุดสำหรับสะพานกลางแจ้งและโครงสร้างหนักคือการชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อน ซึ่งชิ้นส่วนที่ประดิษฐ์ขึ้นจะถูกทำความสะอาด ฟลักซ์ และแช่ในสังกะสีหลอมเหลว การเคลือบสังกะสีจะสร้างชั้นที่เชื่อมติดกันทางโลหะ ซึ่งให้ทั้งการป้องกันสิ่งกีดขวางและการป้องกันแคโทดิกที่รอยขีดข่วนและขอบตัด ตามข้อกำหนดการชุบสังกะสี ISO 1461 ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ความหนาเฉลี่ยในการเคลือบขั้นต่ำสำหรับเหล็กที่หนากว่า 6 มม. คือประมาณ 85 ไมโครเมตร และส่วนประกอบสะพานทั่วไปที่มีความหนาของผนัง 8 ถึง 10 มม. จะได้รับการเคลือบสังกะสีระหว่าง 85 ถึง 115 ไมโครเมตร ในสภาพแวดล้อมทางทะเล ระบบชุบสังกะสีแบบดูเพล็กซ์บวกกับสีทับหน้าจะช่วยยืดระยะเวลาการบำรุงรักษาไปเป็นประมาณสองถึงสามเท่าของระยะเวลาการบำรุงรักษาสีเพียงอย่างเดียว

มีการถกเถียงกันอย่างต่อเนื่องว่าจะชุบสังกะสีก่อนหรือหลังการประดิษฐ์ สำหรับโครงสร้างส่วนกลวงหลายๆ โครงสร้าง คำตอบที่ถูกต้องคือการชุบสังกะสีหลังการเชื่อมและการเจาะ เนื่องจากคมตัด รูเจาะ และตะเข็บเชื่อมทุกอันจะถูกเคลือบด้วยสังกะสี ถ้าส่วนถูกชุบสังกะสีก่อนการผลิต พื้นที่เชื่อมจะสูญเสียสังกะสีและจำเป็นต้องซ่อมแซมสีที่มีสังกะสีหนา ส่วนกลวงยังต้องมีรูระบายอากาศเมื่อชุบสังกะสี: แรงดันภายในและภายนอกจะต้องเท่ากันเพื่อที่ก๊าซร้อนที่อยู่ด้านในจะไม่บีบสังกะสีออกมาหรือทำให้เกิดอันตรายจากการระเบิด รายละเอียดทั่วไปคือรูเล็กๆ สองรูใกล้กับปลายของส่วนที่ปิด ซึ่งอยู่ในตำแหน่งเพื่อไม่ให้ฝนเข้าไปสะสมอยู่ภายในท่อ

สำหรับการใช้งานที่การชุบสังกะสีไม่สามารถทำได้เนื่องจากขนาด อุณหภูมิ หรือต้นทุน อีกทางเลือกหนึ่งคือระบบสีแบบแพ็คคู่ที่มีไพรเมอร์ผสมสังกะสีสูง พื้นผิวจะต้องเตรียมให้ได้มาตรฐานสูง เช่น การขัดด้วยทรายเพื่อความสะอาด Sa2.5 และความขรุขระของพื้นผิวประมาณ 40 ถึง 80 ไมโครเมตร ความหนารวมของระบบสีสำหรับสภาพแวดล้อมบรรยากาศ C3 หรือ C4 โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 160 ถึง 240 ไมโครเมตร ขึ้นอยู่กับซัพพลายเออร์การเคลือบและอายุการใช้งานที่คาดหวัง ในสภาพแวดล้อมที่มีการกัดกร่อนสูง เช่น สะพานหรืออุโมงค์ชายฝั่ง เหล็กผุกร่อนเป็นอีกทางเลือกหนึ่ง แต่ส่วนที่เชื่อมปิดที่ทำจากเหล็กผุกร่อนต้องให้ความสนใจอย่างระมัดระวังกับโลหะตัวเติมเชื่อมและรายละเอียดกับดักน้ำ เนื่องจากน้ำที่กักขังทำให้เกิดการกัดกร่อนประเภทที่เลวร้ายที่สุดภายในโปรไฟล์ปิด

สำหรับผลิตภัณฑ์สะพานสำเร็จรูป ส่วนกลวงที่ชุบสังกะสีด้วยสังกะสีมักเป็นค่าเริ่มต้น ผิวเคลือบสังกะสีช่วยปกป้องชิ้นส่วนระหว่างการขนส่ง การจัดเก็บไซต์งาน และการก่อสร้าง ซึ่งเป็นเวลาที่เหล็กเปลือยได้รับความเสียหายจากการจัดการและคราบสนิมมากที่สุด การเคลือบสังกะสีที่ใช้จากโรงงานยังหมายความว่าไซต์งานต้องการเพียงการทาสีที่จุดเชื่อมต่อแบบสลักเกลียวเท่านั้น สะพานโมดูลาร์เวอร์ชันสังกะสีและโซลูชันสะพานสังกะสีแบบกำหนดเองแสดงให้เห็นว่าโปรไฟล์สเตนเลสสตีลแบบปิดหรือส่วนกลวงชุบสังกะสีสามารถนำมารวมกันเป็นแพ็คเกจสะพานแบบเต็มโดยมีเป้าหมายอายุการใช้งาน 50 ปีขึ้นไปได้อย่างไร ประเด็นปฏิบัติประการหนึ่ง: เมื่อต้องเชื่อมส่วนกลวงชุบสังกะสีบนไซต์ บริเวณการเชื่อมจะสูญเสียการป้องกันสังกะสี ดังนั้นพื้นที่ควรทำความสะอาดและเคลือบใหม่ด้วยสีที่มีสังกะสีสูงทันทีหลังการเชื่อม

สะพาน Bailey แบบกำหนดเองชุบสังกะสีสำหรับการประกอบไซต์พร้อม สะพาน Bailey ชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อนนี้ได้รับการออกแบบตามความต้องการและประกอบจากโรงงานเพื่อลดความยุ่งยากในการติดตั้งที่ไซต์งาน พร้อมการเคลือบป้องกันการกัดกร่อนที่เหมาะกับสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติที่ท้าทายและส่วนประกอบที่ได้มาตรฐานเพื่อประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้ ดูผลิตภัณฑ์ →

รายการตรวจสอบการจัดซื้อจัดจ้างสำหรับวิศวกรโครงการ

ข้อผิดพลาดในการจัดซื้อที่พบบ่อยที่สุดกับโปรไฟล์เหล็กกลวงคือการสั่งผลิตภัณฑ์โรงงานมาตรฐานโดยไม่ต้องแก้ไขรายละเอียดที่ควบคุมประสิทธิภาพของโครงสร้าง รายการตรวจสอบด้านล่างครอบคลุมประเด็นที่ควรเขียนลงในข้อกำหนดการซื้อสำหรับส่วนเหล็กกลวง

• ยืนยันเส้นทางการผลิตก่อน เขียนว่าเป็นที่ยอมรับทั้งการขึ้นรูปร้อน การขึ้นรูปเย็น หรือการทำให้เป็นมาตรฐาน ไม่อนุญาตให้มีการทดแทนโดยไม่มีการตรวจสอบการออกแบบ
• ระบุมาตรฐานและเกรดให้ชัดเจน ตัวอย่างเช่น EN 10219 S355J2H, ASTM A500 เกรด C หรือ GB/T 6728 Q355B ตรวจสอบเกรดที่เทียบเท่าในเอกสารการทดสอบของโรงงานก่อนที่จะยอมรับ
• แก้ไขความคลาดเคลื่อน มิติภายนอก ความหนาของผนัง ความตรง และความยาวของส่วนต่างๆ ล้วนส่งผลต่อการจัดเตรียมการประกอบ ค่าเบี่ยงเบนความตรง 0.2 เปอร์เซ็นต์ของความยาวเป็นข้อกำหนดทั่วไปสำหรับส่วนกลวงที่มีโครงสร้าง แต่โครงการที่มีความทนทานสูงอาจต้องใช้ 0.1 เปอร์เซ็นต์
• ระบุการเตรียมพื้นผิว สำหรับระบบสี ให้กำหนดมาตรฐานการพ่นและความหยาบ สำหรับชิ้นส่วนเคลือบกัลวาไนซ์ ให้ยืนยันข้อกำหนดความหนาของชั้นเคลือบและรูภายในว่าจำเป็นหรือไม่
• กำหนดขอบเขตการประดิษฐ์ ตรวจสอบว่าซัพพลายเออร์ตัดตามความยาว เตรียมมุมเอียง เจาะรู และเชื่อมแผ่นปลายหรือไม่ การดำเนินการที่เพิ่มเข้ามาแต่ละครั้งจะเปลี่ยนแผนการตรวจสอบและต้นทุน
• แสดงรายการข้อกำหนดการตรวจสอบ สำหรับส่วนประกอบของสะพาน ให้ระบุระดับการเชื่อมและขอบเขตของการทดสอบแบบไม่ทำลาย โครงสร้างอาคารตามปกติอาจยอมรับการตรวจสอบด้วยสายตา ในขณะที่สะพานคนเดินหรือโครงรองรับหนักอาจต้องมีการตรวจสอบรอยเชื่อมวิกฤตด้วยอัลตราโซนิคหรือแม่เหล็ก
• ตรวจสอบรายละเอียดการปิดผนึกส่วนท้าย ตัดสินใจว่าส่วนกลวงจำเป็นต้องมีปลายปิดผนึกหรือรูระบายน้ำหรือไม่ รายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ นี้ช่วยป้องกันการกัดกร่อนภายในและความเสียหายจากการแข็งตัวและละลายในโครงสร้างที่เปิดโล่ง
• เปรียบเทียบราคาต้นทุนการติดตั้ง ไม่ใช่ราคาต่อตัน ส่วน S355 ที่ผ่านการอบร้อนซึ่งมีราคาแพงกว่าเล็กน้อยอาจช่วยให้ชิ้นงานมีขนาดเล็กลง ตัวทำให้แข็งน้อยลง และการขนส่งถูกกว่าเนื่องจากน้ำหนักที่ลดลง

ในบริบทบริดจ์ ให้ยืนยันด้วยว่าขนาดโปรไฟล์เหมาะสมกับระบบโมดูลาร์ที่คุณใช้ คอร์ดภายนอกที่กว้างเกินไป 5 มม. อาจรบกวนรูปทรงการเชื่อมต่อสำหรับแนวแผงทั้งหมด แนวทางที่ปลอดภัยที่สุดคือการเลือกขนาดส่วนกลวงจากเอกสารประกอบของระบบบริดจ์ โดยที่ระยะห่างการเชื่อมต่อและเส้นผ่านศูนย์กลางของพินได้รับการแก้ไขแล้ว

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับโปรไฟล์เหล็กกลวง

อะไรคือความแตกต่างระหว่าง SHS, RHS และ CHS?

SHS เป็นโปรไฟล์สี่เหลี่ยมจัตุรัสที่มีความกว้างและความสูงเท่ากัน RHS เป็นโปรไฟล์สี่เหลี่ยมที่มีขนาดภายนอกต่างกัน 2 ขนาด และ CHS เป็นโปรไฟล์ทรงกลม SHS เหมาะกว่าสำหรับการเชื่อมต่อคอลัมน์และโมเมนต์ RHS เหมาะกว่าสำหรับคานและส่วนประกอบที่มีแกนแข็งแรง และ CHS เหมาะกว่าสำหรับคอลัมน์ที่โหลดจากทุกทิศทาง เสาเข็มเดินทะเล และโครงสร้างเปิดโล่งทางสถาปัตยกรรม ตัวเลือกนี้ส่งผลต่อต้นทุนการเชื่อมต่อ ประสิทธิภาพการดัดงอ และความต้านทานแรงบิด

ส่วนกลวงมีราคาถูกกว่าหรือแพงกว่าส่วน I หรือไม่?

โดยทั่วไปส่วนที่กลวงมีราคาต่อตันมากกว่าส่วน I รีดร้อนเนื่องจากกระบวนการขึ้นรูปจะใช้พลังงานเพิ่มเติม อย่างไรก็ตาม สำหรับคอลัมน์หรือส่วนประกอบที่โหลดในสองทิศทาง ส่วนกลวงที่มีความจุเท่ากันสามารถมีน้ำหนักน้อยลงได้ 10 ถึง 30 เปอร์เซ็นต์ ดังนั้นต้นทุนการประดิษฐ์ทั้งหมดจึงลดลงได้ การเปรียบเทียบต้นทุนจะต้องดำเนินการกับต้นทุนสมาชิกที่ติดตั้งเสมอ รวมถึงการผลิต การขนส่ง การรักษาพื้นผิว และการเชื่อมต่อ

เหล็กโครงกลวงสามารถใช้เป็นคานดัดได้หรือไม่?

ใช่. ส่วนกลวงสี่เหลี่ยมเป็นลำแสงที่ดีมากเมื่อรับน้ำหนักไปในทิศทางเดียวเป็นหลัก เนื่องจากรูปทรงส่วนลึกให้ความต้านทานโมเมนต์สูงและผนังปิดให้ความเสถียรในการบิด ส่วนสี่เหลี่ยมจัตุรัสและวงกลมยังใช้เป็นคานในคานและโครงตาข่าย แต่ประสิทธิภาพการดัดงอต่ำกว่า RHS ที่กว้างเท่ากัน เนื่องจากวัสดุอยู่ไม่ไกลจากแกนกลางในทิศทางการดัด

คลาสหน้าตัดในการออกแบบส่วนกลวงคืออะไร?

คลาสหน้าตัดเป็นระบบการจำแนกประเภทที่กำหนดว่าสมาชิกสามารถไปได้ไกลแค่ไหนก่อนที่การโก่งงอเฉพาะที่จะปรากฏบนผนัง คลาส 1 อนุญาตเฉพาะการวิเคราะห์พลาสติกและบานพับพลาสติก คลาส 2 อนุญาตความต้านทานโมเมนต์พลาสติก คลาส 3 อนุญาตเฉพาะความต้านทานโมเมนต์ยืดหยุ่น และคลาส 4 ต้องใช้พื้นที่ที่มีประสิทธิภาพในการคำนวณ ชั้นเรียนนี้พิจารณาจากอัตราส่วนความกว้างต่อความหนาของผนังเรียบและความแข็งแรงของผลผลิตเหล็กเป็นหลัก กล่าวง่ายๆ ก็คือ ยิ่งผนังมีความหนาตามสัดส่วนความกว้าง คลาสก็จะยิ่งสูงขึ้นและความสามารถในการดัดงอก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

ผนังส่วนกลวงควรมีความหนาเท่าใด

สำหรับเสาสี่เหลี่ยมทั่วไปในอาคาร ความหนาของผนังมักจะอยู่ระหว่าง 4 ถึง 8 เปอร์เซ็นต์ของมิติภายนอก สำหรับคานสี่เหลี่ยม ความหนาของผนังมักจะอยู่ระหว่าง 3 ถึง 6 เปอร์เซ็นต์ของขนาดที่ใหญ่กว่า อนุญาตให้ใช้ผนังที่บางกว่าได้หากส่วนนั้นเป็นคลาส 3 หรือคลาส 4 แต่การออกแบบจะมีประสิทธิภาพน้อยลงเนื่องจากความกว้างที่มีประสิทธิภาพลดลง ความหนาของผนังที่ต่ำกว่า 3 มม. ไม่ค่อยถูกนำมาใช้ในโครงสร้างสะพานหลัก เนื่องจากมีความเสี่ยงที่จะเกิดความเสียหายเฉพาะที่และความไม่สมบูรณ์ทางเรขาคณิตระหว่างการเชื่อม

ส่วนกลวงจำเป็นต้องมีรูระบายน้ำหรือไม่?

ใช่ หากส่วนนั้นสัมผัสกับสภาพอากาศ ส่วนกลวงที่ปิดสนิทจะดักจับการควบแน่นและน้ำที่ไหลผ่านตะเข็บที่ขาดหรือรอยเชื่อมที่ปิดผนึกอย่างไม่ถูกต้อง น้ำภายในทำให้เกิดการกัดกร่อนจากภายในและสามารถแยกท่อได้เมื่อเกิดการแข็งตัว รูระบายน้ำที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10 ถึง 15 มม. ที่จุดต่ำช่วยให้น้ำไหลออกได้ ในขณะเดียวกันก็ลดการสูญเสียพื้นที่หน้าตัดให้เหลือน้อยที่สุด เมื่อใช้ส่วนกลวงเป็นชิ้นส่วนที่เปิดเผยภายนอกด้วยการชุบสังกะสี จำเป็นต้องมีรูระบายอากาศในระหว่างกระบวนการชุบสังกะสีด้วย

โครงเหล็กกลวงเหมาะสำหรับสะพานโมดูลาร์หรือไม่?

ใช่. สะพานแผงโมดูลาร์ใช้โปรไฟล์แบบปิดอย่างกว้างขวางสำหรับส่วนประกอบรอง อุปกรณ์ค้ำยัน เชิงเทิน และโครงรองรับ ความต้านทานแรงบิดสูงของโปรไฟล์แบบปิดมีประโยชน์ในการต้านทานแรงลมด้านข้างและความเยื้องศูนย์ของโหลด นอกจากนี้ ส่วนที่ปิดจะช่วยลดพื้นที่ผิวและต้นทุนการเคลือบซึ่งมีความสำคัญในแพ็คเกจสะพานสำเร็จรูปขนาดใหญ่ โครงถักหลักของสะพาน Bailey แบบมาตรฐานไม่ใช่ส่วนที่กลวง เนื่องจากการออกแบบการเชื่อมต่อแบบพินนั้นใช้แผงเหล็กอัดขึ้นรูป แต่องค์ประกอบรองรับและรุ่นรับน้ำหนักที่หนักกว่าจะใช้โปรไฟล์แบบปิดเพื่อให้ได้ความจุที่สูงขึ้น ที่ คำแนะนำเกี่ยวกับความสามารถในการรับน้ำหนักของสะพาน Bailey อธิบายว่าระบบถูกจับคู่อย่างไรกับข้อกำหนดด้านสแปนและโหลด

โปรไฟล์เหล็กกลวงไม่ใช่ผลิตภัณฑ์เดียว แต่เป็นกลุ่มผลิตภัณฑ์โครงสร้างที่ต้องเลือก ระบุ และปกป้องด้วยความระมัดระวังเช่นเดียวกับส่วนประกอบทางวิศวกรรมอื่นๆ เส้นทางการผลิต เกรดวัสดุ ความหนาของผนัง และการรักษาพื้นผิว ล้วนส่งผลต่อกำลังการผลิตขั้นสุดท้าย ความทนทาน และต้นทุนการติดตั้ง สำหรับเสา ส่วนกลวงเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าหรือสี่เหลี่ยมจัตุรัสจะให้ความต้านทานการโก่งงอได้ดีกว่าส่วนเปิดที่มีมวลเท่ากัน สำหรับโครงถัก ส่วนกลวงจะช่วยลดพื้นที่ลมและทำให้การเชื่อมต่อง่ายขึ้น สำหรับสะพานที่ต้องเผชิญกับสภาพอากาศและการรับน้ำหนักซ้ำๆ ส่วนที่ปิดด้วยสังกะสีจะต้านทานการกัดกร่อนและความล้าได้ดีกว่าส่วนที่เปิดส่วนใหญ่ เมื่อคุณระบุโปรไฟล์เหล็กกลวง ให้เริ่มต้นด้วยสถานการณ์การออกแบบ ยืนยันเส้นทางการผลิตและเกรด จากนั้นเปรียบเทียบกับต้นทุนที่ติดตั้งต่อหน่วยการทำงาน ลำดับนั้นให้ผลลัพธ์ที่สม่ำเสมอสำหรับอาคาร งานชั่วคราว โครงสร้างที่รองรับน้ำหนักมาก และสะพานโมดูลาร์