Cấu hình thép rỗng: Loại, tiêu chuẩn, đặc tính thiết kế & ứng dụng cầu mô-đun

Các biên dạng thép rỗng, thường được gọi là tiết diện kết cấu rỗng (HSS) ở Bắc Mỹ và tiết diện rỗng ở Châu Âu, là các cấu kiện thép có mặt cắt ngang khép kín được sản xuất ở dạng hình vuông, hình chữ nhật và hình tròn. Chúng được tìm thấy trong các giàn cầu, cột xây dựng, kết cấu cần cẩu, tháp truyền tải, công trình tạm thời và cầu thép mô-đun. Cách đơn giản nhất để thấy được lợi thế của chúng: một phần rỗng hình vuông có cùng chiều cao và cùng khối lượng thép như cột HEA hoặc IPE cán nóng thường mang lại bán kính hồi chuyển lớn hơn khoảng 20 đến 30 phần trăm, điều này trực tiếp làm giảm nguy cơ mất ổn định và tăng khả năng chịu tải dọc trục có thể sử dụng mà không cần thêm thép. Những con số đó đến từ các bảng thuộc tính mặt cắt được xuất bản công khai, chẳng hạn như các bảng được sử dụng trong các ví dụ thiết kế Eurocode 3 và danh mục nhà máy tiêu chuẩn. Bài viết này giải thích sự khác biệt thực sự giữa các biên dạng rỗng hình vuông, hình chữ nhật và hình tròn, quy trình sản xuất thay đổi hành vi cơ học như thế nào, tiêu chuẩn vật liệu nào áp dụng, cách đọc đặc tính của mặt cắt, cách sử dụng mặt cắt rỗng trong các sản phẩm cầu thép mô-đun, cách bảo vệ chống ăn mòn được chỉ định và những gì phải có trong danh sách kiểm tra mua sắm trước khi bạn đặt hàng.

Câu trả lời trực tiếp cho câu hỏi phổ biến nhất là: chọn tiết diện rỗng hình vuông khi bạn cần độ cứng uốn có thể dự đoán được và các kết nối sạch, chọn tiết diện rỗng hình chữ nhật khi tải trọng chiếm ưu thế một hướng, chọn tiết diện rỗng hình tròn khi tải có thể đến từ bất kỳ hướng nào và luôn xác nhận lộ trình sản xuất và loại vật liệu trước khi so sánh giá cả. Lộ trình sản xuất ảnh hưởng đến ứng suất dư, độ bền và đường cong uốn cong được sử dụng trong thiết kế, vì vậy nó không chỉ là một chi tiết sản xuất.

Hồ sơ thép rỗng là gì? Các loại và hình dạng cơ bản

Các cấu hình thép rỗng được hình thành từ một dải thép phẳng hoặc từ phôi tròn được nung nóng thành một mặt cắt ngang kín không có cạnh tự do. Ba họ tiêu chuẩn là tiết diện rỗng hình vuông (SHS), tiết diện rỗng hình chữ nhật (RHS) và tiết diện rỗng hình tròn (CHS). Mỗi họ có một đặc tính chịu tải riêng biệt, vì vậy bước đầu tiên của bất kỳ quá trình lựa chọn nào là làm cho hình dạng mặt cắt phù hợp với loại tải trọng chủ yếu.

Cấu hình rỗng được chỉ định theo họ, kích thước hoặc kích thước bên ngoài và độ dày thành, ví dụ SHS 150 x 150 x 8 hoặc RHS 200 x 100 x 6.3. Trong thực tế Châu Âu, các yêu cầu về sản xuất và dung sai được đưa ra trong EN 10210 đối với các bộ phận được hoàn thiện nóng và EN 10219 đối với các bộ phận hàn tạo hình nguội. Trong thực tế ở Bắc Mỹ, ASTM A500 vẫn là thông số kỹ thuật phổ biến nhất cho các phần kết cấu rỗng bằng thép carbon hàn, trong khi ASTM A1085 ngày càng được chỉ định khi cần có dung sai chặt chẽ hơn và độ bền nhất quán. Ở Trung Quốc, GB/T 6728 bao gồm nhiều phần rỗng được hàn tạo hình nguội. Biết dự án của bạn sẽ được kiểm tra theo tiêu chuẩn nào cũng quan trọng như biết loại thép.

Hồ sơ thép rỗng được sản xuất như thế nào

Lộ trình sản xuất thay đổi trạng thái ứng suất bên trong, vị trí của đường hàn, hình dạng góc và trạng thái vật liệu khi bị nén và mỏi. Hai cấu hình có kích thước bên ngoài giống hệt nhau có thể hoạt động khác nhau nếu một cấu hình được hoàn thiện nóng và cấu hình kia được tạo hình nguội, vì vậy đây không phải là sự phân biệt thuần túy về mặt học thuật.

1. Tạo hình nóng hoàn thiện (tuyến EN 10210): Thép được nung nóng trên nhiệt độ kết tinh lại, tạo thành hình tròn hoặc hình vuông và được hoàn thiện ở nhiệt độ làm giảm hầu hết ứng suất tạo hình. Kết quả là cấu trúc vi mô đồng đều hơn, ứng suất dư thấp hơn và độ bền tốt hơn ở các góc, có thể cải thiện hiệu suất mất ổn định của cột có cùng kích thước danh nghĩa.
2. Tạo hình nguội từ dải (tuyến EN 10219 hoặc ASTM A500): một dải phẳng được cán nguội thành ống tròn, đóng lại bằng hàn cảm ứng tần số cao, sau đó được cán thành hình vuông hoặc hình chữ nhật. Tạo hình nguội làm tăng giới hạn chảy ở các góc do quá trình gia công cứng lại, nhưng nó cũng để lại ứng suất dư cao hơn và các quy tắc thiết kế xử lý mặt cắt này một cách khác nhau khi kiểm tra độ bền uốn.
3. Tạo hình nóng sau khi hàn: một số nhà máy bình thường hóa hoặc làm nguội ống hàn để khôi phục độ dẻo và tính nhất quán. Điều này kết hợp chi phí sản xuất dựa trên dải thấp hơn với trạng thái ứng suất bên trong thuận lợi hơn, nhưng tính sẵn có hạn chế hơn và thời gian sản xuất dài hơn.

Đối với một bộ phận cầu sẽ chịu hoạt tải lặp đi lặp lại, phần được hoàn thiện nóng hoặc chuẩn hóa thường là điểm khởi đầu an toàn hơn vì hiệu suất mỏi phụ thuộc nhiều vào mối hàn và sự tập trung ứng suất ở các góc. Đối với các công trình tạm, giáo, giai đoạn và kết cấu không mỏi, mặt cắt tạo hình nguội thường phù hợp và tiết kiệm hơn. Chênh lệch giá giữa các phần được tạo hình nguội và hoàn thiện nóng có cùng kích thước thường nằm trong khoảng từ 5 đến 10 phần trăm tùy thuộc vào thị trường và độ dày thành, nhưng sự khác biệt về hiệu suất ở mối nối chịu mỏi có thể lớn hơn nhiều con số đó.

Các loại thép và tiêu chuẩn quan trọng

Bảng dưới đây tóm tắt các tiêu chuẩn thường được sử dụng cho các cấu hình thép rỗng và các nhóm cấp vật liệu gắn liền với chúng. Quyết định kỹ thuật thường xuyên nhất là giữa S235, S275 và S355 ở Châu Âu và giữa ASTM A500 Hạng B và Hạng C ở Bắc Mỹ.

Khi so sánh báo giá từ các nhà máy khác nhau, hãy đảm bảo yêu cầu về tiêu chuẩn, cấp độ và tác động được viết trên cùng một dòng. Một lỗi phổ biến là so sánh cấu hình S275 được tạo hình nguội với cấu hình S355 được hoàn thiện nóng chỉ xét về giá. Phần được tạo hình nguội có thể rẻ hơn trên mỗi tấn, nhưng phần được hoàn thiện nóng có thể cho phép thiết kế cột có thành mỏng hơn và bộ phận nhẹ hơn, điều này thường làm cho kết cấu chế tạo cuối cùng rẻ hơn khi so sánh chi phí trên mỗi mét kết cấu đã lắp đặt thay vì trên mỗi tấn nguyên liệu thô.

Thuộc tính phần thúc đẩy thiết kế kết cấu

Khi bạn mở một danh mục phần rỗng, những con số quan trọng không chỉ là kích thước bên ngoài. Các đặc tính dưới đây là những đặc tính mà kỹ sư kết cấu sử dụng để kiểm tra độ bền, độ cứng và độ ổn định. Chúng chỉ nên được so sánh giữa các phần của cùng một lộ trình sản xuất và loại vật liệu.

Bán kính hồi chuyển đáng được quan tâm đặc biệt. Đối với diện tích mặt cắt ngang cố định, tiết diện rỗng hình vuông hoặc tròn trải vật liệu ra xa tâm hơn so với tiết diện chữ I mở của cùng diện tích, điều này làm tăng bán kính hồi chuyển và giảm tỷ lệ độ mảnh cho một chiều dài cấu kiện nhất định. Nói một cách dễ hiểu, cột rỗng có thể dài hơn hoặc mỏng hơn cột có tiết diện mở trước khi mất ổn định chi phối thiết kế. Đây là lý do tại sao các cấu hình thép rỗng chiếm ưu thế trong các khung giằng cao tầng, tháp lưới và hệ thống cầu mô-đun phải được vận chuyển dưới dạng các bộ phận đúc sẵn lớn và được lắp dựng với công việc tối thiểu tại công trường.

Độ xoắn là lợi thế thực tế thứ hai. Tiết diện chữ I hở phân bổ ứng suất xoắn không hiệu quả và thường cần thêm giằng hoặc hộp kín được chế tạo bằng các tấm hàn với nhau. Phần rỗng hình vuông hoặc hình chữ nhật chống xoắn trực tiếp qua bức tường kín của nó. Đối với nền xây dựng cầu, khung đỡ côngxon hoặc bất kỳ kết cấu nào nhận gió từ việc thay đổi hướng, hành vi phần kín này làm giảm lượng thép giằng bổ sung cần thiết.

Phần rỗng trong cầu thép mô-đun và kết cấu nặng

Cầu thép mô-đun là một ví dụ điển hình về cách sử dụng các cấu kiện thép rỗng trong thực tế. Cầu Bailey điển hình hoặc cầu mô-đun kiểu bảng điều khiển dựa vào các tấm giàn được kết nối bằng chốt có độ bền cao cho các dầm chính của nó, nhưng hệ thống kết cấu xung quanh sử dụng một lượng lớn các tiết diện rỗng cho dầm ngang, giằng bên, dây gió, lan can, tay vịn và các bộ phận kết nối. Các bộ phận giàn chính thường không phải là những phần rỗng vì chúng cần được ghim và chuẩn hóa để lắp ráp nhanh chóng. Tuy nhiên, các bộ phận phụ và toàn bộ khung đỡ của cầu mô-đun thường được chế tạo từ các biên dạng SHS và RHS vì chúng chịu được các lực ngang và mô men xoắn xuất hiện khi xe hạng nặng đi qua cầu.

Đối với dòng CB-100, hệ thống sử dụng các bảng mô-đun được tiêu chuẩn hóa có thể được lắp ráp thành cấu hình một làn, hai làn và gia cố. Thiết kế xuyên dầm tạo ra kiểu dáng giàn cổ điển, trong khi các thanh giằng chéo và trụ thẳng đứng sử dụng các phần kín để giữ lực cản của gió thấp hơn và tránh hiện tượng oằn cục bộ mà các kênh hở mỏng phải chịu khi chịu tải nặng lặp đi lặp lại. Nếu bạn so sánh một cây cầu mô-đun được xây dựng với hệ giằng thứ cấp phần kín với một thiết kế cũ hơn được xây dựng với các kênh mở, thì phiên bản phần đóng thường có độ rung ngoài mặt phẳng ít hơn và yêu cầu bảo trì ít hơn theo thời gian, chủ yếu là do không có các cạnh hở nơi nước và muối tích tụ trên đường.

Nhà cung cấp hệ thống mô-đun cầu Bailey CB 100 (321) Cầu Bailey CB 100 (321) kết hợp các tấm tiêu chuẩn với giằng ngang tiết diện kín để giảm lực cản gió và độ rung ngoài mặt phẳng, khiến nó trở thành một lựa chọn bền bỉ cho bố trí cầu tạm thời một làn, hai làn và được gia cố. Xem sản phẩm →

Mối quan hệ giữa các phần rỗng và cầu mô-đun hoạt động theo cả hai hướng. Một mặt, bản thân hệ thống cầu sử dụng các cấu hình khép kín cho kết cấu đỡ và các bộ phận chịu tải nặng, đó là lý do tại sao cầu mô-đun công suất cao được đo không chỉ bằng độ sâu giàn mà còn bằng giằng ngang mặt cắt kín và các phần tử trải tải. Mặt khác, cấu hình thép rỗng là nguyên liệu thô cho nhiều thành phần cầu đúc sẵn, bao gồm cầu dành cho người đi bộ, cầu hỗ trợ đường ống, đường dốc tạm thời và cầu dẫn bằng thép. Khi cầu phải chống ăn mòn và dễ vận chuyển, mặt cắt kín sẽ giảm diện tích bề mặt bên ngoài trên một đơn vị cường độ, do đó tiêu thụ ít sơn hoặc mạ hơn cho cùng hiệu suất. Để xem xét cách xử lý các thông số kỹ thuật và dữ liệu tải trọng trong cầu mô-đun tiêu chuẩn, hướng dẫn về khả năng chịu tải và ghi chú so sánh hệ thống là những điểm khởi đầu hữu ích trước khi bạn quyết định kích thước phần. Đối với các đường ngang lớn hơn, dòng CB-200 tăng độ bền của tấm và cho phép nhịp dài hơn, đồng thời các phiên bản được gia cố bốn hàng cho thấy cách hệ thống mô-đun kết hợp các nguyên tắc giằng tiết diện rỗng giống nhau với khả năng giàn cao hơn.

Trong các kết cấu cầu lớn hơn, các kết cấu rỗng chịu lực giằng gió của sàn dưới và hệ thống bên trên. Tiết diện rỗng hình chữ nhật thường được sử dụng làm dây cung của dầm lưới vì biên dạng mặt phẳng giúp đơn giản hóa các kết nối hàn. Các quy tắc thiết kế cho cầu lưới xử lý phần đóng thuận lợi hơn phần góc hoặc kênh mở khi cấu kiện chịu nén và uốn theo hai hướng. Trong một số khung cầu nặng, các phần rỗng hình tròn chứa đầy bê tông được sử dụng làm cột, kết hợp khả năng chịu nén cao của bê tông với hiệu ứng hạn chế của ống thép, làm tăng cường độ nén của bê tông dưới tải trọng trục khoảng 10 đến 20 phần trăm so với cùng một loại bê tông trong cột không được gia cố. Sự cải thiện đó được ghi nhận trong các điều khoản thiết kế cột composite quốc tế.

Những cân nhắc về thiết kế cho các thành viên của phần rỗng

Sử dụng tiết diện rỗng một cách chính xác có nghĩa là hiểu rõ bốn lĩnh vực thiết kế: cấp mặt cắt ngang, lựa chọn đường cong uốn, ứng xử của mối nối và đưa tải trọng cục bộ vào. Làm sai bất kỳ một trong những điều này có thể biến một phần rỗng hiệu quả thành một phần không an toàn.

Lớp mặt cắt ngang và uốn cục bộ

Độ dày thành của phần rỗng xác định loại mặt cắt ngang của nó. Tiết diện Loại 1 có thể phát triển bản lề dẻo, tiết diện Loại 2 có thể đạt đến mômen dẻo, tiết diện Loại 3 đạt đến giới hạn chảy nhưng không đạt mômen dẻo, và tiết diện Loại 4 có hiện tượng mất ổn định cục bộ trước khi đạt đến ứng suất chảy, vì vậy phải sử dụng diện tích hiệu dụng hoặc mô đun tiết diện hiệu dụng. Các ranh giới thường được biểu thị dưới dạng giới hạn về tỷ lệ chiều rộng trên chiều dày của bức tường phẳng. Theo nguyên tắc thực tế, tiết diện rỗng hình vuông có độ dày thành khoảng 5% kích thước bên ngoài vẫn nằm trong phạm vi nhỏ gọn đối với thép S355. Đối với phần hình chữ nhật có thành mỏng, tỷ lệ chiều rộng mặt phẳng giới hạn được điều chỉnh bởi chiều dài của mặt phẳng dài hơn chứ không phải là giá trị trung bình của hai hướng.

Đường cong uốn cong và lộ trình sản xuất

Lộ trình sản xuất ảnh hưởng đến đường cong uốn cong được sử dụng trong thiết kế. Các phần rỗng được gia công nóng thường đủ điều kiện để có đường cong uốn cong thuận lợi hơn so với các phần được tạo hình nguội có cùng cường độ danh nghĩa, bởi vì quá trình tạo hình thay đổi hình dạng của phân bố ứng suất dư và cường độ chảy góc. Sự khác biệt này quan trọng nhất đối với các cột có độ mảnh vừa phải, trong đó khả năng chống oằn cao hơn từ 5 đến 15% đối với cấu kiện được gia công nóng. Trong một nhịp mô-đun dài, việc sử dụng các phần được hoàn thiện nóng có thể giảm độ dày thành yêu cầu vừa đủ để giảm cả chi phí vật liệu và trọng lượng vận chuyển.

Hành vi chung trong giàn

Trong giàn được làm từ các phần rỗng hình vuông hoặc hình chữ nhật, khả năng chịu lực của mối nối thường bị chi phối bởi lực cắt xuyên tường dây cung hơn là bởi mối hàn. Bộ phận giằng có một góc vừa phải sẽ tạo ra một vùng ứng suất hình bầu dục trên mặt dây cung. Việc kiểm tra thiết kế phải xác nhận rằng mặt dây cung có thể chịu được lực cục bộ. Trong phần rỗng hình tròn, vấn đề tương tự xuất hiện với dòng ứng suất đồng đều hơn, đó là lý do tại sao các kết nối CHS đôi khi dễ thiết kế hơn cho tải trọng trục cao, mặc dù việc cắt và lắp các ống tròn tốn nhiều chi phí chế tạo hơn. Đối với giằng cầu mô-đun được làm từ các tiết diện rỗng, việc sử dụng phương pháp thiết kế kết nối gần đây sẽ dẫn đến ít tấm bản mã hơn và chế tạo đơn giản hơn.

Giới thiệu tải cục bộ

Phần rỗng có thể chịu tải trọng tập trung lớn từ ổ trục, chốt hoặc bộ phận khác. Bức tường kín bị biến dạng cục bộ khi tải trọng được đưa vào một diện tích quá nhỏ. Khi lực chịu lực cao, mặt cắt phải được kiểm tra độ chảy cục bộ và, nếu cần, được gia cố bằng các màng ngăn bên trong hoặc thành dày hơn trong vùng kết nối. Đây chính xác là lúc CB-450 và các hệ thống tải nặng thể hiện ưu điểm của chúng: các bộ phận có tiết diện kín và tấm gia cố nặng hơn được thiết kế để tiếp nhận lực tập trung từ trục xe tải hoặc tải trọng trực tiếp của cần cẩu.

Khi phần rỗng được đổ bê tông, cả khả năng chống cháy và khả năng chịu lực cục bộ đều được cải thiện đáng kể. Lõi bê tông giữ cho tường thép không bị vênh vào trong và ống thép giữ bê tông, tạo cho cột composite khả năng chịu lực dọc trục cao hơn nhiều so với tổng các bộ phận của nó. Cột CHS đã được lấp đầy là tiêu chuẩn trong xây dựng nhà cao tầng và đang trở nên phổ biến hơn ở các trụ cầu nặng và tháp đỡ tạm thời. Trong các kết cấu phần dưới cầu tạm thời, phần rỗng đổ đầy bê tông có thể được tái sử dụng sau khi xả bê tông, mặc dù trên thực tế, cột đã đổ đầy thường được giữ nguyên vì việc cắt thép để loại bỏ bê tông là không kinh tế.

Cầu Bailey CB 200 cho kết hợp nhịp linh hoạt Cầu Bailey CB 200 thích ứng với các nhịp từ 21 đến 60 mét thông qua kết hợp mô-đun, tuân thủ các tiêu chuẩn GB, ANSI và EN, đồng thời có thể tháo dỡ nhiều lần để tái sử dụng, phù hợp với các ứng dụng cầu khẩn cấp và bán cố định. Xem sản phẩm →

Bảo vệ chống ăn mòn và xử lý bề mặt

Cấu hình thép rỗng sẽ bị ăn mòn từ bên ngoài và nếu các đầu không được bịt kín thì ăn mòn từ bên trong. Hệ thống bảo vệ phổ biến nhất cho các cây cầu ngoài trời và các kết cấu nặng là mạ kẽm nhúng nóng, trong đó các bộ phận được chế tạo được làm sạch, trợ dung và ngâm trong kẽm nóng chảy. Lớp phủ kẽm tạo thành một lớp liên kết luyện kim cung cấp cả lớp bảo vệ rào cản và lớp bảo vệ ca-tốt tại các vết trầy xước và các cạnh bị cắt. Theo thông số kỹ thuật mạ kẽm ISO 1461 được sử dụng rộng rãi, độ dày lớp phủ trung bình tối thiểu đối với thép dày hơn 6 mm là khoảng 85 micromet và một bộ phận cầu điển hình có độ dày thành 8 đến 10 mm sẽ nhận được lớp phủ kẽm từ 85 đến 115 micromet. Trong môi trường biển, hệ thống mạ kẽm kép cộng với lớp sơn phủ ngoài sẽ kéo dài thời gian bảo trì lên khoảng hai đến ba lần so với chỉ sơn.

Có một cuộc tranh luận dai dẳng về việc nên mạ kẽm trước hay sau khi chế tạo. Đối với nhiều kết cấu có tiết diện rỗng, câu trả lời đúng là mạ kẽm sau khi hàn và khoan, bởi vì mọi cạnh cắt, lỗ khoan và đường hàn đều được phủ kẽm. Nếu phần được mạ kẽm trước khi chế tạo, các khu vực hàn sẽ mất kẽm và cần sửa chữa lớp sơn dày giàu kẽm. Phần rỗng cũng cần có lỗ thông gió khi mạ kẽm: áp suất bên trong và bên ngoài phải cân bằng để khí nóng bên trong không đẩy kẽm ra ngoài hoặc gây nguy hiểm nổ. Một chi tiết thường gặp là hai lỗ nhỏ gần hai đầu đoạn kín, được bố trí sao cho nước mưa không thể lọt vào và đọng lại bên trong ống.

Đối với các ứng dụng mà việc mạ điện không thực tế vì kích thước, nhiệt độ hoặc chi phí, giải pháp thay thế là hệ thống sơn hai thành phần với lớp sơn lót giàu kẽm. Bề mặt phải được chuẩn bị theo tiêu chuẩn cao, chẳng hạn như phun cát mài mòn đến độ sạch Sa2,5 và độ nhám bề mặt khoảng 40 đến 80 micromet. Tổng độ dày của hệ thống sơn cho môi trường khí quyển C3 hoặc C4 thường nằm trong khoảng từ 160 đến 240 micromet, tùy thuộc vào nhà cung cấp lớp phủ và tuổi thọ dự kiến. Trong môi trường có tính ăn mòn cao như cầu hoặc đường hầm ven biển, thép chịu thời tiết là một lựa chọn khác, nhưng các phần hàn kín được làm từ thép chịu thời tiết đòi hỏi phải chú ý cẩn thận đến kim loại phụ hàn và các chi tiết bẫy nước, vì nước bị giữ lại gây ra loại ăn mòn tồi tệ nhất bên trong một mặt cắt kín.

Đối với các sản phẩm cầu đúc sẵn, phần rỗng mạ kẽm thường là mặc định. Lớp mạ kẽm bảo vệ các bộ phận trong quá trình vận chuyển, bảo quản tại công trường và lắp dựng, đó chính là lúc thép trần chịu nhiều hư hỏng và ố rỉ nhất khi xử lý. Lớp phủ kẽm được áp dụng tại nhà máy cũng có nghĩa là công trường chỉ cần sơn lại ở các kết nối được bắt vít. Phiên bản mạ kẽm của cầu mô-đun và các giải pháp cầu mạ kẽm tùy chỉnh cho thấy cách kết hợp các cấu kiện thép không gỉ khép kín hoặc các đoạn rỗng mạ kẽm thành một gói cầu hoàn chỉnh với mục tiêu tuổi thọ sử dụng là 50 năm trở lên. Một điểm thực tế: khi phải hàn tại chỗ một phần rỗng mạ kẽm, vùng hàn sẽ mất lớp bảo vệ kẽm, do đó khu vực này cần được làm sạch và phủ lại bằng sơn giàu kẽm ngay sau khi hàn.

Cầu Bailey tùy chỉnh mạ kẽm để lắp ráp sẵn sàng tại chỗ Cây cầu Bailey mạ kẽm nhúng nóng này được thiết kế tùy chỉnh và lắp ráp sẵn tại nhà máy để đơn giản hóa việc lắp đặt tại chỗ, với lớp phủ chống ăn mòn phù hợp với môi trường tự nhiên đầy thách thức và các bộ phận được tiêu chuẩn hóa để có hiệu suất đáng tin cậy. Xem sản phẩm →

Danh sách kiểm tra mua sắm dành cho kỹ sư dự án

Lỗi mua sắm phổ biến nhất với các cấu hình thép rỗng là đặt hàng một sản phẩm máy nghiền tiêu chuẩn mà không sửa chữa các chi tiết kiểm soát hiệu suất kết cấu. Danh sách kiểm tra bên dưới bao gồm các điểm cần được ghi vào bất kỳ thông số kỹ thuật mua hàng nào đối với các phần thép rỗng.

• Xác nhận lộ trình sản xuất trước. Ghi rõ liệu hoàn thiện nóng, tạo hình nguội hay chuẩn hóa đều được chấp nhận. Không cho phép thay thế mà không xem xét thiết kế.
• Nêu rõ tiêu chuẩn và cấp bậc chính xác. Ví dụ: EN 10219 S355J2H, ASTM A500 Cấp C hoặc GB/T 6728 Q355B. Kiểm tra các lớp tương đương trên tài liệu kiểm tra nhà máy trước khi chấp nhận.
• Sửa chữa dung sai. Kích thước bên ngoài, độ dày thành, độ thẳng và chiều dài mặt cắt đều ảnh hưởng đến việc lắp đặt chế tạo. Độ lệch độ thẳng 0,2% chiều dài là yêu cầu chung đối với các phần rỗng kết cấu, nhưng các dự án có dung sai cao có thể cần 0,1%.
• Chỉ định việc chuẩn bị bề mặt. Đối với hệ thống sơn xác định tiêu chuẩn nổ mìn và độ nhám. Đối với các bộ phận mạ kẽm, hãy xác nhận yêu cầu về độ dày lớp phủ và liệu có cần các lỗ bên trong hay không.
• Xác định phạm vi chế tạo. Xác định xem nhà cung cấp có cắt theo chiều dài, chuẩn bị các góc xiên, khoan lỗ và hàn các tấm cuối hay không. Mỗi hoạt động được thêm vào sẽ thay đổi kế hoạch kiểm tra và chi phí.
• Liệt kê các yêu cầu kiểm tra. Đối với các bộ phận của cầu, hãy chỉ định loại mối hàn và mức độ kiểm tra không phá hủy. Cấu trúc tòa nhà thông thường có thể chấp nhận kiểm tra trực quan, trong khi cầu dành cho người đi bộ hoặc khung đỡ nặng có thể yêu cầu kiểm tra siêu âm hoặc hạt từ tính đối với các mối hàn quan trọng.
• Kiểm tra chi tiết niêm phong cuối. Quyết định xem phần rỗng cần đầu bịt kín hay lỗ thoát nước. Chi tiết nhỏ này ngăn ngừa sự ăn mòn bên trong và hư hỏng do đóng băng-tan băng trong các cấu trúc lộ thiên.
• So sánh các báo giá về chi phí lắp đặt chứ không phải giá mỗi tấn. Phần S355 được hoàn thiện nóng đắt hơn một chút có thể cho phép bộ phận nhỏ hơn, ít chất làm cứng hơn và vận chuyển rẻ hơn do trọng lượng giảm.

Trong bối cảnh cầu nối, hãy xác nhận rằng kích thước hồ sơ phù hợp với hệ thống mô-đun bạn đang sử dụng. Dây cung bên ngoài quá rộng 5 mm có thể làm xáo trộn hình dạng kết nối của toàn bộ đường dây bảng điều khiển. Cách tiếp cận an toàn nhất là chọn kích thước tiết diện rỗng từ tài liệu hệ thống cầu, trong đó khoảng cách kết nối và đường kính chốt đã được cố định.

Câu hỏi thường gặp về Hồ sơ thép rỗng

Sự khác biệt giữa SHS, RHS và CHS là gì?

SHS là tiết diện hình vuông có chiều rộng và chiều cao bằng nhau, RHS là tiết diện hình chữ nhật có hai kích thước bên ngoài khác nhau và CHS là tiết diện hình tròn. SHS được ưu tiên cho các cột và liên kết mômen, RHS được ưu tiên cho dầm và các cấu kiện có trục chắc chắn, và CHS được ưu tiên cho các cột chịu tải từ bất kỳ hướng nào, cọc biển và các kết cấu kiến ​​trúc lộ ra ngoài. Sự lựa chọn ảnh hưởng đến chi phí kết nối, hiệu quả uốn và khả năng chống xoắn.

Phần rỗng rẻ hơn hay đắt hơn phần I?

Các mặt cắt rỗng thường có giá cao hơn mỗi tấn so với các mặt cắt chữ I cán nóng vì quá trình tạo hình tiêu tốn thêm năng lượng. Tuy nhiên, đối với một cột hoặc một bộ phận chịu tải theo hai hướng, phần rỗng có cùng tải trọng có thể nhẹ hơn từ 10 đến 30%, do đó tổng chi phí chế tạo có thể thấp hơn. Việc so sánh chi phí luôn phải được thực hiện dựa trên chi phí lắp đặt của bộ phận, bao gồm chế tạo, vận chuyển, xử lý bề mặt và kết nối.

Cấu hình thép rỗng có thể được sử dụng làm dầm uốn không?

Đúng. Tiết diện rỗng hình chữ nhật là dầm rất tốt khi tải trọng chủ yếu theo một hướng, vì hình dạng tiết diện sâu mang lại khả năng chịu mômen cao và tường kín mang lại độ ổn định xoắn. Mặt cắt hình vuông và hình tròn cũng được sử dụng làm dầm trong dầm và khung lưới, nhưng hiệu suất uốn của chúng thấp hơn so với RHS có chiều rộng tương đương vì vật liệu không cách xa trục trung tính theo hướng uốn.

Lớp mặt cắt ngang trong thiết kế tiết diện rỗng là gì?

Lớp mặt cắt ngang là một hệ thống phân loại xác định khoảng cách một thành viên có thể đi trước khi xuất hiện hiện tượng oằn cục bộ trên các bức tường của nó. Loại 1 cho phép phân tích nhựa và bản lề nhựa, Loại 2 cho phép chịu mômen dẻo, Loại 3 chỉ cho phép chịu mômen đàn hồi và Loại 4 yêu cầu tính diện tích hiệu dụng. Cấp này được xác định chủ yếu bởi tỷ lệ chiều rộng trên chiều dày của tường phẳng và cường độ chảy của thép. Nói một cách đơn giản, tường càng dày tỷ lệ với chiều rộng thì đẳng cấp càng cao và khả năng uốn cong càng lớn.

Tường của phần rỗng nên dày bao nhiêu?

Đối với cột vuông điển hình trong tòa nhà, độ dày của tường thường bằng 4 đến 8% kích thước bên ngoài. Đối với dầm hình chữ nhật, độ dày thành thường nằm trong khoảng từ 3 đến 6 phần trăm kích thước lớn hơn. Cho phép sử dụng tường mỏng hơn nếu tiết diện thuộc Loại 3 hoặc Loại 4, nhưng thiết kế sẽ trở nên kém hiệu quả hơn do chiều rộng hiệu dụng giảm. Độ dày thành dưới 3 mm hiếm khi được sử dụng trong kết cấu cầu chính vì nó dễ bị hư hỏng cục bộ và các khuyết tật hình học trong quá trình hàn.

Phần rỗng có cần lỗ thoát nước không?

Có, nếu phần này tiếp xúc với thời tiết. Phần rỗng được bịt kín sẽ giữ lại sự ngưng tụ và nước xâm nhập qua các đường nối bị đứt hoặc các mối hàn bịt kín không đúng cách. Nước bên trong gây ra sự ăn mòn từ bên trong và có thể làm nứt ống khi xảy ra hiện tượng đóng băng. Các lỗ thoát nước có đường kính khoảng 10 đến 15 mm ở các điểm thấp cho phép nước thoát ra ngoài đồng thời giảm thiểu tổn thất diện tích mặt cắt. Khi phần rỗng được sử dụng làm bộ phận tiếp xúc bên ngoài với lớp mạ, thì các lỗ thông gió cũng cần thiết trong quá trình mạ.

Cấu hình thép rỗng có phù hợp với cầu mô-đun không?

Đúng. Cầu bảng mô-đun sử dụng rộng rãi các cấu hình khép kín cho các thành viên phụ, giằng, lan can và khung đỡ. Khả năng chống xoắn cao của biên dạng kín có giá trị để chống lại tải trọng gió ngang và độ lệch tâm của tải. Ngoài ra, các phần kín làm giảm diện tích bề mặt và do đó giảm chi phí lớp phủ, điều này rất quan trọng đối với gói cầu đúc sẵn lớn. Các hợp âm giàn chính của cầu Bailey tiêu chuẩn không phải là các đoạn rỗng vì thiết kế kết nối chốt dựa trên các tấm thép ép, mà các bộ phận hỗ trợ và các biến thể chịu tải nặng hơn sử dụng các cấu hình khép kín để đạt được công suất cao hơn. các hướng dẫn về khả năng chịu tải của cầu Bailey giải thích cách hệ thống được kết hợp với các yêu cầu về nhịp và tải.

Cấu hình thép rỗng không phải là một sản phẩm đơn lẻ mà là một nhóm các giải pháp kết cấu phải được lựa chọn, chỉ định và bảo vệ cẩn thận như bất kỳ thành phần kỹ thuật nào khác. Lộ trình sản xuất, loại vật liệu, độ dày của tường và cách xử lý bề mặt đều ảnh hưởng đến công suất, độ bền và chi phí lắp đặt cuối cùng. Đối với cột, tiết diện rỗng hình chữ nhật hoặc vuông cho khả năng chống oằn tốt hơn tiết diện hở có cùng khối lượng. Đối với giàn, các phần rỗng giúp giảm diện tích gió và đơn giản hóa các kết nối. Đối với một cây cầu tiếp xúc với thời tiết và tải trọng lặp đi lặp lại, các phần kín mạ kẽm chống ăn mòn và mỏi tốt hơn hầu hết các phần mở. Khi bạn chỉ định một cấu hình thép rỗng, hãy bắt đầu với kịch bản thiết kế, xác nhận lộ trình và cấp độ sản xuất, sau đó so sánh chi phí lắp đặt cho mỗi đơn vị chức năng. Trình tự đó tạo ra kết quả nhất quán cho các tòa nhà, công trình tạm thời, kết cấu chịu lực nặng và cầu mô-đun.