ما هي سعة تحميل عمود الأنابيب الفولاذية؟
إن سعة الحمولة لعمود الأنابيب الفولاذية، والمعروفة أيضًا باسم عمود المقطع المجوف الدائري (CHS)، هي القوة المحورية القصوى التي يمكن للعضو دعمها قبل حدوث فشل المواد أو عدم الاستقرار الهيكلي. بالنسبة لمعظم تطبيقات البناء، يعد الضغط المحوري الذي يحكمه الاستقرار هو حالة حدود التصميم الحرجة.
في الهندسة الإنشائية، يتم تقييم سعة العمود في ثلاث حالات أساسية:
مقاومة الضغط المحوري:يحمل العمود ضغطًا رأسيًا فقط. نظرًا لأن الأنبوب الدائري له نفس نصف قطر الدوران في جميع الاتجاهات وصلابة انثناء موحدة، فهو المقطع العرضي الأكثر كفاءة- للضغط المحوري.
تفاعل عمود الشعاع-:يحمل العمود كلا من القوة المحورية وعزم الانحناء، على سبيل المثال تحت تأثير الرياح الأفقية أو القوى الزلزالية أو التحميل اللامركزي. ثم يتم استخدام معادلات تفاعل الإجهاد المجمعة.
مقاومة القص:القدرة على مقاومة قوى القص الجانبية مثل قوة دفع الرياح أو الحركة الزلزالية.
العوامل الرئيسية المؤثرة على سعة عمود CHS
| عامل | التأثير الهيكلي | مرجع الكود والمعلمة الأساسية |
|---|---|---|
| درجة الصلب | يحدد قوة الخضوع. تسمح الدرجات الأعلى مثل S355 (EN 10025-2) أو A500 Grade C (ASTM) بأحمال أعلى في الأعمدة القصيرة | آيسك 360، إن 1993-1-1؛ السنة المالية=الحد الأدنى لقوة الخضوع المحددة |
| نسبة النحافة | نسبة الطول الفعال إلى نصف قطر الدوران؛ وكلما زاد، انخفض عامل تخفيض الإبزيم | لامدا=KL/r; إجهاد الإبزيم المرن لأويلر Fe=pi تربيع E / تربيع لامدا |
| شروط الحدود | يتحكم ثبات النهاية (المثبت، الثابت، الكابولي) في عامل الطول الفعال K، من 0.5 للثابت-الثابت إلى 2.0 للكابولي | جداول العامل K في AISC 360 وEN 1993-1-1 |
| التواء محلي (نسبة D/t) | قد تنثني الأنابيب ذات الجدران الرفيعة-محليًا قبل التواء الانحناء العام | EN 1993-1-1 يصنف CHS حسب D/t؛ يحدد القسم B4 من AISC 360 حدود الاكتناز |
كيفية حساب السعة التحميلية لعمود الأنابيب الفولاذية
تتم عملية التحقق عبر {{0}إجراء متعدد المراحل. وفقًا لـ AISC 360-16 وEN 1993-1-1، تعد الخطوات التالية قياسية بالنسبة لعمود تحت الضغط المحوري:
الخطوة 1: حساب خصائص القسم
بالنسبة لقسم مجوف دائري بقطر خارجي D وسمك الجدار t:
المساحة: A=pi/4 مضروبًا في (D تربيع ناقص d تربيع)، حيث d=D ناقص 2t
لحظة القصور الذاتي: I=pi/64 مضروبًا في (D للأس الرابع ناقص d للأس الرابع)
نصف قطر الدوران: r=الجذر التربيعي لـ (I/A)
الخطوة 2: تحديد الطول الفعال والنحافة
احسب نسبة النحافة من الطول غير المدعوم L وعامل الطول الفعال K: lambda=KL/r.
الخطوة 3: تطبيق قوة الإبزيم
بالنسبة للأعمدة الرفيعة، فإن حمل الإبزيم المرن لأويلر هو Ncr=pi تربيع EI / (KL) تربيع. ومن الناحية العملية، تعمل رموز التصميم على تقليل القوة الاسمية من خلال عامل التواء يعتمد على العيوب الأولية والضغوط المتبقية. يستخدم EN 1993-1-1 منحنيات الإبزيم مع عامل التخفيض تشي؛ يستخدم AISC 360-16 معادلات الإبزيم غير المرن والمرونة اعتمادًا على النحافة بالنسبة إلى 4.71 أضعاف الجذر التربيعي لـ (E/Fy).
مثال عملي (AISC 360-16، كمرجع فقط)
منح:ASTM A500 Grade C round HSS، Fy=315 MPa (46 ksi اسمي)، E=200،000 MPa؛ القطر الخارجي=273 مم؛ سمك الجدار=10 ملم؛ الطول=4,000 مم، مثبت من كلا الطرفين (K=1.0).
خصائص القسم:=8,262 مم مربع؛ ص=93.1 ملم
النحافة: لامدا=(1.0 × 4000) / 93.1=43.0
إجهاد الإبزيم المرن: Fe=pi تربيع E / تربيع لامدا=1,069.8 ميجا باسكال
نظرًا لأن 43.0 أقل من 4.71 × الجذر التربيعي لـ (200,000/315)=118.7، تنطبق معادلة التواء غير المرن: Fcr=0.658 مرفوعًا إلى (Fy/Fe) مضروبًا في Fy=278.5 MPa
السعة الاسمية: Pn=Fcr x A=278.5 x 8,262=2,300.8 كيلو نيوتن
قوة تصميم LRFD: phi cx Pn=0.9 x 2,300.8=2,070.7 كيلو نيوتن
السعة المسموح بها لـ ASD: Pn / Omega c=2,300.8 / 1.67=1,377.7 كيلو نيوتن
ملحوظة: Pn هي القوة الاسمية النظرية بدون عوامل الأمان. يجب التحقق من الحجم النهائي من قبل مهندسين إنشائيين مرخصين باستخدام كود البناء المعمول به، وشهادات مطحنة المواد الفعلية وظروف التحميل الحقيقية للمشروع.
دليل اختيار أعمدة الأنابيب الفولاذية
يتطلب اختيار القسم المجوف الدائري الأمثل موازنة الأحمال المحسوبة مع قيود الموقع والتصنيع:
تحديد شروط الحدود والطول الفعال:تأكد من نوع الاتصال عند كلا الطرفين، لأنه يتحكم بشكل مباشر في مقاومة التواء الانحناء الشامل.
تحسين نسبة D/t:بالنسبة للأعمدة القصيرة المحملة بكثافة، استخدم جدرانًا أكثر سمكًا (عمق/طن أقل) ودرجات فولاذية أعلى للاستفادة من قوة الخضوع؛ بالنسبة للأعضاء النحيلة، فإن زيادة القطر الخارجي هي الطريقة الأكثر فعالية لزيادة نصف قطر الدوران ومقاومة الالتواء.
التحقق من الامتثال للتعليمات البرمجية والتفاوتات في التصنيع:التصميم وفقًا لرمز المشروع، على سبيل المثال AISC 360 أو Eurocode 3 أو AS 4100، والشراء من المصنعين الذين يتمتعون بمراقبة الجودة التي تحافظ على العيوب الهندسية والضغوط المتبقية ضمن الحدود المسموح بها للكود -.
باعتبارنا مصنعًا، نقوم بتوريد أعمدة الأنابيب بدرجات المواد من Q235B إلى Q420 وS235 إلى S355 (EN 10025)، بالإضافة إلى ASTM A36 وA572 Grade 50/60، بأقطار خارجية من 114 مم إلى 3000 مم وما فوق، وسمك الجدار من 4 مم إلى 120 مم، وأطوال مقطع فردي من 3 م إلى 3 م 15 م، اللحام SAW أو GMAW، السفع بالخردق إلى Sa 2.5 باستخدام مادة تمهيدية غنية بالإيبوكسي الزنك- أو الجلفنة بالغمس الساخن-، وNDT وفقًا لمواصفات المشروع. هذه هي قدراتنا التصنيعية؛ جميع الأبعاد والدرجات النهائية تتبع تصميم المشروع.
قم بإرسال أحمال الأعمدة الخاصة بك لمراجعة الحجم
التعليمات
كيف يمكن زيادة سعة الحمولة لعمود الأنابيب الفولاذية الموجود؟
تشتمل طرق التقوية الشائعة على ملء الأنبوب بالخرسانة (أنبوب فولاذي مملوء بالخرسانة-CFST)، ولحام أدوات تقوية أو أقسام إضافية لزيادة المقطع العرضي-، وتقليل الطول الفعال عن طريق إضافة دعامات جانبية أو عوارض متقاطعة.
كيف يؤثر ملء الخرسانة على سعة الحمولة؟
تعمل الأنابيب الفولاذية المملوءة بالخرسانة- على زيادة السعة المحورية بشكل كبير من خلال الحركة المركبة: حيث يقوم الأنبوب الفولاذي بحصر الخرسانة وزيادة قوة الضغط، بينما يمنع قلب الخرسانة التواء الغلاف الفولاذي إلى الداخل. تمت معالجة هذا السلوك في الفصل الأول من AISC 360 وEN 1994-1-1 (Eurocode 4).
هل يمكن استخدام صيغة أويلر لجميع الأعمدة؟
لا، صيغة أويلر تصف التواء مرن للأعمدة الرفيعة جدًا. بالنسبة للأعمدة المتوسطة والقصيرة، يجب مراعاة إنتاج المواد والتأثيرات غير المرنة باستخدام معادلات التصميم الخاصة بالكود المطبق.
ما هو الحد الأقصى لنسبة D/t للالتواء المحلي؟
بموجب EN 1993-1-1، يتم تصنيف المقاطع المجوفة الدائرية باستخدام الجذر التربيعي epsilon=لـ (235/Fy): تتطلب المقاطع المضغوطة من الفئتين 1 و2 D/t أقل من أو تساوي 50 إبسيلون؛ تتطلب الفئة 3 D/t أقل من أو يساوي 70 إبسيلون؛ أعلى من 70 إبسيلون، يكون القسم من الفئة 4 ويجب استخدام مقطع عرضي فعال لمراعاة التواء الموضعي.
هل التحميل اللامركزي يقلل من سعة الحمولة؟
نعم، بشكل ملحوظ. يقدم الحمل اللامركزي لحظة انحناء إضافية، ويتم التحقق من القوة المحورية والعزم المشتركين من خلال معادلات التفاعل. يتطلب هذا عادةً تقليل الحمل المحوري الأقصى المسموح به.
ما الفرق بين القدرة الاسمية والتصميمية والمسموح بها؟
السعة الاسمية (Pn) هي القوة النظرية بدون عوامل الأمان. تطبق قوة تصميم LRFD عامل المقاومة (phi c=0.9 للضغط)، بينما يتم تقسيم السعة المسموح بها لـ ASD على عامل الأمان (Omega c=1.67). يجب أن تشير وثائق التصميم بوضوح إلى التنسيق المستخدم.