تحليل تصميم كومة الصلب الكربوني
تستخدم أكوام ألواح الصلب الكربونية على نطاق واسع في الهندسة المدنية للاحتفاظ بهياكل, سدود الانضاب, وأنظمة الأساس. يستكشف تحليل التصميم هذا السلوك الهيكلي للصلب الكربوني أكوام ورقة, التركيز على خصائصها المادية, ظروف التحميل, ومنهجيات التصميم. ويشمل جداول المعلمات, الصيغ, واعتبارات عملية لتوجيه المهندسين في تحسين تصميمات كومة الصفائح.
1. خصائص المواد لأكوام ورقة الصلب الكربوني
عادة ما يتم تصنيع أكوام ألواح الصلب الكربونية من درجات الصلب الكربوني منخفضة إلى متوسطة (على سبيل المثال, S235, S275, S355 لكل معايير), تقديم توازن بين القوة, ليونة, والتكلفة. تؤثر خصائص المواد على قدرة الوبر على مقاومة الانحناء, قص, والتوسيع المحلي.
| ملكية | قيمة | وحدة |
|---|---|---|
| قوة العائد (S_Y) | 235-500 | الكروب الذهنيه |
| قوة الشد النهائية (σ_u) | 360-600 | الكروب الذهنيه |
| معامل المرونة (ه) | 210 | GPA |
| نسبة بواسون (ن) | 0.3 | – |
| كثافة (ص) | 7850 | كجم/م3 |
2. معلمات التصميم
تشمل معلمات تصميم المفاتيح لأكوام ورقة الصلب الكربونية معامل القسم, لحظة الجمود, وقوة التعشيق, التي تحدد قدرتها على مقاومة الأحمال الجانبية والحفاظ على الاستقرار.
| المعلمة | رمز | النطاق النموذجي | وحدة |
|---|---|---|---|
| قسم المعامل | W | 500-5000 | CM³/م |
| لحظة من الجمود | أنا | 10,000-200000 | سم/م |
| سمك الحائط | t | 2-25 | مم |
| عرض | ب | 400-900 | مم |
| ارتفاع | h | 200-600 | مم |
3. شروط التحميل
تعرض أكوام الصفائح لضغط الأرض الجانبي, الضغط الهيدروستاتيكي, وأحمال الرسوم الإضافية. ضغط الأرض النشط (p_a) يتم حسابها باستخدام نظرية رانكين:
p_a = 0.5 × k_a × γ × H²
أين:
- p_a = ضغط الأرض النشط (kn/m²)
- k_a = معامل ضغط الأرض النشط = (1 – الخطيئة) / (1 + الخطيئة)
- γ = وزن وحدة التربة (kn/m³)
- H = ارتفاع الجدار (م)
- φ = زاوية الاحتكاك الداخلي (درجات)
للتربة الرملية النموذجية (φ = 30 درجة, ج = 18 kn/m³, H = 5 م), p_a = 75 kn/m².
4. التحليل الهيكلي
4.1 سعة لحظة الانحناء
الحد الأقصى لحظة الانحناء (م) يمكن أن تقاوم كومة الورقة:
M = σ_y × w / C_M
أين:
- م = سعة اللحظة (knm/m)
- σ_y = قوة العائد (الكروب الذهنيه)
- W = معامل القسم (CM³/م)
- γ_M = عامل أمان المواد (نموذجيا 1.15)
للحصول على كومة S355 (S_Y = 355 الكروب الذهنيه, ث = 1800 CM³/م), م = 555 knm/m.
4.2 انحراف
انحراف (د) تحت الحمل الجانبي يتم حسابها باستخدام نظرية الشعاع:
د = (W × L⁴) / (8 × و × i)
أين:
- Δ = أقصى انحراف (مم)
- W = الحمل الجانبي الموحد (kn/m)
- L = الطول المدمج (م)
- e = معامل المرونة (210 GPA)
- أنا = لحظة الجمود (سم/م)
ل W = 20 kn/m, L = 6 م, أنا = 50,000 سم/م, د ≈ 3.4 مم.
4.3 الازدحام المحلي
أقسام رقيقة الجدران تخاطر بالتوابل المحلية. إجهاد التواء الحرج (σ_cr) يكون:
σ_cr = k × (π² × ه) / [12 × (1 - N²) × (ب/ر)²]
أين:
- K = معامل الازدحام (على سبيل المثال, 4 لمجرد الحواف المدعومة)
- B/T = نسبة العرض إلى السمك
ل b/t = 50, σ_cr ≈ 336 الكروب الذهنيه, الذي يجب أن يتجاوز الإجهاد التطبيقي.
4.4 قوة التعشيق
قدرة القص المتشابكة (f_s) يضمن سلامة الجدار:
f_s = τ × a_interlock
أين:
- τ = قوة القص (≈ 0.6 × S_Y)
- a_interlock = منطقة التعشيق (مم)
ل σ_y = 355 الكروب الذهنيه, a_interlock = 200 مم, f_s ≈ 42.6 kn/m.
5. متطلبات التصميم
وتشمل الاعتبارات الرئيسية:
- عمق التضمين: تحددها توازن اللحظات والقوى, عادة 1.5-2 أضعاف الارتفاع المكشوف.
- تآكل: يتآكل الصلب الكربوني في البيئات البحرية; الطلاء الواقي أو البدلات (على سبيل المثال, 1-2 مم) مطلوب.
- ظروف القيادة: قد تتطلب التربة الصلبة أقسامًا أكثر سمكًا أو قوة عائد أعلى.
6. مثال على التصميم
ل 5 جدار الاحتفاظ بالتربة الرملية (φ = 30 درجة, ج = 18 kn/m³):
- p_a = 75 kn/m²
- مطلوب w = (P_A × H² / 8) × γ_M / S_Y = 1800 CM³/م (S355 الصلب)
- عمق التضمين ≈ 7.5 م (1.5ح)
حدد AZ 18-700 كوم (ث = 1800 CM³/م, S_Y = 355 الكروب الذهنيه).
الكربون كومة ألواح الصلب يتضمن التصميم موازنة قوة المواد, خصائص القسم, والأحمال البيئية. من خلال تطبيق الصيغ والمعلمات أعلاه, يمكن للمهندسين ضمان الاستقرار, أمان, والكفاءة في التطبيقات التي تتراوح من cofferdams المؤقتة إلى الهياكل الاحتفاظ الدائمة.
كان استخدام أكوام الأنابيب في بناء الأساس خيارا شائعا لسنوات عديدة. تستخدم أكوام الأنابيب لنقل حمولة الهيكل إلى أعمق, طبقة أكثر استقرارا من التربة أو الصخور.
فوائد دعامات الأنابيب يوفر استخدام دعامات الأنابيب في البناء العديد من المزايا الملحوظة: القوة والقدرة على التحمل: تشتهر دعامات الأنابيب بنسبة القوة العالية إلى الوزن. تقوم الأنابيب المترابطة بتوزيع الأحمال بالتساوي, مما أدى إلى هيكل قوي وموثوق. وهذا يسمح ببناء مسافات كبيرة دون الحاجة إلى أعمدة أو كمرات دعم زائدة.
يعتمد معيار الأنابيب غير الملحومة لنقل السوائل على البلد أو المنطقة التي تتواجد فيها, وكذلك التطبيق المحدد. لكن, بعض المعايير الدولية المستخدمة على نطاق واسع للأنابيب غير الملحومة لنقل السوائل هي: أستم A106: هذه هي المواصفة القياسية لأنابيب الصلب الكربوني غير الملحومة للخدمة في درجات الحرارة العالية في الولايات المتحدة. ويستخدم عادة في محطات الطاقة, المصافي, والتطبيقات الصناعية الأخرى حيث توجد درجات حرارة وضغوط عالية. ويغطي الأنابيب في الدرجات أ, ب, و ج, مع خصائص ميكانيكية مختلفة اعتمادا على الصف. API 5L: هذه هي المواصفات القياسية لأنابيب الخطوط المستخدمة في صناعة النفط والغاز. ويغطي الأنابيب الفولاذية الملحومة وغير الملحومة لأنظمة نقل خطوط الأنابيب, بما في ذلك أنابيب لنقل الغاز, الماء, والنفط. تتوفر أنابيب API 5L بدرجات مختلفة, مثل X42, X52, X60, وX65, اعتمادا على خصائص المواد ومتطلبات التطبيق. أستم A53: هذه هي المواصفة القياسية للأنابيب الفولاذية المجلفنة السوداء والملحومة بالغمس الساخن المستخدمة في مختلف الصناعات., بما في ذلك تطبيقات نقل السوائل. ويغطي الأنابيب في درجتين, أ و ب, مع خصائص ميكانيكية مختلفة والاستخدامات المقصودة. من 2448 / في 10216: هذه هي المعايير الأوروبية للأنابيب الفولاذية غير الملحومة المستخدمة في تطبيقات نقل السوائل, بما في ذلك الماء, غاز, والسوائل الأخرى. اقرأ أكثر
تم تصميم الأنابيب غير الملحومة الناقلة للسوائل لمقاومة أنواع مختلفة من التآكل اعتمادًا على المادة المستخدمة والتطبيق المحدد. تشمل بعض أنواع التآكل الأكثر شيوعًا والتي تم تصميم هذه الأنابيب لمقاومتها: التآكل الموحد: هذا هو النوع الأكثر شيوعا من التآكل, حيث يتآكل كامل سطح الأنبوب بشكل موحد. لمقاومة هذا النوع من التآكل, غالبًا ما تكون الأنابيب مصنوعة من مواد مقاومة للتآكل, مثل الفولاذ المقاوم للصدأ أو المبطنة بطبقات واقية. التآكل الجلفاني: يحدث هذا عندما يكون معدنان مختلفان على اتصال مع بعضهما البعض في وجود المنحل بالكهرباء, مما يؤدي إلى تآكل المعدن الأكثر نشاطا. لمنع التآكل كلفاني, يمكن تصنيع الأنابيب من معادن مماثلة, أو يمكن عزلها عن بعضها البعض باستخدام المواد العازلة أو الطلاءات. تأليب التآكل: الحفر هو شكل موضعي من التآكل يحدث عندما تصبح المناطق الصغيرة على سطح الأنبوب أكثر عرضة للهجوم, مما يؤدي إلى تكوين حفر صغيرة. يمكن منع هذا النوع من التآكل باستخدام مواد ذات مقاومة عالية للتنقر, مثل سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ مع إضافة الموليبدينوم, أو عن طريق تطبيق الطلاءات الواقية. تآكل الشقوق: يحدث تآكل الشقوق في المساحات الضيقة أو الفجوات بين سطحين, هذه اقرأ أكثر
شاشات سلكية إسفين, تُعرف أيضًا باسم شاشات الأسلاك الشخصية, تُستخدم بشكل شائع في مختلف الصناعات لقدراتها الفائقة على الفحص. وهي مصنوعة من سلك على شكل مثلث,
2 7/8في J55 K55، تعتبر أنابيب غلاف الآبار المثقبة واحدة من المنتجات الأساسية للصلب, يمكن استخدامها للمياه, زيت, حقول حفر آبار الغاز. يمكن توفير السماكة من 5.51 إلى 11.18 ملم بناءً على عمق بئر العميل والخواص الميكانيكية المطلوبة. عادة يتم تزويدهم بوصلة خيطية, مثل نيو أو الاتحاد الأوروبي, والتي سيكون من الأسهل تثبيتها في الموقع. يتوفر طول أنابيب الغلاف المثقبة من 3 إلى 12 مترًا لارتفاعات منصات الحفر المختلفة للعميل. يتم أيضًا تخصيص قطر الثقب والمنطقة المفتوحة على السطح. قطر الثقب الشائع هو 9 ملم, 12مم, 15مم, 16مم, 19مم, إلخ.
