Análisis de diseño de chapa de acero al carbono
Las pilas de láminas de acero al carbono se utilizan ampliamente en ingeniería civil para estructuras de retención, ataguías, y sistemas fundamentales. Este análisis de diseño explora el comportamiento estructural del acero al carbono. Tablestacas, Centrarse en sus propiedades de material, Condiciones de carga, y metodologías de diseño. Incluye tablas de parámetros, fórmulas, y consideraciones prácticas para guiar a los ingenieros para optimizar los diseños de las hojas.
1. Propiedades del material de las montones de láminas de acero al carbono
Las pilas de láminas de acero al carbono generalmente se fabrican con grados de acero al carbono bajo a mediano (p.ej., S235, S275, S355 por estándares), ofreciendo un equilibrio de fuerza, ductilidad, y costo. Las propiedades del material influyen en la capacidad de la pila para resistir la flexión, cortar, y pandeo local.
| Propiedad | Valor | Unidad |
|---|---|---|
| Fuerza de producción (S_y) | 235–500 | MPa |
| Resistencia a la tracción definitiva (Σ_u) | 360–600 | MPa |
| Módulo de elasticidad (mi) | 210 | GPA |
| La relación de Poisson (norte) | 0.3 | – |
| Densidad (riñonal) | 7850 | kg/m³ |
2. Parámetros de diseño
Los parámetros de diseño clave para las pilas de láminas de acero al carbono incluyen módulo de sección, Momento de inercia, y fuerza de enclavamiento, que determinan su capacidad para resistir las cargas laterales y mantener la estabilidad.
| Parámetro | Símbolo | Rango típico | Unidad |
|---|---|---|---|
| Módulo de sección | W | 500–5000 | cm³/m |
| Momento de inercia | I | 10,000–200,000 | cm⁴/m |
| Espesor de pared | t | 2–25 | milímetros |
| Ancho | b | 400–900 | milímetros |
| Altura | h | 200–600 | milímetros |
3. Condiciones de carga
Las pilas de la hoja están sujetas a presión de tierra lateral, presión hidrostática, y cargas de recargo. La presión de la tierra activa (Pensilvania) se calcula utilizando la teoría de Rankine:
P_A = 0.5 × K_A × γ × H²
Dónde:
- P_a = presión de tierra activa (KN/m²)
- K_a = coeficiente de presión de tierra activa = (1 – sinφ) / (1 + sinφ)
- γ = Peso unitario del suelo (KN/M³)
- H = altura de la pared (m)
- φ = ángulo de fricción interna (grados)
Para un suelo arenoso típico (Φ = 30 °, C = 18 KN/M³, H = 5 m), P_A = 75 KN/m².
4. Análisis estructural
4.1 Capacidad de momento de flexión
El momento de flexión máxima (METRO) una pila de hojas puede resistir es:
M = σ_y × W / CENTÍMETRO
Dónde:
- M = capacidad de momento (KNM/M)
- σ_y = fuerza de rendimiento (MPa)
- W = módulo de sección (cm³/m)
- γ_M = Factor de seguridad del material (típicamente 1.15)
Para una pila S355 (S_y = 355 MPa, W = 1800 cm³/m), M = 555 KNM/M.
4.2 Desviación
Desviación (d) bajo la carga lateral se calcula utilizando la teoría del haz:
d = (W × L⁴) / (8 × y × I)
Dónde:
- Δ = deflexión máxima (milímetros)
- w = carga lateral uniforme (KN/M)
- L = longitud incrustada (m)
- E = módulo de elasticidad (210 GPA)
- I = momento de inercia (cm⁴/m)
Para w = 20 KN/M, L = 6 m, I = 50,000 cm⁴/m, d ≈ 3.4 milímetros.
4.3 Pandeo local
Secciones de paredes delgadas arriesgan pandeo local. El estrés crítico de pandeo (σ_CR) es:
σ_cr = k × (Π² × e) / [12 × (1 - n²) × (b/t)²]
Dónde:
- K = coeficiente de pandeo (p.ej., 4 para bordes simplemente compatibles)
- B/T = Relación de ancho a grosor
Para b/t = 50, σ_cr ≈ 336 MPa, que debe exceder el estrés aplicado.
4.4 Fuerza de enclavamiento
Capacidad de cizallamiento de enclavamiento (F_S) Asegura la integridad de la pared:
F_s = τ × a_interlock
Dónde:
- τ = fuerza cortante (≈ 0.6 × S_Y)
- A_interlock = área de enclavamiento (mm²)
Para σ_y = 355 MPa, A_interlock = 200 mm², F_s ≈ 42.6 KN/M.
5. Consideraciones de diseño
Las consideraciones clave incluyen:
- Profundidad de incrustación: Determinado por el equilibrio de momentos y fuerzas, típicamente 1.5–2 veces la altura expuesta.
- Corrosión: El acero al carbono corroe en ambientes marinos; revestimientos o asignaciones protectores (p.ej., 1–2 mm) son necesarios.
- Condiciones de manejo: Los suelos duros pueden requerir secciones más gruesas o mayor resistencia al rendimiento.
6. Diseño de ejemplo
Por un 5 m la pared de retención en suelo arenoso (Φ = 30 °, C = 18 KN/M³):
- P_A = 75 KN/m²
- Requerido w = (P_A × H² / 8) × γ_M / S_y = 1800 cm³/m (Acero S355)
- Profundidad de incrustación ≈ 7.5 m (1.5H)
Seleccione un AZ 18-700 montón (W = 1800 cm³/m, S_y = 355 MPa).
Carbón pilote de chapa de acero El diseño implica equilibrar la fuerza del material, propiedades de la sección, y cargas ambientales. Aplicando las fórmulas y parámetros anteriores, Los ingenieros pueden garantizar la estabilidad, seguridad, y eficiencia en aplicaciones que van desde cofferdams temporales hasta estructuras de retención permanentes.
El uso de pilotes tubulares en la construcción de cimientos ha sido una opción popular durante muchos años.. Los pilotes tubulares se utilizan para transferir la carga de una estructura a un lugar más profundo., capa más estable de suelo o roca.
Beneficios de las armaduras de tuberías El uso de armaduras de tuberías en la construcción ofrece varias ventajas notables: Resistencia y capacidad de carga: Las armaduras de tuberías son reconocidas por su alta relación resistencia-peso.. Los tubos interconectados distribuyen las cargas uniformemente., dando como resultado una estructura robusta y confiable. Esto permite la construcción de grandes luces sin la necesidad de excesivas columnas o vigas de soporte..
El estándar para tuberías sin costura para el transporte de fluidos depende del país o región en el que se encuentre., así como la aplicación específica. Sin embargo, Algunas normas internacionales ampliamente utilizadas para tuberías sin costura para el transporte de fluidos son: ASTM A106: Esta es una especificación estándar para tubos de acero al carbono sin costura para servicio de alta temperatura en los Estados Unidos.. Se utiliza comúnmente en plantas de energía., refinerías, y otras aplicaciones industriales donde están presentes altas temperaturas y presiones. Cubre tuberías en grados A., B, y C, con propiedades mecánicas variables según el grado. API 5L: Esta es una especificación estándar para tuberías utilizadas en la industria del petróleo y el gas.. Cubre tubos de acero soldados y sin costura para sistemas de transporte por tuberías., incluyendo tuberías para transportar gas, agua, y aceite. Las tuberías API 5L están disponibles en varios grados., como X42, X52, X60, y X65, dependiendo de las propiedades del material y los requisitos de aplicación. ASTM A53: Esta es una especificación estándar para tubos de acero galvanizados en caliente y negros sin costura y soldados utilizados en diversas industrias., incluidas aplicaciones de transporte de fluidos. Cubre tuberías en dos grados., A y B, con diferentes propiedades mecánicas y usos previstos. DE 2448 / EN 10216: Estas son las normas europeas para tubos de acero sin costura utilizados en aplicaciones de transporte de fluidos., incluyendo agua, gas, y otros fluidos. Leer más
Las tuberías sin costura para el transporte de fluidos están diseñadas para resistir varios tipos de corrosión según el material utilizado y la aplicación específica.. Algunos de los tipos más comunes de corrosión que estas tuberías están diseñadas para resistir incluyen: Corrosión uniforme: Este es el tipo de corrosión más común., donde toda la superficie de la tubería se corroe uniformemente. Para resistir este tipo de corrosión, Las tuberías suelen estar hechas de materiales resistentes a la corrosión., como acero inoxidable o revestidos con revestimientos protectores. Corrosión galvánica: Esto ocurre cuando dos metales diferentes están en contacto entre sí en presencia de un electrolito., lo que lleva a la corrosión del metal más activo. Para prevenir la corrosión galvánica, Las tuberías pueden estar hechas de metales similares., o pueden aislarse entre sí mediante materiales o revestimientos aislantes. Corrosión por picadura: Las picaduras son una forma localizada de corrosión que ocurre cuando áreas pequeñas en la superficie de la tubería se vuelven más susceptibles al ataque., conduciendo a la formación de pequeños hoyos. Este tipo de corrosión se puede prevenir utilizando materiales con alta resistencia a las picaduras., como aleaciones de acero inoxidable con molibdeno añadido, o aplicando recubrimientos protectores. Corrosión por grietas: La corrosión por grietas ocurre en espacios estrechos o espacios entre dos superficies., semejante Leer más
Cribas de alambre tipo cuña, también conocido como pantallas de alambre de perfil, Se utilizan comúnmente en diversas industrias por sus capacidades de detección superiores.. Están construidos con alambre de forma triangular.,
2 7/8En J55 K55, la tubería de revestimiento de pozo perforado es uno de los principales productos de acero que fabricamos., se pueden usar para agua, aceite, campos de perforación de pozos de gas. Los espesores se pueden suministrar desde 5,51 a 11,18 mm según la profundidad del pozo del cliente y las propiedades mecánicas requeridas.. Normalmente están provistos de conexión roscada., como NUE o EUE, que será más fácil de instalar en el sitio. La longitud de los tubos de revestimiento perforados de 3 a 12 m está disponible para las diferentes alturas de las plataformas de perforación del cliente.. El diámetro del orificio y el área abierta en la superficie también se personalizan. Los diámetros de agujero más populares son 9 mm., 12milímetros, 15milímetros, 16milímetros, 19milímetros, etc..
