Análise de projeto de pilha de folha de aço carbono
As estacas de chapas de aço carbono são amplamente utilizadas em engenharia civil para estruturas de retenção, ensecadeiras, e sistemas de fundação. Esta análise de projeto explora o comportamento estrutural do aço carbono estacas pranchas, focando em suas propriedades materiais, condições de carregamento, e metodologias de design. Inclui tabelas de parâmetros, fórmulas, e considerações práticas para orientar os engenheiros para otimizar projetos de pilha de lençolas.
1. Propriedades do material de pilhas de chapas de aço carbono
As estacas de folha de aço carbono são tipicamente fabricadas a partir de graus de aço carbono baixo a médio (por exemplo., S235, S275, S355 por padrões), oferecendo um equilíbrio de força, ductilidade, e custo. As propriedades do material influenciam a capacidade da pilha de resistir à flexão, cisalhamento, e flambagem local.
| Propriedade | Valor | Unidade |
|---|---|---|
| Força de rendimento (S_Y) | 235–500 | Mpa |
| Força de tração final (Σ_u) | 360–600 | Mpa |
| Módulo de elasticidade (E) | 210 | GPA |
| Proporção de Poisson (n) | 0.3 | – |
| Densidade (r) | 7850 | kg/m³ |
2. Parâmetros de design
Os parâmetros de projeto -chave para estacas de folha de aço carbono incluem módulo de seção, momento de inércia, e força de intertravamento, que determinam sua capacidade de resistir a cargas laterais e manter a estabilidade.
| Parâmetro | Símbolo | Faixa típica | Unidade |
|---|---|---|---|
| Módulo da seção | W | 500–5000 | cm³/m |
| Momento de inércia | EU | 10,000–200.000 | cm⁴/m |
| Espessura da parede | t | 2–25 | milímetros |
| Largura | b | 400–900 | milímetros |
| Altura | h | 200–600 | milímetros |
3. Condições de carregamento
As estacas de folha são submetidas à pressão da terra lateral, pressão hidrostática, e cargas de sobretaxa. A pressão da terra ativa (P_a) é calculado usando a teoria de Rankine:
P_a = 0.5 × k_a × γ × h²
Onde:
- P_a = pressão ativa da terra (kn/m²)
- K_a = coeficiente de pressão da terra ativa = (1 – sinφ) / (1 + sinφ)
- γ = peso da unidade do solo (kn/m³)
- H = altura da parede (m)
- φ = ângulo de atrito interno (graus)
Para um solo arenoso típico (Φ = 30 °, C = 18 kn/m³, H = 5 m), P_a = 75 kn/m².
4. Análise Estrutural
4.1 Capacidade do momento de flexão
O momento de flexão máxima (M) Uma pilha de folha pode resistir é:
M = σ_Y × W / CM
Onde:
- M = Capacidade do momento (knm/m)
- σ_Y = força de escoamento (Mpa)
- W = módulo de seção (cm³/m)
- γ_m = fator de segurança do material (tipicamente 1.15)
Para uma pilha S355 (S_y = 355 Mpa, W = 1800 cm³/m), M = 555 knm/m.
4.2 Deflexão
Deflexão (d) Sob a carga lateral é calculada usando a teoria do feixe:
d = (W × L⁴) / (8 × e × i)
Onde:
- Δ = deflexão máxima (milímetros)
- W = carga lateral uniforme (kn/m)
- L = comprimento incorporado (m)
- E = módulo de elasticidade (210 GPA)
- I = momento de inércia (cm⁴/m)
Para w = 20 kn/m, L = 6 m, I = 50,000 cm⁴/m, d ≈ 3.4 milímetros.
4.3 Flambagem local
Seções de paredes finas correm o risco de flambagem local. O estresse crítico de flambagem (σ_cr) é:
σ_cr = k × (Π² × e) / [12 × (1 - N²) × (b/t)²]
Onde:
- k = coeficiente de flambagem (por exemplo., 4 Para bordas simplesmente suportadas)
- B/T = proporção de largura/espessura
Para b/t = 50, σ_cr ≈ 336 Mpa, que deve exceder o estresse aplicado.
4.4 Força de intertravamento
Capacidade de cisalhamento de intertravamento (F_s) Garante a integridade da parede:
F_s = τ × a_interlock
Onde:
- τ = força de cisalhamento (≈ 0.6 × S_Y)
- A_interlock = área de intertravamento (mm²)
Para σ_Y = 355 Mpa, A_interlock = 200 mm², F_s ≈ 42.6 kn/m.
5. Considerações de design
As principais considerações incluem:
- Profundidade de incorporação: Determinado pelo equilíbrio de momentos e forças, normalmente 1,5 a 2 vezes a altura exposta.
- Corrosão: O aço carbono corroe em ambientes marinhos; Revestimentos de proteção ou subsídios (por exemplo., 1–2 mm) são necessários.
- Condições de direção: Solos duros podem exigir seções mais espessas ou maior resistência ao escoamento.
6. Exemplo de design
Para um 5 M Muro de retenção em solo arenoso (Φ = 30 °, C = 18 kn/m³):
- P_a = 75 kn/m²
- Exigido w = (P_a × h² / 8) × γ_m / S_y = 1800 cm³/m (Aço S355)
- Profundidade de incorporação ≈ 7.5 m (1.5H)
Selecione um AZ 18-700 pilha (W = 1800 cm³/m, S_y = 355 Mpa).
Carbono estaca de chapa de aço O design envolve o equilíbrio da força do material, Propriedades da seção, e cargas ambientais. Aplicando as fórmulas e parâmetros acima, Os engenheiros podem garantir a estabilidade, segurança, e eficiência em aplicações que variam de cofferdams temporários a estruturas de retenção permanentes.
O uso de estacas tubulares na construção de fundações tem sido uma escolha popular há muitos anos.. As estacas tubulares são usadas para transferir a carga de uma estrutura para uma área mais profunda., camada mais estável de solo ou rocha.
Benefícios das treliças de tubos O uso de treliças de tubos na construção oferece várias vantagens notáveis: Força e capacidade de carga: As treliças de tubos são conhecidas por sua alta relação resistência/peso. Os tubos interligados distribuem as cargas uniformemente, resultando em uma estrutura robusta e confiável. Isto permite a construção de grandes vãos sem a necessidade de colunas ou vigas de apoio excessivas.
O padrão para tubos sem costura para transporte de fluidos depende do país ou região em que você está, bem como a aplicação específica. No entanto, alguns padrões internacionais amplamente utilizados para tubos sem costura para transporte de fluidos são: ASTM A106: Esta é uma especificação padrão para tubos de aço carbono sem costura para serviços em altas temperaturas nos Estados Unidos. É comumente usado em usinas de energia, refinarias, e outras aplicações industriais onde estão presentes altas temperaturas e pressões. Abrange tubos em graus A, B, e C, com propriedades mecânicas variáveis dependendo do grau. API 5L: Esta é uma especificação padrão para tubos usados na indústria de petróleo e gás.. Abrange tubos de aço sem costura e soldados para sistemas de transporte por dutos, incluindo tubos para transporte de gás, água, e óleo. Os tubos API 5L estão disponíveis em vários graus, como X42, X52, X60, e X65, dependendo das propriedades do material e dos requisitos de aplicação. ASTM A53: Esta é uma especificação padrão para tubos de aço preto e galvanizado por imersão a quente, sem costura e soldados, usados em vários setores., incluindo aplicações de transporte de fluidos. Cobre tubos em dois graus, A e B, com diferentes propriedades mecânicas e usos pretendidos. DE 2448 / EM 10216: Estas são as normas europeias para tubos de aço sem costura utilizados em aplicações de transporte de fluidos, incluindo água, gás, e outros fluidos. Consulte Mais informação
Os tubos sem costura para transporte de fluidos são projetados para resistir a vários tipos de corrosão, dependendo do material utilizado e da aplicação específica. Alguns dos tipos mais comuns de corrosão aos quais esses tubos são projetados para resistir incluem: Corrosão uniforme: Este é o tipo mais comum de corrosão, onde toda a superfície do tubo corrói uniformemente. Para resistir a este tipo de corrosão, os tubos geralmente são feitos de materiais resistentes à corrosão, como aço inoxidável ou revestido com revestimentos protetores. Corrosão galvânica: Isso ocorre quando dois metais diferentes estão em contato um com o outro na presença de um eletrólito., levando à corrosão do metal mais ativo. Para evitar corrosão galvânica, tubos podem ser feitos de metais semelhantes, ou podem ser isolados uns dos outros usando materiais isolantes ou revestimentos. Corrosão localizada: Pitting é uma forma localizada de corrosão que ocorre quando pequenas áreas na superfície do tubo se tornam mais suscetíveis ao ataque, levando à formação de pequenas covas. Este tipo de corrosão pode ser evitado usando materiais com alta resistência à corrosão., como ligas de aço inoxidável com adição de molibdênio, ou aplicando revestimentos protetores. Corrosão intersticial: A corrosão em fendas ocorre em espaços estreitos ou lacunas entre duas superfícies, tal Consulte Mais informação
Telas de arame em cunha, também conhecidas como telas de arame de perfil, são comumente usados em vários setores por suas capacidades de triagem superiores. Eles são construídos com arame de formato triangular,
2 7/8no tubo de revestimento de poço perfurado J55 K55 é um dos principais produtos de aço inoxidável, eles podem ser usados para água, óleo, campos de perfuração de poços de gás. As espessuras podem ser fornecidas de 5,51 a 11,18 mm com base na profundidade do poço do cliente e nas propriedades mecânicas exigidas. Normalmente eles são fornecidos com conexão de rosca, como NUE ou EUE, que será mais fácil de instalar no local. O comprimento de tubos de revestimento perfurados de 3 a 12 m está disponível para diferentes alturas de plataformas de perfuração do cliente. O diâmetro do furo e a área aberta na superfície também são personalizados. Os diâmetros de furo populares são 9mm, 12milímetros, 15milímetros, 16milímetros, 19milímetros, etc..
