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浙江亚美真人钢管有限公司
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結構用不鏽鋼(管)上風

浏览次数:913日期:2019-11-19
56不鏽鋼與普通碳鋼相比投資本錢較高,使它一向不能用作普通結構件。不過目前評估結構件整體本錢的身分愈來愈多,例如:耐腐蝕性 ,特別是在沿海地區,減少維修量和降低維修本錢都會對整體壽命周期本錢產生巨大的影響。 核電產業就是一個典型的例子,在核電產業中,結構件需要有很長的使用壽命,因其不便於維修甚至不可能進行維修。 1.核產業 以Sellafield核回收廠為例,該廠的接收和蘊躲池頂部(跨度為41.5米,長100米)的結構框架共用了350噸擺布的321S12不鏽鋼。 4米深的桁梁是用鋼板壓成角鋼建造而成的,規格從200×200×1600mm到100×100×10mm 。作為頂部檁子的矩形空心型材(300×200×8mm)是由圓形空心型材(直徑324mm ,厚度10mm)撐持的。 2.磚牆撐持角鋼 在牆內的潛伏腐蝕環境中,同樣使用了數千噸不鏽鋼作為撐持磚牆的座角鋼 。 這一點將在本文後麵具體論述。 3.露天運動場 意大利新Bari運動場的維護是一大困難,而且是一項耗資巨大的工程,為此選用了不鏽鋼。 塗有聚四氟乙烯的玻璃纖維漆布屋頂是由不鏽鋼構件和拉杆構成的框架撐持,把漆布繃緊。 在使用直徑為193.7mm,厚度為4~10mm的管材的同時 ,使用了20噸棒材和15噸板材 。 通過海上平台這類特殊利用實例,NiDI已證實假如考慮整體壽命本錢,即:首先是安裝本錢再加上日後的維護修理或更換部件的用度,采用不鏽鋼是一個節省開支的措施 。 不鏽鋼由於其美觀和作為結構件的功能可以用作購物中間等場所的扶欄或作為表現建築特征的玻璃支架。 4.BOND街購物中間 防火玻璃幕牆全部由不鏽鋼框架撐持。 除活動接頭外,從地麵到各樓層一向到 樓頂的豎框全部是一體的。豎框所用型鋼為60X30X3mm的矩型空心型鋼。 鄙人麵先容的地鐵係統中,由於減壓係統的效應,設計中必須許可有空氣壓力差。 估計空氣的流速為5英裏/小時,相當於0.25千牛頓/平方米的載荷。扶欄由豎框撐持 ,能承受的水平載荷為0.74千牛頓/平方米。 安裝後許可的撓度為25mm。通過變形或樓板間的垂直移動對框架進行補償 。 5.BUSHLANE大廈 該大廈充分表明了作為工程材料和結構用處的不鏽鋼的所有特點 。由於位置的限製和由於下麵是地鐵網架樁深度的限製 ,構架位於建築物外方。網架結構的結構件是用離心鑄造生產的,具有12.5~30mm的不同厚度。節點為砂型鑄造 ,為向倫敦市中間的一個建築物提供必要時的防火,全部構架內布滿了水。 結構設計指南 目前能夠提供給設計職員的結構設計指南很有限,使現有的結構型材不能得到更廣泛的利用。這類情況在比來幾年發生了很大的變化。就材料本身而言,目前廣泛出版的不鏽鋼標準共有57個標準鋼種,按冶金結構可分為奧氏體、鐵素體和馬氏體,這麽多的鋼種會使設計中不常使用不鏽鋼的設計職員無從選擇。他們最常提到的題目是"我該用哪個鋼種?"這些材料的機械性能數據與碳鋼的不同,使設計職員麵臨的題目更多。 要幫助設計職員利用不鏽鋼 ,要采取哪些措施呢 ? 過往的四年中,在日本、美國和歐洲出版了不鏽鋼結構設計指南。 1.美國的研究成果 為了對1974年出版的AISI冷成型結構設計手冊進行修訂,NiDI進行了為期四年的研究,其研究結果見1991年出版的美國國家標準協會(ANSI)和美國土木工程師學會(ASCE)標準ANSI/ASCE8-90。 這本1974年出版的手冊是很多年來結構設計職員唯一的一本關於不鏽鋼利用的資料 。 新的ANSI/ASCE標準是利用極限狀況設計原則擬定的。這一標準已被過往幾年中起草的盡大多數有關結構的業務法規所采用 。 不過許用應力的設計方法仍在使用。由於這兩份文獻都是現行的,采用哪種方法取決於設計職員。 新的設計指南中的附件E隻是扼要地先容了許用應力設計方法 ,具體內容見本項研究的(進展報告(3)) 。 2.不鏽鋼鋼種 ANSI/ASCE標準中包括的材料如下; 鐵素體鋼種:409、430和439 奧氏體鋼種:201、301、304和316 經過退火的1/16、1/4和半硬材料都屬於奧氏體鋼 ,這些鋼種冷加工時會產生加工硬化。 NiDI和國際鉻開發協會(現為國際鉻開發協會)是該項目的援助單位。 3.英國的研究成果 它們也是在英國所進行的研究的首要援助單位,該研究結果將成為擬定歐洲結構不鏽鋼標準的基礎。 該指南完全是根據極限狀況原則編寫的 ,它包括冷成型結構件和板材加工而成的結構件。研究過程中有些試驗是在從未試驗過的大型不鏽鋼型材上進行的。 ①鋼種--英國研究成果 盡管不鏽鋼的鐵素體鋼種包括在美國的ANSI/ASCE標準中 ,但未包括在英國設計手冊中。 英國的設計手冊中隻包括了三種奧氏體不鏽鋼鋼種,即 : 奧氏體鋼種:304L、316L和鐵索體/奧氏體雙相2205。 選擇少量鋼種的啟事很簡單,由於目前可使用的碳結鋼總共隻有三種。使用L編號是由於這些低碳鋼種能夠焊接,不會出現與晶間腐蝕有關的題目。英國的手冊中不包括加工硬化材料。這並不意味著不鏽鋼的其它鋼種或加工硬化材料的使用不屬於結構鋼的利用範疇。 雙向不鏽鋼因兩相兼有而強度高,其強度高於高強度碳鋼,這類材料已成功地用於北海的海上石油平台。 ②BUSHLANE大廈 該大廈是一個將雙相不鏽鋼用作結構件的好例子。 該大廈位於倫敦的CONNON街,地鐵站上麵縱橫交錯的地鐵隧道限製了地樁的深度和位置。 為此在建築物的外邊使用了結構框架,並利用網架結構將載荷傳到撐持柱上 。 使用的離心鑄管的直徑分別為194mm、324mm和512mm,前兩種鑄管的壁厚9.5mm,最大的鑄管管壁厚度為12.5~30mm。 節點是砂鑄的。 采用的表麵是經過玻璃球噴丸,表麵加工相當於63CLA。材料的屈服強度為380N/mm2,抗拉強度650~780N/mm2,延伸率30%。該材料含碳0.08% ,鉻21%,鎳5.5%,鉬2%。 NiDI和歐洲不鏽鋼協會(EUROINOX)已出版了不鏽鋼結構設計手冊。 歐洲負責擬定標準的機構計劃出版一套不鏽結構鋼的業務規程 ,而且將編進EUROCODE3的1.4節中。 NiDI已將其研究結果提供給了編製EUROCODE的有關職員,1.4節就是按我們起草的內容編寫的。 設計規則 為什麽不鏽鋼不能沿用碳素結構鋼的設計規則? 碳鋼的設計規則不能用於不鏽鋼是由於碳鋼與不鏽鋼之間有著根本的區別: 1.不鏽鋼沒有屈服點,通常以ó0.2來表示該屈服應力被以為是當量值。 2.應力/應變曲線外形不同,不鏽鋼的彈性極限大約是屈服應力的50%,就標準中所規定的最小值而論,該屈服應力值低於中碳鋼的屈服應力值。 3.冷加工時不鏽鋼產生加工硬化,例如,彎曲時具有各向異性,即:橫向和縱向性能不同。 可以利用由冷加工而增高的強度,不過假如與總麵積相比彎曲麵積較小而忽略不計這類增加時,強度增高可以在一定程度上進步安全係數。 基本設計程序 不鏽鋼的設計程序大體上是從現適用於結構工程設計的各個方麵的原則派生出來的。 但是由於通常使用的不鏽鋼是薄規格型鋼,所以,它的設計過程比碳鋼薄規格材料複雜得多。 首要的是確定不鏽鋼的終究用處 ,由於在很多利用中不鏽鋼不僅作為結構件而且要起到美觀的感化。 為了防止構件受力部分出現局部彎曲和變形,關鍵的身分是材料的寬度和厚度之比的極限值。 還有一點也很首要 ,值得一提,即:材料標準規定了ó0.2的最小值,對於建築物所用的奧氏體不鏽鋼,該值大約是240N/mm2,但是,材料的特征強度一般要比該值高出15%,設計職員應將這一強度係數考慮在內。 設計根據 1.不鏽鋼和碳結鋼之比較 首先,看一下普通碳結鋼與不鏽鋼之間的首要區別。 2.應力/應變曲線圖 碳鋼的應力/應變曲線的線性部分實際上是一條直達屈服點的直線 ,而不鏽鋼的線性區大約是ó0.2的50%。 當應力級在非彈性區時,用於結構設計中的彎曲設計理論和虎克定律,即 :應力與應變成比例,不真正適用於不鏽鋼。 是以,在應力級較低的情況下,對不鏽鋼構件結構進行設計比較簡單,但是在應力級較高的情況下,需要查閱變形和局部彎曲的標準。 3.張力 在現代結構法規中,拉伸應力加上載荷係數與毛斷麵的材料的屈服應力聯係在一起,抗拉極限強度與屈服應力的比值用於校驗淨截麵。 不鏽鋼的抗拉極限強度與屈服應力之比為2.4 ,而碳鋼中該範圍是1.6~2.1。 拉伸構件需要對其強度進行兩項檢查: ①毛斷麵的屈服應力 ②淨有效斷麵的拉伸極限強度(最大1.2) 4.壓力 壓力取決於屈服應力和模數,由於受壓杆件的破壞通常是由於撓曲引發的,而撓曲本身又與剛度有關。是以,用減小E值來增大所能承受的力是很有必要的。由於這表明在細長比一定的條件下,不鏽鋼構件的縱向彎曲力低於相同的碳鋼結構件。 細長比較低時,兩種材料一樣。 細長比較高時,應力低,強度類似,但細長比在80~120的中間值範圍內 ,不鏽鋼的縱向彎曲力較低。 5.彎曲 在沒有縱向彎曲情況下,彎曲應力一般與屈服應力有關。各種規則即使是含有彈性設計的規則,都熟悉到了外形係數的首要性 。外形係數把梁的塑性力矩值增加到遠遠高於開始屈服時能力的值。 但是,不鏽鋼應變硬化在開始屈服後立即開始 ,是以,外纖維增加而內纖維仍在彈性區內變形。所以,由於應變硬化,不鏽鋼能夠具有較高的彎曲能力。 不過在EUROCODE3第1.4節中沒有提供塑性分析的內容。 6.剪力和壓力 它們與剛度無關,而是直接關係到屈服應力和極限應力。應變硬化可以進步安全裕度。 7.縱橫向性能 在英國的研究中,材料檢驗的結果普遍表明縱橫性能差不超過7.5%。 美國的結構分析和設計 新版ANSI/ASCE標準利用許用載荷和力距替換了許用應力。 是以,安全載荷的計算方法是在為所使用的構件和連接件計算得出的最大強度 、縱向彎曲力或屈服力加上一個安全係數。