Қорап тәрізді арқалықтың көтеру қабілеті қандай?

Құрылымдық ұғымдар: жоғары жүк көтергіштік үшін қорап тәрізді арқалық геометриясының маңызы

Иілу мен бұралуға төзімділік үшін тұйық қималы конструкцияның ашық қималы конструкциялармен салыстырмалы талдауы

Қорап тәрізді арқалықтың жабық көлденең қимасы оған бұралу қаттылығында артықшылық береді. Бұл қасиет оны иілген көпірлер немесе эксцентрлік жүктемелер әсер ететін құрылымдар үшін тиімді етеді. I-тәрізді арқалықтар сияқты ашық қималар бұралу моментінде бұралып кетеді және жиі қосымша бекітпе немесе қатайтқыштарды қажет етеді. Иілу кезінде жоғарғы және төменгі қабырғалар сәйкесінше созылу мен сығылу шыбықтары ретінде әрекет етеді, ал вертикальді қабырғалар кесу күшіне қарсы тұрады. Қорап тәрізді арқалықтардың жабық геометриясы көлденең қиманың периметрі бойынша кернеудің біркелкірек таралуын қамтамасыз етеді, нәтижесінде кернеу шыңдары азаяды және элементтің усталуға төзімділігі артады. Қорап тәрізді арқалықтардың ішкі бұралу тұрақтылығы ұзын аралықтар немесе ауыр жүктемелі кран арқалықтары үшін күрделі боксальдық (бүйірлік) бекітпе жүйелерінің қажеттілігін жояды. Бұл құрылысты жеңілдетеді, болаттың жалпы салмағын азайтады және құрылыс құнын төмендетеді. Жоғары иілу беріктігі мен бұралу қаттылығы қажет болатын құрылымдар үшін қорап тәрізді арқалықтар оптималды таңдау болып табылады.

Фланцтың ені, қабырғаның тереңдігі және қабырғаның қалыңдығының қаттылық пен беріктікке әсері

Фланцтың ені ғана маңызды, бірақ ол тек инерция моментін қамтамасыз ете алады. Бұл модульдің қиманың қаттылығымен тікелей байланысты болуына әкеледі және сонымен қатар максималды жол берілетін иілу шегін де тікелей анықтайды. Тіпті әсерлірек фактор — қабырға биіктігінің өзгертуі. Себебі қиманың бұзылуға қарсы төзімділігі қима биіктігінің кубына пропорционал, сондықтан қабырға биіктігінің ұсақ өсуі өте үлкен өсуін қамтамасыз етеді; осылайша, құнын аз немесе мүлдем арттырмай-ақ бірнеше рет өсу жасауға болады. Жергілікті иілуге қарсы төзімділік қабырғаның қалыңдығына тәуелді. Қабырғаның қалыңдығын азайту өткізу қабілетін төмендетуі мүмкін және сонымен қатар компрессиялық немесе жанама кернеуге қарсы күштірек төзімділік қамтамасыз ету үшін вертикаль бағытта ішкі элементтерді қосуды қажет етеді. Бұл қосымша қатаңдандырғыштарды қосуды да қажет етеді. Құрылымдық жобалау практикасына байланысты басқа факторлар, мысалы, құрылыс жүзеге асыру мүмкіндігі мен құны, сондай-ақ осындай жобалауда ескерілуі тиіс. Мысалы, біртекті көпір жобалауында жоғарғы элемент ретінде темірбетон плитасын қолдану болса, болаттың пайдаланылуы азаяды, ал компрессиялық жүктемені темірбетон қабылдайды. Темірбетонды жоғарғы элемент сонымен қатар элементтің компрессиялық беріктігін қабылдау үшін де жақсы шешім болып табылады. Беріктік, қаттылық, пайдалану шектері және құн әрқашан шекті элементтер әдісі арқылы оптимизацияланады.

Қорап тәрізді арқалықтың көтеретін күшін тікелей шектейтін материал және жасау факторлары

Баланс: қаттылық пен ағу беріктігі мен болат маркаларының усталық өнімділігі

Дизайнерлер жүктеме көтеру қабілеті мен өңдеу шектеріне сәйкес болат маркаларын таңдайды. Жоғары беріктіктегі болат (мысалы, S460 және одан жоғары) көтергіш қабілетті және қаттылықты аз қалыңдықтағы және жеңіл пластиналармен қамтамасыз етуге мүмкіндік береді. Алайда, жоғары аққыштық беріктігі әдетте төмен тоқтылық пен циклдық жүктемелерге төзімділіктің төмендеуіне әкеледі; бұл өте маңызды, өйткені олар өнеркәсіптік крандар мен автокөлік көпірлері сияқты циклдық жүктемелерге ұшырайтын құрылымдар үшін ерекше маңызды. Мысалы, 690 МПа-ға дейін суытылған және термоөңделген болат статикалық жүктемелер кезінде өте жоғары көтергіш қабілет қамтамасыз етеді, бірақ ол суық ауа райында сынықтардың болу қаупін туғызады; бұл қаупті Шарпи V-тісті соққыға төзімділік талаптарын ескере отырып азайтуға болады. EN 1993-1-9 және AASHTO стандарттарындағы циклдық тозу классификациялары мен тоқтылық талаптары беріктік пен эластиктілік арасында тиімді тепе-теңдік орнату үшін сапалы болат маркаларын таңдауға және инженерлік шешім қабылдауға көмектеседі. Аса қатты болат катастрофалық қиратылуға, ал аса эластикті болат артық материалдың жұмсалуына және жүктеменің тиімсіз қолданылуына әкелуі мүмкін.

Дәнекерлеулерге арналған сапа бақылау шаралары

Ең жақсы жобаланған қорап тәрізді арқалық өзінің дәлдігі мен бүтіндігі сақталмаса, тиімді жұмыс істемейді. Қорап тәрізді бөліктерді біріктірудің негізгі әдісі — дәнекерлеу. Бұл әдіс дәнекерленген жерлердің шеттерінде және жылу әсерінен өзгерген аймақтарда жинақталатын қалдық созылу керілулерін туғызады, олар циклдық (тозуға ұшырауға) трещиналардың пайда болуына әкеледі және арқалықтың тиімді беріктігін төмендетеді. Дәнекерлену ақаулары — мысалы, қима тереңдігінің аз болуы (undercut), бірігу жетіспеушілігі (lack of fusion) және кеуектілік (porosity) — керілулерді жоғарылататын факторлар болып есептеледі және арқалықтың есептік жүктемелер кезінде қирауына әкелуі мүмкін. Дәнекерлеу кезіндегі жылу кірісі, алдын ала қыздыру және дәнекерлеу өтістері арасындағы салқындату процестерін бақылау арқылы деформация мен қалдық керілулерді минималды деңгейге дейін төмендетуге болады. Өлшемдердің сапасы да маңызды, себебі 2–3 мм-ге дейін жазықтықтан ауытқыған қабырға (web) бейтарап осьтің орнын ығытады, ішкі иілу туғызады және арқалықтың жергілікті ерте қисып кетуіне әкеледі. Арқалықтардың өрісте қирауына негізгі себепші болатын факторлар — дәнекерлер мен қабылданған ауытқулар (tolerances), ал материал емес. Сондықтан қорап тәрізді арқалықтардың толық беріктігін қамтамасыз ету үшін қауіпсіздік мақсатында қатаң талаптарға сай бұзылмайтын бақылау (ультрадыбыстық және магниттік тозаңдық бақылау) және қажет болған жағдайда дәнекерлеуден кейінгі керілулерді жою шаралары қолданылуы тиіс.

Жүктеме шарттарының жақшалы арқалыққа әсері

Жақшалы арқалық өз қызмет мерзімінде статикалық және динамикалық жүктемелерді бір уақытта тасымалдауға арналған. Жобалаушы жақшалы арқалықтың қызмет мерзімінде иілу, бұрылу немесе циклдық қажылуға ұшырамауын қамтамасыз ету үшін әрбір жүктеменің әсерін және жүктеме коэффициенттерін ескере отырып, олардың әртүрлі комбинацияларын қарастыруы керек.

Тұрақты жүктемелер мен жанама жүктемелердің жылдық есептелуінің қауіпсіздік коэффициенттерімен біріктірілуі

Өлі жүктемелер — бұл арқалықтың салмағы мен оған тұрақты бекітілген элементтердің салмағы. Жанама жүктемелерге уақытша сақталатын көлік, жабдық және материалдар жатады. Eurocode пен AASHTO бойынша өлі және жанама жүктемелер әдетте сәйкесінше 1,2 және 1,6-ға тең бөлшекті қауіпсіздік коэффициенттерімен есептеледі. Ішкі күштер (иілу моменті, кесуші күш немесе осьтік күш) коэффициентке көбейтіледі де, одан кейін олар арқалықтың кедергісімен салыстырылады; бұл кедергі материалдар мен геометриялық параметрлерге, сонымен қатар иілу тексерулеріне негізделеді. Бұл конструкциясын жасаушыға ең үлкен болжанатын статикалық жағдайларда иілу, бойлық-айналмалы иілу немесе қабырғаның қисып кетуін болдырмау үшін рұқсат етілетін шаманың жеткілікті екендігіне көз жеткізуге мүмкіндік береді.

Динамикалық әсерлер

Динамикалық жүктемелер жел, сейсмикалық үдеулер мен миллиондаған осьтік жүктемелерден тұрады. Бұл жүктемелер уақыт өте келе қабілеттілікті азайтатын жұмыс істейтін кернеулерді туғызады. Торлы арқалықтың тұйық қимасы жоғары бұралу қаттылығын қамтамасыз етеді және бүйірлік немесе эксцентрикалық динамикалық жүктемелерге байланысты бұралуға қарсы тұра алады, бірақ қиманың қайталанатын кернеуге төзімділігі кернеулер ауқымына, детальдардың санатына және жинақталған зақымдануға байланысты анықталады. Жобалаушы құрылымның қызмет ету мерзімін анықтау үшін орнатылған әдістерді — орташа кернеуді түзетуге арналған Гудман диаграммасын немесе трещина өсуімен байланысты кернеу таратылуын сипаттайтын Пари законды — қолданады. Бұл әсіресе қайталанатын кернеуге ұшырайтын ұзын құрылыс көпірлері мен кран жолдары үшін дұрыс. Қайталанатын кернеуге төзімділік — маңызды қарастырылатын фактор және жиі рет статикалық жүктемеге қарағанда жобалауға негізгі әсер етеді. Құрылымның қайталанатын кернеуге төзімділігінің жинақталған тозуын ескеру керек, әйтпесе қабілеттілік жеткілікті болса да, уақытынан бұрын қиратылу пайда болады.

ЖИІ ҚОЙЫЛАТЫН СҰРАҚТАР

1. Неге иілу мен айналуға төзімділік үшін жәшік тәрізді арқалық I-тәрізді арқалықтан жақсырақ?

Жәшік тәрізді арқалықтың тұйық көлденең қимасы айналу қаттылығын және кернеулердің таралуын жақсартады. Бұл оны қисық конструкциялар немесе эксцентрлік жүктемеге ұшырайтын конструкциялар үшін тиімді етеді.

2. Қанаттың ені мен қабырғаның (биіктігі) жәшік тәрізді арқалықтың әрекетіне қалай әсер етеді?

Қабырғаның биіктігі мен қанаттың ені әртүрлі үлестерде арқалықтың әрекеті мен көтергіш қабілетіне әсер етеді. Қанаттың енін немесе қабырғаның биіктігін арттыру арқалықтың көтергіш қабілетін жақсартса да, қабырғаның биіктігін арттырудан пайда болатын салмақтық артықшылық әлдеқайда төмен.

3. Стальдың маркасының таңдалуы жәшік тәрізді арқалықтарға қалай әсер етеді?

Жалпы алғанда, жоғары стальдың маркалары ағу шегін, циклдық беріктікті және тоқтылықты жақсартады. Дұрыс марка таңдалған кезде қаттылық пен тұрақтылық арасында жақсы тепе-теңдік орнатылады.

4. Дәнекерлеудің сапасы жәшік тәрізді арқалықтың көтергіш қабілетіне қалай әсер етеді?

Дәнекерлеу сапасының жақсаруы мен қалдық керілулердің азайуы трещиналардың пайда болуын болдырмаған. Максималды өткізу қабілетін қамтамасыз ету үшін дайындау сапасы мен керілулерді жою әдістерін тепе-теңдікте ұстау қажет.

5. Қорап тәрізді арқалықтың қызмет ету мерзіміне статикалық және динамикалық жүктемелердің әсері қандай?

Статикалық жүктеменің әсері — бірінші рет қолданылғанда ішкі беріктік. Әдетте, динамикалық жүктеме мен циклдық тозу — шектеуші конструкциялық есептеу факторы.