जब तनाव को संभालने की बात आती है, तो वर्गाकार ट्यूब सभी चारों तरफ बल को समान रूप से वितरित करते हैं, जिससे मोड़ने और मरोड़ने वाले बलों के खिलाफ काफी अच्छा प्रतिरोध प्राप्त होता है। समकोण वाले कोने संरचना में प्राकृतिक कठोरता जोड़ते हैं। उदाहरण के लिए ASTM A500 ग्रेड B इस्पात वर्गाकार ट्यूब ले लें—ये ढहने से पहले लगभग 46,000 पाउंड प्रति वर्ग इंच तक का भार सहन कर सकते हैं। समान आकार की गोल ट्यूबिंग की तुलना में, इन वर्गाकार खंडों में जड़त्व का लगभग 1.7 गुना अधिक होता है। इस कुशल आकृति के कारण, इंजीनियर अक्सर उन्हें इमारतों के स्तंभों, पुल के ट्रस और संरचनात्मक फ्रेम के लिए निर्दिष्ट करते हैं जहाँ भार दिनभर विभिन्न दिशाओं से आता है।
मानक संरचनात्मक वर्गाकार ट्यूब ऐसे कार्बन इस्पात ग्रेड से बने होते हैं जो विशिष्ट प्रदर्शन आवश्यकताओं के अनुरूप तैयार किए जाते हैं:
| संपत्ति | ASTM A500 ग्रेड B | ASTM A513 टाइप 5 |
|---|---|---|
| नमन सामर्थ्य (psi) | 46,000 | 50,000 |
| तन्य शक्ति (PSI) | 58,000 | 70,000 |
| मुख्य उपयोग | संरचनात्मक फ्रेम | मशीनरी पार्ट्स |
खोखला अनुप्रस्थ काट ठोस छड़ों की तुलना में परिमाप पर तनाव के कुशल वितरण के कारण उनकी भार-वहन क्षमता का 85–92% बनाए रखते हुए वजन में 40% तक की कमी करता है।
सममित ज्यामिति के कारण, जो अक्ष-विशिष्ट कमजोरियों को खत्म कर देती है, वर्ग ट्यूब गोल ट्यूबिंग की तुलना में 1.3 गुना अधिक मोड़ प्रतिरोध प्रदान करते हैं और आयताकार ट्यूबिंग की तुलना में 22% अधिक ऐंठन दृढ़ता रखते हैं। 4" वर्ग ट्यूब समतुल्य गोल ट्यूब की तुलना में 11,200 एलबीएस के मुकाबले बिना झुके 15,000 एलबीएस के संपीड़न भार का सामना कर सकता है।
हॉट-रोल्ड माइल्ड स्टील वर्ग पाइप अतिभार के तहत पूर्वानुमेय विफलता मोड प्रदर्शित करते हैं, जिसमें यील्ड शक्ति ग्रेड A (36,000 psi) से लेकर ग्रेड C (50,000 psi) तक होती है। प्रति रैखिक फुट 8.22 in₄ के विशिष्ट जड़त्व के आघूर्ण (I) के साथ, गैर-महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में वे I-बीम समकक्षों की तुलना में 30% तक अधिक लंबे समर्थन स्पैन सक्षम करते हैं।
इस्पात ट्यूब के वर्गाकार आकार के कारण उनकी ऐंठन दृढ़ता उत्कृष्ट होती है क्योंकि समकोण कोने बलों को बेहतर ढंग से वितरित करते हैं। इससे ऊपर से आने वाले ऊर्ध्वाधर भारों और उनके खिलाफ धकेलने वाले पार्श्व बलों दोनों का प्रतिरोध करने में ये ट्यूब विशेष रूप से अच्छे साबित होते हैं, जिसके कारण बहुमंजिली इमारतों के निर्माण में इनकी लोकप्रियता बहुत है। वास्तविक विनिर्देशों की बात करें तो, कई भूकंप-प्रतिरोधी संरचनाओं में ASTM A500 ग्रेड B ट्यूब मानक बन गए हैं। इन ट्यूब को लगभग 46 ksi (यह किलोपाउंड प्रति वर्ग इंच है) की न्यूनतम यील्ड ताकत की आवश्यकता को पूरा करना होता है। इन सामग्रियों का अपने संपूर्ण सतह क्षेत्र पर तनाव को संभालने का तरीका भूकंप के दौरान कमजोर जगह बनने से रोकने में मदद करता है। यह समान वितरण स्थानीय स्तर पर बकलिंग की समस्याओं को रोकता है और आम तौर पर भूकंपीय गतिविधियों के सामने आने पर इमारतों को अधिक लचीला बनाता है।
वर्ग ट्यूब के मानकीकृत आयाम मॉड्यूलर निर्माण में बड़े पैमाने पर उत्पादन को सुगम बनाते हैं। 4"x4" गैल्वेनाइज्ड वर्ग ट्यूब और MIG-वेल्डेड जोड़ों का उपयोग करने वाले परियोजनाओं में पारंपरिक तरीकों की तुलना में 20–30% तेज असेंबली समय की सूचना मिली है। इस आयामी सटीकता से साइट पर श्रम में कमी आती है और सीढ़ियों, छत ट्रस और दीवार पैनल जैसे प्रीफैब्रिकेटेड घटकों में कसे हुए सहन (टॉलरेंस) को समर्थन मिलता है।
वर्गाकार ट्यूब उन वास्तुकारों के लिए एक मानक सामग्री बन गई हैं जिन्हें ऐसी चीज़ की आवश्यकता होती है जो संरचनात्मक रूप से अच्छा प्रदर्शन करे और दिखने में भी बेहतरीन लगे। 2 बाई 2 इंच की पाउडर कोटेड स्टेनलेस स्टील ट्यूब के बारे में सोचिए - इन्हें समुद्र तट के पास स्थापित करने पर भी बिना जंग लगे आधी सदी तक चल सकती है, जो नमकीन हवा के कारण सामान्य सामग्री को जल्दी खा जाने के मद्देनजर काफी प्रभावशाली है। शहरों में अब बाइसाइकिल पार्किंग क्षेत्रों और सार्वजनिक परिवहन स्टॉप जैसी जगहों पर 8 से 12 गेज की अधिक मजबूत वर्गाकार ट्यूब की स्थापना शुरू हो गई है। यह सामग्री अन्य विकल्पों की तुलना में विध्वंसकों के खिलाफ बेहतर ढंग से टिकती है और फिर भी उस सुघड़ आधुनिक रूप को बनाए रखती है जिसे आजकल कई नगरपालिकाएँ अपनी बुनियादी ढांचा परियोजनाओं के लिए चाहती हैं।
एक नया 15 मंजिला इमारत, जो आवासीय और वाणिज्यिक स्थानों को जोड़ती है, हाल ही में अपनी LEED गोल्ड स्थिति प्राप्त करने में सफल रहा, जिसका कारण एक्सोस्केलेटन फ्रेमवर्क का आधा हिस्सा बनाने वाले रीसाइकिल्ड स्टील ट्यूब्स का नवाचारी उपयोग है। वास्तुकारों ने आवश्यक सभी संरचनात्मक ताकत की आवश्यकताओं को बनाए रखते हुए कुल स्टील उपयोग में लगभग 18 प्रतिशत की कमी कर दी। जब सब कुछ निर्मित हो गया, तो ऊर्जा निगरानी से पता चला कि पूरे वर्ष में हीटिंग बिल में लगभग 12 प्रतिशत की बचत हुई। इसका एक हिस्सा इस तथ्य से आता है कि विभिन्न हिस्सों में इमारत के आवरण पर गर्मी के नुकसान को कम करने में खोखले स्टील ट्यूब्स ठोस ट्यूब्स की तुलना में बेहतर तापीय कार्य करते हैं।
चौकोर ट्यूबिंग की समान पक्षीय प्रोफाइल बेहतर मोड़ कठोरता प्रदान करती है, जिससे यह सटीक मशीनरी जैसे रोबोटिक हथियारों और कन्वेयर ट्रैक सिस्टम के लिए आदर्श है। सीएनसी मशीन आधारों में, यह I- बीम की तुलना में परिचालन कंपन को अधिक समान रूप से वितरित करता है, जो 40% तक हार्मोनिक विकृति को कम करता है (ASM इंटरनेशनल 2023) ।
वर्गाकार मृदु इस्पात पाइप्स बार-बार के तनाव चक्रों के दौरान विशेष रूप से उन स्थानों पर जहाँ वे स्टैम्पिंग प्रेस या हाइड्रोलिक प्रणाली के अंदर उपयोग किए जाते हैं, अच्छा प्रदर्शन करते हैं। इन पाइप्स के किनारों को पूरे घेरे में वेल्ड किया जा सकता है, जिसका अर्थ है कि हम उन स्थानों को मजबूत कर सकते हैं जो तनाव से सबसे अधिक प्रभावित होते हैं। इसके अलावा, इनकी दीवारों की मोटाई पूरे भर में लगभग समान रहती है, इसलिए 700 MPa से अधिक दबाव के तहत भी वे अप्रत्याशित रूप से विफल नहीं होते। जब इंजीनियर इन पर थकान परीक्षण भी करते हैं, तो वर्गाकार ट्यूब फ्रेम सामग्री हैंडलिंग उपकरण जैसी चीजों में उपयोग की जाने वाली समान आयताकार ट्यूब की तुलना में टूटने से पहले लगभग 25 प्रतिशत अधिक समय तक चलते हैं। जहाँ बंद होने से धन की हानि होती है, वहाँ औद्योगिक स्थापनाओं में यह वास्तविक अंतर बनाता है।
25 मिलीमीटर से 150 मिलीमीटर तक के मानक वर्ग ट्यूबिंग आयाम कृषि उपकरण और पैकेजिंग मशीनरी जैसे क्षेत्रों में निर्माण प्रक्रियाओं को सुव्यवस्थित करने में वास्तव में मदद करते हैं। जब निर्माता ASTM A500 प्रमाणित मृदु इस्पात ट्यूब का उपयोग करते हैं, तो उन्हें एक बैच से दूसरे बैच तक लगातार गुणवत्ता प्राप्त होती है। इस स्थिरता के कारण रोबोटिक असेंबली ऑपरेशन के दौरान समय की बचत होती है, जिसमें कुछ कारखानों ने कस्टम-मेड प्रोफाइल की तुलना में लगभग 18 प्रतिशत तक सेटअप समय कम होने की सूचना दी है। जिन लोगों को जंग और संदूषण से अतिरिक्त सुरक्षा की आवश्यकता होती है, उनके लिए प्री-गैल्वेनाइज़्ड संस्करण विशेष रूप से खाद्य प्रसंस्करण संयंत्रों और फार्मास्यूटिकल सुविधाओं में काम को तेज कर देते हैं, जहाँ सतहों को साफ रखना और संक्षारण रोकना अनुपालन और सुरक्षा कारणों से पूर्णतः आवश्यक होता है।
पैदल चलने वालों और कम यातायात वाले वाहन पुलों में वर्गाकार ट्यूब प्रभावी होते हैं क्योंकि इनमें भार का संतुलित वितरण और ऐंठन स्थिरता होती है। इनके सममित आकार के कारण संयोजनों पर तनाव केंद्रण कम हो जाता है। संरचनात्मक विश्लेषण से पता चलता है कि पैदल पुलों में 18 मीटर तक की छत (स्पैन) 8% झुकाव के साथ I-बीम के बराबर परिणाम देती है (ब्रिज डिज़ाइन इंटरनेशनल 2023)।
वर्गाकार ट्यूब का बंद क्रॉस-सेक्शन खुले चैनल सेक्शन की तुलना में 22% बेहतर कंपन अवशोषण प्रदान करता है। यह गुण हवा या बार-बार यातायात भार के संपर्क में आने वाले बुनियादी ढांचे के लिए महत्वपूर्ण है। परीक्षण से पुष्टि होती है कि ये ट्यूब 85 MPa तनाव स्तर पर 1.2 मिलियन भार चक्रों के बाद भी अखंडता बनाए रखते हैं (सामग्री प्रदर्शन रिपोर्ट 2023)।
2022 में फ्लोरिडा गल्फ कोस्ट के एक नवीनीकरण प्रोजेक्ट में पुराने कंक्रीट पियर को हॉट-डिप गैल्वेनाइज्ड वर्गाकार स्टील ट्यूब से बदल दिया गया। जस्ता लेपित समाधान ने निम्नलिखित परिणाम दिए:
आयताकार ट्यूब सामान्य भार अनुप्रयोगों के लिए काफी अच्छी तरह से काम करते हैं, लेकिन जब परियोजनाओं को 650 MPa से अधिक यील्ड सामर्थ्य वाली सामग्री की आवश्यकता होती है, तो वे अपनी सीमाओं को दिखाने लगते हैं। जब 300 मीटर से अधिक के प्रसार वाले विशाल पुल बनाए जाते हैं, तो अधिकांश संरचनात्मक इंजीनियर आजकल संकर समाधानों का चयन करते हैं। वे आयताकार ट्यूब को भीतर से प्रबलित कंक्रीट कोर के साथ जोड़ते हैं, जिससे समग्र रूप से बेहतर स्थिरता प्राप्त होती है। ASCE पुल कोड के नवीनतम संस्करण में वास्तव में उन क्षेत्रों में आयताकार ट्यूब के बिना सहारे के जाने की सीमा निर्धारित की गई है जहां भारी माल का नियमित रूप से परिवहन होता है। 2023 के संशोधन के अनुसार, सुरक्षा कारणों से अतिरिक्त प्रबलन आवश्यक होने से पहले असहायित प्रसार लगभग 45 मीटर तक सीमित है।
माइल्ड स्टील, स्टेनलेस स्टील और गैल्वेनाइज्ड जैसे विभिन्न प्रकार के स्क्वायर ट्यूब्स का उपयोग उनके उद्देश्य, बजट और स्थापना स्थान के आधार पर अलग-अलग होता है। माइल्ड स्टील अधिकांश आंतरिक कार्यों के लिए काफी किफायती और पर्याप्त रूप से मजबूत होता है, क्योंकि यह टूटने से पहले लगभग 370 से 500 MPa तनाव का सामना कर सकता है। हालाँकि, जब बात गंभीर परिस्थितियों की आती है, खासकर नमकीन पानी या रसायनों के निकट, तो स्टेनलेस स्टील प्रभुत्व स्थापित करता है। ग्रेड 304 और 316 में कम से कम 10.5% क्रोमियम होता है जो जंग रोकने वाली निष्क्रिय परत बनाता है। इसीलिए हम इन सामग्रियों को शिपयार्ड और कारखानों में दैनिक रूप से कठोर पदार्थों से निपटने वाले स्थानों पर देखते हैं। गैल्वेनाइज्ड स्टील कीमत के मामले में बीच का दर्जा रखता है, लेकिन जस्ते की परत के कारण बाहरी उपयोग के लिए भी काम चलाऊ होता है। अधिकांश विशेषज्ञों का कहना है कि रखरखाव की आवश्यकता होने से पहले इस सुरक्षा की अवधि लगभग 20 से लेकर शायद 30 वर्ष तक रहती है।
| संपत्ति | माइल्ड स्टील | स्टेनलेस स्टील | गैल्वनाइज्ड स्टील |
|---|---|---|---|
| संक्षारण प्रतिरोध | कम | उच्च | मध्यम |
| लागत (प्रति मीटर) | $18–$25 | $45–$120 | $28–$40 |
| आयु (वर्षों में) | 10–15 | 30–50+ | 20–40 |
| सर्वोत्तम अनुप्रयोग | आंतरिक ढांचे | कठिन पर्यावरण | बाहरी संरचनाओं के लिए एक अच्छा विकल्प बनाता है |
तालिका 1: उद्योग-मानक सामग्री तुलना से प्राप्त प्रदर्शन मापदंड
परीक्षणों से पता चला है कि ASTM B117 मानकों के अनुसार नमकीन धुंध परीक्षण में सामान्य मृदु इस्पात की तुलना में गैल्वेनाइज्ड ट्यूब लगभग 5 से 7 गुना अधिक जंग प्रतिरोधक क्षमता रखते हैं। दूसरी ओर, स्टेनलेस स्टील उन कठोर परिस्थितियों में वास्तविक रूप से उत्कृष्ट प्रदर्शन करता है जहाँ बहुत अधिक नमी या रासायनिक संपर्क होता है। लगातार 1000 घंटे तक उजागर होने के बाद भी, इसमें वार्षिक 0.1 मिमी से कम की हानि के साथ लगभग कोई जंग नहीं लगता। NACE द्वारा 2023 में किए गए एक हालिया अध्ययन में एक रोचक बात सामने आई। जब तापमान 60 डिग्री सेल्सियस से ऊपर जाता है, तो जस्ता लेप बहुत तेजी से विघटित होने लगता है। लेकिन स्टेनलेस स्टील? यह लगभग 870 डिग्री सेल्सियस तक पूरी तरह मजबूत रहता है, उसके बाद ही कोई वास्तविक समस्या दिखाई देती है। इसलिए यह तर्कसंगत है कि उच्च ताप अनुप्रयोगों के लिए कई उद्योग इसे पसंद करते हैं।
शुष्क, आंतरिक अनुप्रयोगों के लिए, माइल्ड स्टील सबसे लागत प्रभावी समाधान प्रदान करता है। बाहरी स्थापना के लिए जस्तीकृत स्टील टिकाऊपन और प्रारंभिक लागत के बीच संतुलन बनाता है, जिसमें 35 से 50 वर्ष के जीवनकाल की पेशकश की जाती है। तटीय या औद्योगिक स्थापनाओं में स्टेनलेस स्टील का उपयोग उचित होता है, जहां इसके उच्च प्रारंभिक निवेश से दो दशकों में प्रति रैखिक मीटर 180 डॉलर से अधिक के दीर्घकालिक प्रतिस्थापन खर्च से बचा जा सकता है।
वर्गाकार ट्यूबिंग उत्कृष्ट ऐंठन प्रतिरोधकता और संतुलित भार वितरण प्रदान करती है, जिसे भार-वहन संरचनाओं, ट्रस और फ्रेमवर्क के लिए आदर्श बनाती है।
वर्गाकार ट्यूबिंग गोल ट्यूबिंग की तुलना में बेहतर मोड़ प्रतिरोधकता और आयताकार ट्यूबिंग की तुलना में उच्च ऐंठन दृढ़ता प्रदान करती है, जो संरचनात्मक अखंडता में इसे अधिक कुशल बनाती है।
स्टेनलेस स्टील उच्च संक्षारण प्रतिरोध प्रदान करता है, विशेष रूप से नमी या रासायनिक जोखिम वाले वातावरण में, इसे तटीय या औद्योगिक सेटिंग्स के लिए उपयुक्त बनाता है।
इसमें लागत, स्थायित्व, संक्षारण प्रतिरोध और ट्यूबिंग लगाने के लिए विशिष्ट पर्यावरणीय जोखिम शामिल हैं।
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