Қысымды ұстап тұру тұрғысынан алғанда, төртбұрышты түтіктер күшті төрт жағына біркелкі таратады, бұл оларға иілу мен бұралу күштеріне қарсы жақсы төзімділік береді. Тік бұрышты шеттер құрылымға табиғи қаттылық қосады. Мысалы, ASTM A500 Grade B болат төртбұрышты түтіктер пайдаланылмайтын күйге дейін шамамен шаршы дюйміне 46000 фунт күшке шыдайды. Ұқсас өлшемдегі дөңгелек түтіктермен салыстырғанда, бұл төртбұрышты қималардың инерция моменті шамамен 1,7 есе жоғары. Бұл тиімді пішініне байланысты инженерлер күні бойы әртүрлі бағыттан келетін жүктемелерге ие болатын ғимарат бағаналары, көпір фермалары мен құрылымдық рамалар үшін жиі төртбұрышты түтіктерді көрсетеді.
Стандартты құрылымдық шаршы түтіктер белгілі бір өнімділік қажеттіліктеріне сәйкес келетін көміртегі болатының маркаларынан жасалады:
| Қасиет | ASTM A500 Grade B | ASTM A513 Type 5 |
|---|---|---|
| Созылу шегі (фунт/кв. дюйм) | 46,000 | 50,000 |
| Созу күші (psi) | 58,000 | 70,000 |
| Негізгі қолданыс | Құрылыс рамалары | Машина бөлшектері |
Қуыс көлденең қима қабырғалардағы тиімді кернеудің таралуы арқасында қатты стерженьдерге қарағанда салмақты 40% дейін жеңілдетеді, ал олардың 85–92% жүк көтергіштік қабілетін сақтайды.
Симметриялық геометриясы оське тәуелді әлсіздіктерді жоятындықтан, шаршы түтіктер дөңгелек түтіктерге қарағанда 1,3 есе иілуге төзімдірек және тікбұрышты түтіктерге қарағанда 22% жоғары бұралу қаттылығына ие. 4" шаршы түтік эквивалентті дөңгелек түтік үшін 11 200 фунтқа қарсы 15 000 фунт сығылу жүгін бүлкемей-ақ шыдай алады.
Қыздырылған жұқа болат квадрат түтіктер жүктеме артық болғанда болжанатын сынама режимдерін көрсетеді, оның беріктік шегі 36 000 фунт/кв.дюйм (A сорт) - ден 50 000 фунт/кв.дюйм (C сорт) - ге дейін жетеді. Типтік инерция моменті (I) сызықтық футына 8,22 дюйм₄ құрайды, бұл елеулі емес қолдануларда I-сәуленің эквиваленттеріне қарағанда 30% ұзын қолдау аралықтарын іске асыруға мүмкіндік береді.
Болат түтіктердің шаршы пішіні оларға бұралу қаттылығын жақсы береді, себебі тік бұрышты бұрыштар күштерді жақсы таратады. Бұл түтіктерді көп қабатты ғимараттар салуда өте танымал етеді, өйткені олар жоғарыдан әсер ететін вертикальды жүктемелер мен жанама бағыттағы күштерге де жақсы төзімді. Нақты техникалық сипаттамаларға келетін болсақ, ASTM A500 Grade B түтіктер көптеген жерсілкіністерге төзімді құрылымдарда стандартқа айналды. Мұндай түтіктердің шамамен 46 ksi (килофунт/квадрат дюйм) шамасындағы ең төменгі ағу беріктігі талаптарын қанағаттандыруы керек. Осы материалдардың бетінің толық ауданы бойынша кернеуді өңдеуі жерсілкініс кезінде әлсіз орындардың пайда болуын алдын алады. Бұл біркелкі таралу жергілікті бүліну мәселелерін тоқтатады және жалпы алғанда сейсмикалық белсенділікпен кездескенде ғимараттарға төзімділік береді.
Төртбұрышты түтіктердің стандартталған өлшемдері модульді құрылыста массалық өндірісті жеңілдетеді. Төрт дюймдік гальванизацияланған төртбұрышты түтіктер мен MIG-пен пісірілген буындарды қолданатын жобалар дәстүрлі әдістерге қарағанда 20–30% жинау уақытын қысқартады. Бұл өлшемдік дәлдік құрылыс алаңындағы еңбекті азайтады және сатылар, шатыр фермалары мен қабырға панельдері сияқты алдын-ала жиналған компоненттердегі аз көлемді ауытқуларды қамтамасыз етеді.
Архитекторлар үшін құрылымдық тұрғыдан жақсы жұмыс істейтін және сондай-ақ көркем көрінетін материал ретінде шаршы түтіктер кеңінен қолданыла бастады. Теңізге жақын орналасқан ғимараттарға орнатылған кезде де емтихан таппай, жарты ғасыр бойы тозбайтын 2 дюйм 2 дюйм болатын полимерлік қаптамалы түтіктерді алайық – тұзды ауа қалыпты материалдарды өте тез бүлдіретіндігін ескерсек, бұл өте тамаша нәтиже. Велосипед тұрақтары мен қоғамдық көлік тоқтақтары сияқты жерлерге 8-ден 12-ге дейінгі калибрдегі берік шаршы түтіктерді әртүрлі қалалар орнатуда. Бұл материал вандалдарға төзімді, басқа баламаларға қарағанда мықтырақ, сонымен қатар қазіргі заманғы мемлекеттік инфрақұрылым жобалары үшін көптеген әкімшіліктердің ұнататын таза, заманауи түрін сақтайды.
Тұрғын үй және коммерциялық кеңістіктерді біріктіретін жаңа 15 қабатты ғимарат соңғы уақытта экзоскелеттің жартысын құрайтын қайта өңделген болат түтіктерді инновациялық пайдалану арқасында LEED Gold статусын алды. Ғимарат шарасының барлық қажетті құрылымдық беріктік талаптарын сақтай отырып, архитекторлар жалпы болат шығынын шамамен 18 пайызға дейін азайтты. Барлығы салынғаннан кейін энергияны бақылау ғимараттың жылыту шығындарын жыл бойы шамамен 12 пайызға үнемдеуге мүмкіндік берді. Оның бір бөлігі осы қуыс болат түтіктердің ғимараттың әртүрлі бөліктерінде жылу жоғалтуын азайтатын қатты түтіктерге қарағанда жақсырақ жылулық қасиетке ие болуымен түсіндіріледі.
Төртбұрышты түтіктің тең қабырғалы профилі бұралу қаттылығын айтарлықтай арттырады, сондықтан оны робот-иіндер мен конвейерлік жолдар сияқты дәлме-дәл жабдықтарда пайдалануға өте қолайлы. ЧПУ станогының негізінде ол I-профильге қарағанда жұмыс істеу кезіндегі тербелістерді біркелкірек таратады және гармоникалық искажениені 40%-ға дейін азайтады (ASM International 2023).
Төртбұрышты болат түтіктер шойын престері немесе гидравликалық жүйелерде пайдаланылатын орындарда қайталанатын кернеу циклдарына ұшыраған кезде шынымен берік болып келеді. Осы түтіктердің жиектерін толық айналдыра пісіруге болады, яғни біз кернеудің ең көп әсер ететін аймақтарын нығайта аламыз. Сонымен қатар, олардың қабырғалары біркелкі қалыңдықта сақталады, сондықтан 700 МПа-дан жоғары қысымға ұшыраған кезде де күтпеген уақытта сынбайды. Инженерлер оларға түтіктердің 25 пайызға дейін ұзаққа созылуы мүмкін, ал тік төртбұрышты түтіктерге қарағанда қирауға дейінгі уақыт ұзағырақ болады, мысалы, материалдарды тасымалдау құралдарында қолданылатындарға қарағанда. Бұл техникалардың тоқтап қалуы ақша талап ететін өндірістік орындарда нағыз айырмашылық жасайды.
25x25 миллиметрден 150x150 миллиметрге дейінгі стандарттық шаршы түтіктердің өлшемдері ауыл шаруашылығы құрал-жабдықтары мен жинақтау машиналары сияқты салаларда өндірістік процестерді ыңғайластыруға нақты көмектеседі. Өндірушілер ASTM A500 сертификатталған болаттан жасалған түтіктерді таңдаған кезде, олар партиядан-партияға біркелкі сапа алады. Бұл біркелкілік роботтардың жинау операциялары кезінде уақытты үнемдеуге мүмкіндік береді, кейбір зауыттар тұтас жасалған профильдермен салыстырғанда дайындық уақытын шамамен 18 пайызға қысқартқандығын хабарлайды. Тозуға және ластануға қосымша қорғаныс қажет болған жағдайда, алдын ала цинкпен капталған нұсқалар тамақ өнеркәсібінің зауыттары мен фармацевтикалық құрылғыларында беттерді таза ұстау және коррозияның алдын алу үшін сәйкестік пен қауіпсіздік тұрғысынан өте маңызды болғандықтан, процестерді едәуір жылдамдатады.
Төртбұрышты түтіктер жүргіншілер мен аз қозғалыс бар көлік көпірлерінде теңгерілген жүктеме таратуы мен бұралу тұрақтылығына байланысты тиімді. Олардың симметриялық пішіні қосылыстардағы кернеу концентрациясын азайтады. Құрылымдық талдаулар тостағандарда 18 метрге дейінгі аралықтар эквивалентті I-сәулелермен салыстырғанда тек 8% иілу беретінін көрсетеді (Bridge Design International 2023).
Төртбұрышты түтіктердің тұйық көлденең қимасы ашық желілерге қарағанда 22% жақсырақ тербелісті тежейді. Бұл қасиет желге немесе қайталанатын көлік жүктемелеріне ұшырайтын инфрақұрылымдар үшін маңызды. Тексерулер түтіктердің 85 МПа кернеу деңгейіндегі 1,2 миллион жүктеу циклінен кейін бүтіндігін сақтайтынын растайды (Materials Performance Report 2023).
2022 жылы Флорида шығанағының жағалауында ескірген темірбетон бағаналары ыстық цинковкаланған төртбұрышты болат түтіктермен ауыстырылды. Цинкпен қапталған шешім мыналарды ұсынды:
Шаршы түтіктер жалпы жүктемелер үшін жақсы жұмыс істейді, бірақ 650 МПа-дан жоғары серпімділік шегі бар материалдар қажет болған кезде шектеулері байқалады. 300 метрден астам аралықтары бар үлкен көпірлер салған кезде, қазіргі уақытта көбінесе құрылымдық инженерлер гибридті шешімдерді таңдайды. Олар шаршы түтіктерді ішінде темірбетондық ядролармен қосып пайдаланады, бұл жалпы алғанда тұрақтылықты арттырады. ASCE Көпірлер кодексінің соңғы нұсқасында нақты аймақтарда регулярлы түрде ауыр жүк қозғалатын жерлерде шаршы түтіктердің қосымша тіреусіз қаншаға дейін созылуына шек қойылған. 2023 жылғы жаңартылған нұсқаға сәйкес, қосымша беріктендірудің қауіпсіздік мақсаттары үшін қажеттілігі туындамас үшін, тіреусіз аралықтардың максималды ұзындығы шамамен 45 метрді құрайды.
Тегіс болат, нержавейкі болат және цинкпен капталған түтіктердің әртүрлі түрлерінің өз орны бар, олардың қажеттілігіне, қолда бар бюджетке және орнатылатын орынға байланысты. Тегіс болат көбінесе ішкі жұмыстар үшін жарамды, себебі ол 370-ден 500 МПа-ға дейінгі созылуға шыдайды және бюджетке бағытталған. Алайда, егер тұзды су немесе химикаттармен жұмыс істеу қажет болса, онда нержавейкі болат басымдыққа ие болады. 304 және 316 маркалы нержавейкі болаттар кем дегенде 10,5% хромы бар, бұл пассивті қабатты құрып, тот басудан жақсы қорғайды. Сондықтан да күрделі заттармен күн сайын жұмыс істейтін кеме жасау зауыттары мен фабрикаларда осы материалдарды кеңінен көруге болады. Цинкпен капталған болат бағасы бойынша ортаңғы деңгейде, бірақ сыртта орнату үшін цинкпен капталу арқасында жақсы жұмыс істейді. Көптеген мамандар қорғаныс қабаты қайтадан қызмет көрсету қажет болғанша 20-дан 30 жылға дейін созылуы мүмкін дейді.
| Қасиет | Жұмсақ болат | Нержавеющая болат | Гальванайлы жұмыртқа |
|---|---|---|---|
| Коррозияға тұрақтылық | Төмен | Жогары | Орташа |
| Құны (метріне) | $18–$25 | $45–$120 | $28–$40 |
| Қызмет ету мерзімі (жыл) | 10–15 | 30–50+ | 20–40 |
| Ең жақсы қолданылуы | Ішкі құрылымдар | Қиын өрістер | Сыртқы құрылымдар |
1-кесте: Саланың стандарттық материалдарын салыстыру негізінде алынған өнімділік көрсеткіштері
Зерттеулер ASTM B117 стандарттары бойынша тұздың буда шайылуына ұшыратылған кезде цинкпен жабылған түтіктер әдеттегі көміртегілі болатқа қарағанда ржс 5-7 есе жақсы қарсы тұрады. Екінші жағынан, ащы жағдайларда, ылғалдың немесе химиялық заттардың көп болатын орындарда, тіпті 1000 сағат бойы әсер еткеннен кейін де, жылына 0,1 мм-ден кем жоғалтумен, коррозия белгілері жоқтай болып көрінетін тұтас болат шынымен жақсы көрінеді. 2023 жылғы NACE-тің соңғы зерттеуі қызықты нәрсе ашты. Температура 60 градус Цельсийден жоғары болған кезде, цинктің жабыны тез бұзыла бастайды. Ал тұтас болат? Ол шынымен 870 градус Цельсийге дейін берік қалады да, содан кейін ғана нақты мәселелер пайда болады. Жоғары температурада қолдану үшін көптеген салалардың оны ниеге ұнататыны түсінікті.
Құрғақ, ішкі қолдану үшін болат ең тиімді шешім болып табылады. Гальванизацияланған болат сыртқы орнатулар үшін ұзақ мерзімді пайдалану құны мен бастапқы құнын теңдестіреді және 35–50 жылға созылатын қызмет көрсету мерзімін ұсынады. Шығындарды 20 жыл ішінде сызықтық метріне 180 АҚШ долларынан астам құрайтын ұзақ мерзімді ауыстыру қажеттілігінен сақтандыратын теңіз жағалауында немесе өнеркәсіптік орындарда нержавейкалық болат тиімді.
Квадрат профильді түтіктер бүкілу қатаңдығын және жүктемені тең бөлу мүмкіндігін қамтамасыз етеді, сондықтан олар көтергіш конструкциялар, фермалар мен каркастар үшін идеалды болып табылады.
Квадрат профильді түтіктер дөңгелек түтіктерге қарағанда иілуге төзімділігі жоғары, ал тікбұрышты түтіктерге қарағанда бұралу қатаңдығы жоғары, бұл оны құрылымдық беріктік тұрғысынан тиімді етеді.
Болат коррозияға төзімді, әсіресе ылғалды немесе химиялық заттарға ұшырайтын орталарда жоғары коррозияға төзімділік қасиетіне ие, сондықтан теңіз жағалауында немесе өнеркәсіптік орындарда қолдануға сәйкес келеді.
Мұндағы ескерілетін факторларға құны, беріктігі, коррозияға төзімділігі және түтікшелердің орнатылатын нақты орта әсерлері жатады.
EN
