Apabila menangani tekanan, tiub persegi menyebarkan daya secara sekata ke semua empat sisi, yang memberikan rintangan yang agak baik terhadap daya lenturan dan kilasan. Sudut bersudut tepat menambah kekakuan semula jadi kepada struktur. Sebagai contoh, tiub keluli ASTM A500 Gred B boleh menahan kira-kira 46,000 paun per inci persegi sebelum mengalami lelasan. Berbanding perenggan bulat dengan dimensi yang serupa, bahagian persegi ini mempunyai momen inersia kira-kira 1.7 kali lebih tinggi. Disebabkan bentuknya yang cekap, jurutera kerap menentukan penggunaan tiub persegi untuk tiang bangunan, rangka rentang jambatan, dan kerangka struktur di mana beban datang dari arah yang berbeza sepanjang hari.
Tiub segi empat struktur piawai diperbuat daripada gred keluli karbon yang direka khas mengikut keperluan prestasi tertentu:
| Harta | ASTM A500 Gred B | ASTM A513 Jenis 5 |
|---|---|---|
| Kekuatan Alah (psi) | 46,000 | 50,000 |
| Kekuatan Tegangan (psi) | 58,000 | 70,000 |
| Kegunaan utama | Rangka Struktur | Bahagian mesin |
Keratan rentas berongga mengurangkan berat sehingga 40% berbanding bar padat sambil mengekalkan 85–92% daripada keupayaan menanggung beban melalui taburan tekanan perimeter yang cekap.
Tiub segi empat menawarkan rintangan lenturan 1.3 kali lebih tinggi berbanding tiub bulat dan kekukuhan kilasan 22% lebih tinggi berbanding tiub segi empat tepat disebabkan oleh geometri simetri yang menghapuskan kelemahan khusus paksi. Tiub segi empat 4" mampu menahan beban mampatan sebanyak 15,000 lbs tanpa lengkok, berbanding 11,200 lbs bagi tiub bulat yang setara.
Paip persegi keluli lembut berguling panas menunjukkan mod kegagalan yang boleh diramal di bawah beban berlebihan, dengan kekuatan alah berkisar antara 36,000 psi (Gred A) hingga 50,000 psi (Gred C). Dengan momen inersia tipikal (I) sebanyak 8.22 in₄ setiap kaki linear, ia membolehkan rentangan sokongan sehingga 30% lebih panjang daripada setara I-beam dalam aplikasi bukan kritikal.
Bentuk segi empat paip keluli memberikan kekakuan kilasan yang sangat baik kerana sudut bersudut tepat ini mengagihkan daya dengan lebih baik. Ini menjadikan paip-paip ini sangat sesuai untuk menahan beban menegak dari atas mahupun daya melintang yang menolaknya, justeru menyebabkan paip ini sangat popular dalam pembinaan bangunan berbilang tingkat. Apabila berkaitan dengan spesifikasi sebenar, paip ASTM A500 Gred B telah menjadi piawaian dalam banyak struktur yang tahan gempa bumi. Paip-paip ini perlu memenuhi keperluan kekuatan alah minimum sekitar 46 ksi (iaitu kilopon per inci persegi). Cara bahan-bahan ini mengendalikan tekanan merentasi keseluruhan kawasan permukaannya membantu mencegah pembentukan tompok lemah semasa gempa bumi. Pengagihan yang sekata ini mengelakkan masalah lengkungan setempat dan secara amnya menjadikan bangunan lebih cekap ketika menghadapi aktiviti seismik.
Dimensi piawai tiub segi empat sama memudahkan pengeluaran besar-besaran dalam pembinaan modular. Projek yang menggunakan tiub segi empat galvanis 4"x4" dengan sambungan kimpalan MIG mencatatkan masa pemasangan 20–30% lebih cepat berbanding kaedah tradisional. Ketepatan dimensi ini mengurangkan tenaga kerja di tapak dan menyokong toleransi ketat dalam komponen pra-ufuk seperti tangga, rasuk bumbung, dan panel dinding.
Tiub persegi telah menjadi bahan pilihan bagi arkitek yang memerlukan sesuatu yang berfungsi baik dari segi struktur dan juga kelihatan menarik. Ambil contoh tiub keluli tahan karat bersalut serbuk berukuran 2 kali 2 inci - ia boleh bertahan selama setengah abad tanpa karat walaupun dipasang pada bangunan berhampiran laut, yang cukup mengagumkan memandangkan udara berasin boleh merosakkan bahan biasa dengan begitu cepat. Bandar-bandar di seluruh dunia mula memasang tiub persegi berketebalan 8 hingga 12 gauge yang lebih kuat ini di tempat seperti kawasan letak basikal dan hentian pengangkutan awam. Bahan ini lebih tahan terhadap kerosakan akibat vandal berbanding kebanyakan alternatif lain, sambil masih mengekalkan rupa yang licin dan kontemporari yang diingini oleh banyak pihak berkuasa tempatan untuk projek infrastruktur mereka masa kini.
Sebuah bangunan baharu setinggi 15 tingkat yang menggabungkan ruang perumahan dan komersial baru-baru ini memperoleh status LEED Gold berkat penggunaan inovatif tiub keluli kitar semula yang membentuk separuh daripada kerangka eksoskleton. Arkitek berjaya mengurangkan penggunaan keluli secara keseluruhan sebanyak kira-kira 18 peratus sambil mengekalkan semua keperluan kekuatan struktur yang diperlukan. Selepas siap dibina, pemantauan tenaga menunjukkan penjimatan sebanyak kira-kira 12 peratus pada bil pemanasan sepanjang tahun. Sebahagian daripada penjimatan ini datang daripada cara tiub keluli berongga tersebut berfungsi lebih baik dari segi terma berbanding tiub pejal, mengurangkan kehilangan haba merentasi pelbagai bahagian perumah bangunan.
Profil tiub segi empat sama memberikan kekakuan kilasan yang unggul, menjadikannya ideal untuk mesin presisi seperti lengan robot dan sistem landasan konveyor. Pada asas mesin CNC, ia mengagihkan getaran operasi dengan lebih sekata berbanding rasuk-I, mengurangkan distorsi harmonik sehingga 40% (ASM International 2023).
Paip keluli lembut segi empat benar-benar tahan ketika dikenakan kitaran tekanan berulang, terutamanya di tempat-tempat di mana ia digunakan bersama mesin penekan stamping atau di dalam sistem hidraulik. Tepi paip ini boleh dikimpal sepenuhnya, yang bermaksud kita boleh mengukuhkan kawasan-kawasan yang paling banyak menerima tekanan. Selain itu, dinding paip ini mengekalkan ketebalan yang hampir sama sepanjang masa, jadi ia tidak gagal secara tiba-tiba walaupun dikenakan tekanan melebihi 700 MPa. Apabila jurutera menjalankan ujian kelesuan ke atasnya, rangka tiub segi empat tahan lebih kurang 25 peratus lebih lama sebelum rosak berbanding tiub segi empat tepat serupa yang digunakan dalam perkakas pengendalian bahan. Ini memberi perbezaan nyata dalam persekitaran industri di mana masa hentian mengakibatkan kerugian wang.
Dimensi piawai tiub persegi yang berkisar antara 25 kali 25 milimeter hingga 150 kali 150 milimeter benar-benar membantu merampingkan proses pembuatan dalam sektor seperti peralatan pertanian dan jentera pengepakan. Apabila pengilang memilih tiub keluli lembut bersijil ASTM A500, mereka mendapat kualiti yang konsisten dari satu kelompok ke kelompok yang lain. Kekonsistenan ini sebenarnya menjimatkan masa semasa operasi pemasangan robotik, dengan beberapa kilang melaporkan pengurangan kira-kira 18 peratus dalam masa persediaan berbanding menggunakan profil tempahan khas. Bagi mereka yang memerlukan perlindungan tambahan terhadap karat dan pencemaran, versi pra-galvanis mempercepatkan proses terutamanya di kilang pemprosesan makanan dan kemudahan farmaseutikal di mana mengekalkan permukaan yang bersih dan mencegah kakisan adalah sangat penting untuk mematuhi keperluan keselamatan dan akreditasi.
Tiub persegi berkesan dalam jambatan pejalan kaki dan kenderaan lalu lintas rendah disebabkan oleh agihan beban yang seimbang dan kestabilan kilasan. Bentuk simetri mereka meminimumkan kepekatan tegasan pada sambungan. Analisis struktur menunjukkan rentangan sehingga 18 meter dalam jambatan pejalan kaki menghasilkan pesongan hanya 8% berbanding rasuk-I setara (Rekabentuk Jambatan Antarabangsa 2023).
Bahagian rentas tertutup tiub persegi memberikan peredaman getaran 22% lebih baik berbanding bahagian saluran terbuka. Ciri ini penting dalam infrastruktur yang terdedah kepada angin atau beban trafik berulang. Pengujian mengesahkan tiub-tiub ini mengekalkan integriti selepas 1.2 juta kitaran beban pada tahap tegasan 85 MPa (Laporan Prestasi Bahan 2023).
Pembaikan Pantai Teluk Florida 2022 menggantikan cerun konkrit yang uzur dengan tiub keluli persegi berlapis galvanis panas. Penyelesaian bersalut zink ini memberikan:
Tiub segi empat berfungsi agak baik untuk aplikasi beban biasa tetapi mula menunjukkan kekangan apabila projek memerlukan bahan dengan kekuatan alah melebihi 650 MPa. Apabila membina jambatan besar dengan rentangan melebihi 300 meter, kebanyakan jurutera struktur kini memilih penyelesaian hibrid. Mereka menggabungkan tiub segi empat dengan teras konkrit diperkukuh di dalamnya, yang memberikan kestabilan keseluruhan yang lebih baik. Edisi terkini Kod Jambatan ASCE sebenarnya menetapkan had sejauh mana tiub segi empat boleh digunakan tanpa sokongan di kawasan di mana lalu lintas kargo berat bergerak secara kerap. Menurut revisi 2023, rentangan tanpa sokongan maksimum adalah sekitar 45 meter sebelum pengukuhan tambahan diperlukan demi keselamatan.
Pelbagai jenis tiub segi empat seperti keluli lembut, keluli tahan karat, dan keluli galvanit mempunyai kegunaan masing-masing bergantung kepada keperluan, bajet yang tersedia, dan lokasi pemasangannya. Keluli lembut adalah cukup mesra bajet dan cukup kuat untuk kebanyakan kerja dalaman kerana ia boleh menahan tekanan sekitar 370 hingga 500 MPa sebelum patah. Namun apabila keadaan menjadi serius, terutamanya berdekatan air masin atau bahan kimia, keluli tahan karat menjadi pilihan utama. Gred 304 dan 316 mengandungi sekurang-kurangnya 10.5% kromium yang membentuk lapisan pasif yang sangat baik dalam menentang karat. Oleh itu, bahan-bahan ini sering dilihat di kilang kapal dan kilang yang berurusan dengan bahan tegas setiap hari. Keluli galvanit berada di tahap pertengahan dari segi harga tetapi masih berkesan digunakan di luar bangunan berkat lapisan zinknya. Kebanyakan pakar menyatakan perlindungan ini boleh bertahan mana-mana antara 20 hingga 30 tahun sebelum penyelenggaraan diperlukan lagi.
| Harta | Keluli Lembut | Keluli tahan karat | Keluli Galvanis |
|---|---|---|---|
| Rintangan kakisan | Rendah | Tinggi | Sederhana |
| Kos (semeter) | $18–$25 | $45–$120 | $28–$40 |
| Jangka Hayat (Tahun) | 10–15 | 30–50+ | 20–40 |
| Aplikasi Terbaik | Rangka dalaman | Lingkungan yang sengit | Struktur luar bangunan |
Jadual 1: Metrik prestasi yang diperoleh daripada perbandingan bahan mengikut piawaian industri
Ujian menunjukkan bahawa paip berkeluli galvanis tahan karat kira-kira 5 hingga 7 kali lebih baik daripada keluli lembut biasa apabila diuji dengan ujian semburan garam mengikut piawaian ASTM B117. Keluli tahan karat pula sangat unggul dalam keadaan keras yang mempunyai banyak kelembapan atau pendedahan bahan kimia. Malah selepas didedahkan selama 1000 jam berturut-turut, ia hampir tidak menunjukkan sebarang tanda kakisan dengan kehilangan kurang daripada 0.1 mm setahun. Satu kajian terkini oleh NACE pada tahun 2023 turut mendapati sesuatu yang menarik. Apabila suhu melebihi 60 darjah Celsius, lapisan zink tersebut mula terurai dengan cepat. Tetapi keluli tahan karat? Bahan ini kekal kuat sehingga suhu kira-kira 870 darjah Celsius sebelum menunjukkan sebarang masalah ketara. Tidak hairanlah ramai industri lebih memilihnya untuk aplikasi suhu tinggi.
Untuk aplikasi kering dan dalaman, keluli lembut menawarkan penyelesaian yang paling berkesan dari segi kos. Keluli galvanis memberi keseimbangan antara ketahanan dan kos awal untuk pemasangan luaran, dengan jangka hayat 35–50 tahun. Keluli tahan karat adalah justifikasi di kawasan pesisiran atau industri, di mana pelaburan awal yang lebih tinggi mencegah perbelanjaan penggantian jangka panjang melebihi $180 setiap meter linear selama dua dekad.
Tiub persegi memberikan kekukuhan kilasan yang sangat baik dan agihan beban yang seimbang, menjadikannya ideal untuk struktur penyokong beban, rangka loyang, dan kerangka.
Tiub persegi menawarkan rintangan lenturan yang lebih unggul berbanding tiub bulat dan kekukuhan kilasan yang lebih tinggi daripada tiub segi empat tepat, menjadikannya lebih cekap dari segi integriti struktur.
Keluli tahan karat memberikan rintangan kakisan yang tinggi, terutamanya dalam persekitaran yang lembap atau terdedah kepada bahan kimia, menjadikannya sesuai untuk kawasan pesisir pantai atau industri.
Pertimbangan termasuk kos, ketahanan, rintangan kakisan, dan pendedahan persekitaran khusus di mana tiub akan dipasang.
EN
