Stresle başa çıkmak söz konusu olduğunda, kare borular kuvveti dört tarafın tamamına eşit şekilde dağıtır ve bu da eğilme ile burulma kuvvetlerine karşı oldukça iyi bir direnç sağlar. Dik köşeler yapıya doğal olarak ekstra katılık kazandırır. Örneğin ASTM A500 Grade B çelik kare borular, akma öncesi yaklaşık 46.000 pound/inç kare yük kaldırabilir. Benzer boyutlardaki yuvarlak borularla karşılaştırıldığında, bu kare kesitler yaklaşık 1,7 kat daha büyük atalet momentine sahiptir. Bu verimli şekli nedeniyle mühendisler, gün boyunca farklı yönlerden gelen yüklerin etkili olduğu bina kolonları, köprü kafes sistemleri ve taşıyıcı çerçeveler için genellikle kare boruları tercih eder.
Standart taşıyıcı kare borular, belirli performans ihtiyaçlarına göre uyarlanmış karbon çelik türlerinden üretilir:
| Mülk | ASTM A500 Grade B | ASTM A513 Type 5 |
|---|---|---|
| Akma Dayanımı (psi) | 46,000 | 50,000 |
| Çekme Dayanımı (psi) | 58,000 | 70,000 |
| Birincil kullanım | Yapısal çerçeveler | Makine parçaları |
İçi boş kesit, çevresel gerilme dağılımının etkili olması sayesinde taşıma kapasitesinin %85-92'sini korurken katı çubuklara kıyasla ağırlığı en fazla %40 oranında azaltır.
Kare borular, eksen bazlı zayıflıkları ortadan kaldıran simetrik geometrileri nedeniyle dairesel borulara göre 1,3 kat daha fazla eğilmeye karşı direnç gösterir ve dikdörtgen borulara kıyasla %22 daha yüksek burulma rijitliğine sahiptir. Eşdeğer bir dairesel borunun kaldırabildiği 11.200 lbs'a karşılık, 4 inçlik bir kare boru burkulma olmadan 15.000 lbs'lık bir basınç yüküne dayanabilir.
Sıcak haddelenmiş düşük karbonlu çelik kare borular aşırı yüklemede tahmin edilebilir hasar modlarına sahiptir ve akma mukavemetleri Grade A'da 36.000 psi'den Grade C'de 50.000 psi'ye kadar değişir. Doğrusal ayak başına tipik bir atalet momenti (I) değeri 8,22 in₄ olan bu borular, kritik olmayan uygulamalarda I-kiriş eşdeğerlerine kıyasla %30 daha uzun mesafeleri destekleyebilir.
Çelik boruların kare şekli, dik açılı köşeleri sayesinde mükemmel bir burulma direnci sağlar çünkü bu köşeler kuvvetleri daha iyi dağıtır. Bu özellik, boruların özellikle yukarıdan gelen düşey yüklerin yanı sıra yanal yönde iten kuvvetlere karşı direnç göstermesini sağladığı için çok katlı bina inşaatlarında oldukça popüler hale gelmesine neden olur. Asıl spesifikasyonlara gelince, ASTM A500 Grade B borular deprem dayanımlı yapıların çoğunda standart haline gelmiştir. Bu borular yaklaşık 46 ksi (kips: inç kare başına bin pound) çekme dayanımı minimum gereksinimini karşılamalıdır. Bu malzemelerin yüzey alanının tamamında gerilimi nasıl yönettiği, deprem sırasında zayıf noktaların oluşmasını engeller. Bu eşit dağılım, yerel burkulma sorunlarını önler ve genel olarak binaların deprem etkileri karşısında daha dayanıklı olmasını sağlar.
Kare boruların standart boyutları, modüler inşaatta seri üretimi kolaylaştırır. 4"x4" galvanizli kare boruların MIG kaynaklı eklemelerle kullanıldığı projeler, geleneksel yöntemlere göre %20-30 daha hızlı montaj süresi bildirmiştir. Bu boyutsal hassasiyet, sahadaki iş gücünü azaltır ve merdivenler, çatı kirişleri ve duvar panelleri gibi prefabrik bileşenlerde dar toleransların sağlanmasına destek olur.
Kare borular, yapısal olarak iyi çalışan aynı zamanda estetik görünüm sunan malzemeler arayan mimarlar için vazgeçilmez bir hale geldi. Örneğin, toz boyalı 2 x 2 inç paslanmaz çelik borulara bakın - özellikle okyanus yakınındaki binalara monte edildiklerinde yarım asır boyunca paslanmadan dayanabilirler. Tuzlu hava düzenli malzemeleri çok hızlı aşındırdığı düşünüldüğünde bu oldukça etkileyici. Şehirler, bisiklet park alanları ve toplu taşıma durakları gibi yerlere daha dayanıklı olan 8 ila 12 gauge kare boruları kurmaya başladı. Bu malzeme, belediyelerin altyapı projelerinde günümüzde istedikleri şık modern görünümü korurken çoğu alternatiften daha iyi şekilde vandallara karşı direnç gösteriyor.
Yakın zamanda inşa edilen ve konut ile ticari alanları bir araya getiren 15 katlı yeni bir bina, dış iskelet çerçevesinin yarısını oluşturan geri dönüştürülmüş çelik boruların yenilikçi kullanımı sayesinde LEED Altın statüsünü kazandı. Mimarlar, tüm gerekli yapısal dayanım gereksinimlerini korurken genel çelik kullanımını yaklaşık %18 oranında azaltmayı başardı. İnşaat tamamlandıktan sonra yapılan enerji izleme, yıl boyunca ısıtma faturalarında yaklaşık %12 tasarruf sağlandığını gösterdi. Bu tasarrufun bir kısmı, içi boş çelik boruların bina kabuğunun farklı bölgelerinde ısı kaybını azaltarak, dolu olanlara göre daha iyi termal performans sergilemesinden kaynaklanıyor.
Kare boruların eşit kenarlı profili, robotik kollar ve konveyör ray sistemleri gibi hassas makineler için üstün burulma rijitliği sağlar. CNC makine tabanlarında, I-kirişlere göre işletme titreşimlerini daha eşit şekilde dağıtır ve harmonik bozulmayı %40'a varan oranlarda azaltır (ASM International 2023).
Kare kesitli yumuşak çelik borular, özellikle sac presleriyle kullanıldığı veya hidrolik sistemlerin içinde bulunduğu durumlarda tekrarlanan gerilim döngülerine karşı oldukça dayanıklıdır. Bu boruların kenarları tamamen kaynaklanabilir, bu da gerilimin en yoğun olduğu bölgeleri güçlendirmemizi sağlar. Ayrıca duvar kalınlıkları boyunca neredeyse eşit kalır; bu yüzden 700 MPa'nın üzerindeki basınçlara maruz kaldıklarında bile beklenmedik şekilde kırılmazlar. Mühendisler yorulma testleri yaptığında, kare boru çerçeveler, materyal taşıma ekipmanlarında kullanılan benzer dikdörtgen borularla karşılaştırıldığında yaklaşık %25 daha uzun ömürlü olur. Endüstriyel ortamlarda bakım maliyetlerinin yüksek olduğu düşünüldüğünde bu fark oldukça önemlidir.
25x25 milimetre ile 150x150 milimetre arasında değişen standart kare boru ebatları, tarım ekipmanı ve ambalaj makineleri gibi sektörlerde üretim süreçlerinin verimli hale getirilmesine önemli ölçüde yardımcı olur. Üreticiler ASTM A500 sertifikalı düşük karbonlu çelik boruları tercih ettiğinde, bir partiyle diğerleri arasında tutarlı kalite elde ederler. Bu tutarlılık, robotik montaj işlemlerinde zaman kazandırır ve bazı fabrikalar, özel olarak üretilmiş profillere kıyasla yaklaşık %18 oranında daha az kurulum süresi bildirmektedir. Paslanma ve kontaminasyona karşı ek korumaya ihtiyaç duyanlar için önceden galvanizli versiyonlar, özellikle yüzeylerin temiz tutulmasının ve korozyonun önlenmesinin uyumluluk ve güvenlik açısından hayati önem taşıdığı gıda işleme tesisleri ile farmasötik tesislerde işleri oldukça hızlandırır.
Kare borular, dengeli yük dağılımı ve burulma stabilitesi nedeniyle yaya ve düşük trafikli taşıt köprülerinde etkilidir. Simetrik yapıları bağlantı noktalarındaki gerilme konsantrasyonlarını en aza indirir. Yapısal analizler, ayak köprülerinde 18 metreye kadar olan açıklıkların eşdeğer I-kirişlere kıyasla yalnızca %8 sehim oluşturduğunu göstermektedir (Bridge Design International 2023).
Kare boruların kapalı kesiti, açık kanal profillere göre %22 daha iyi titreşim sönümleme sağlar. Bu özellik, rüzgara veya tekrarlı trafik yüklerine maruz kalan altyapılar için kritik öneme sahiptir. Testler, bu boruların 85 MPa gerilim seviyelerinde 1,2 milyon yük döngüsünün ardından bile bütünlüğünü koruduğunu doğrulamıştır (Materials Performance Report 2023).
2022 yılında Florida Gulf Coast'ta yapılan bir yenileme çalışmasında, eski beton kolonlar sıcak daldırma galvanizli kare çelik borularla değiştirildi. Çinko kaplı çözüm şu avantajları sunmuştur:
Kare borular, normal yük uygulamaları için oldukça iyi çalışır ancak malzemelerin akma mukavemetlerinin 650 MPa'nın üzerine çıkması gereken projelerde sınırlarını göstermeye başlar. 300 metreyi aşan açıklıklara sahip devasa köprüler inşa edilirken, günümüzde çoğu yapı mühendisi hibrit çözümleri tercih eder. İçlerine takviyeli beton çekirdekler yerleştirerek kare borularla birlikte kullanırlar ve bu da genel olarak daha iyi stabilite sağlar. ASCE Köprü Kodu'nun en son baskısı, ağır yük taşımacılığının düzenli olarak yapıldığı bölgelerde kare boruların desteksiz olarak ne kadar ileri gidebileceğini sınırlandırmaktadır. 2023 revizyonuna göre, güvenlik nedenleriyle ek takviye gerekmeden desteksiz açıklıklar yaklaşık 45 metre ile sınırlıdır.
Hafif çelik, paslanmaz çelik ve galvanizli olmak üzere farklı türde kare borular, hangi iş için kullanılacaklarına, mevcut bütçeye ve nereye monte edileceklerine göre kendi kullanım alanlarına sahiptir. Hafif çelik oldukça uygun fiyatlıdır ve kopma mukavemeti yaklaşık 370 ila 500 MPa arasında olduğu için çoğu iç mekân uygulaması için yeterince güçlüdür. Ancak özellikle deniz suyu veya kimyasallara maruz kalınan durumlarda paslanmaz çelik bir numaralı tercih haline gelir. 304 ve 316 kaliteleri en az %10,5 krom içerir ve bu da pasivize tabaka oluşturarak çok iyi bir şekilde korozyona direnç sağlar. Bu yüzden gemi inşa alanlarında ve her gün sert maddelerle çalışan fabrikalarda bu malzemeleri sürekli görürüz. Galvanizli çelik fiyat açısından orta seviyededir ancak çinko kaplaması sayesinde dış mekânlarda oldukça iyi görev yapar. Çoğu uzman, bakım tekrar gerekene kadar bu korumanın genellikle 20'den belki 30 yıla kadar dayanacağını söyler.
| Mülk | Hafif Çelik | Paslanmaz çelik | Galvanize Edilmiş Demir |
|---|---|---|---|
| Korozyona dayanıklılık | Düşük | Yüksek | Orta derecede |
| Maliyet (metre başı) | $18–$25 | $45–$120 | $28–$40 |
| Ömür (Yıl) | 10–15 | 30–50+ | 20–40 |
| En Uygun Kullanım Alanı | İç mekân iskeletleri | Sert ortamlar | Dış mekan yapıları |
Tablo 1: Sektörün standart malzeme karşılaştırmalarından elde edilen performans metrikleri
Yapılan testler, galvanizli boruların ASTM B117 standartlarına göre tuz püskürtme testine tabi tutulduğunda normal yumuşak çeliğe kıyasla paslanmaya yaklaşık 5 ila 7 kat daha iyi direnç gösterdiğini ortaya koymuştur. Paslanmaz çelik ise nemin yoğun olduğu ya da kimyasal maddelere maruz kalınan sert koşullarda gerçekten öne çıkmaktadır. Ardışık 1000 saat boyunca maruz bırakıldıktan sonra bile yılda 0,1 mm'nin altındaki kayıplarla neredeyse hiç korozyon görünmez. 2023 yılında NACE tarafından yapılan son bir çalışma ayrıca ilginç bir bulgu sunmuştur. Sıcaklık 60 derece Celsius'un üzerine çıktığında, bu çinko kaplamalar oldukça hızlı bir şekilde bozulmaya başlar. Ancak paslanmaz çelik? Bu malzeme yaklaşık 870 derece Celsius'a kadar hiçbir ciddi sorun göstermeden dayanıklılığını korur. Bu yüzden birçok sektörün yüksek sıcaklık uygulamalarında bunu tercih etmesi tamamen mantıklıdır.
Kuru, kapalı ortam uygulamaları için düşük karbonlu çelik en maliyet etkin çözümü sunar. Galvanizli çelik, dış mekân kurulumlarında dayanıklılık ve başlangıç maliyeti arasında denge sağlar ve 35–50 yıl arası ömür sunar. Paslanmaz çelik, kıyı bölgelerde veya endüstriyel ortamlarda tercih edilir; yüksek başlangıç yatırımı, iki on yıl boyunca doğrusal metre başına 180 ABD dolarını aşan uzun vadeli değiştirme maliyetlerini önler.
Kare boru, mükemmel burulma direnci ve dengeli yük dağılımı sağlayarak taşıyıcı yapılar, kafes sistemler ve iskeletler için idealdir.
Kare boru, yuvarlak boruya göre daha üstün eğilme direnci ve dikdörtgen boruya kıyasla daha yüksek burulma rijitliği sunar ve bu da onu yapısal bütünlük açısından daha verimli hale getirir.
Paslanmaz çelik, özellikle nemli veya kimyasal maddelere maruz kalan ortamlarda yüksek korozyon direnci sağlar ve bu nedenle kıyı bölgeleri veya endüstriyel alanlar için uygundur.
Dikkate alınması gereken faktörler arasında maliyet, dayanıklılık, korozyon direnci ve borunun monte edileceği özel çevresel koşullar yer alır.
EN
