فولاد و سازه

فولاد و سازه و مقدمه ای بر کاربردها

فولاد و بتن از مصالح ساختمانی محبوب در صنایع مدرن در سراسر جهان به شمار می روند. در ساخت و ساز فعلی بتنی، هزینه کارهای موقت و نیروی کار ورودی مربوطه بسیار مهم تر از مصالح ساختمانی است که این امر و سرعت بالای ساخت سازه فلزی و نیز درگیری کمتر با نیروی کار جذابیت سازه فلزی را بالا می برد.

از سوی دیگر، از آنجایی که قیمت واحد فولاد سازه‌ای بسیار بالاتر از بتن مسلح معمولی است، مقدار مواد مصرفی در قاب‌های ثقلی و مقاوم در برابر نیروی جانبی عامل کلیدی در تعیین هزینه کل ساخت و ساز فولادی است. به همین سبب نحوه محاسبه و نوع متریال فولادی مصرفی در پروژه ها بسیار تاثیر عمیقی بر هزینه نهایی تمام شده در ساخت یک سازه دارد.

آشنایی با انواع مقاطع و انواع استانداردها و آلیاژهای مختلف فولاد کمک زیادی به طراح می کند تا بتواند با سبک ترین طراحی به بالاترین مقاومت و استحکام لازم در سازه دست یابد. لذا همین امر سبب می شود تا در انتخاب طراح علاوه بر مواردی همچون آشنایی با سلیقه روز بازار و دید هنری و زیبایی شناختی و فرایندهای معماری سازه به آشنایی با انواع مواد و متریال ، استانداردها و قابلیت های هر فرم و ماده مصرفی در سازه نیز توجه شود. هم در راستای بهینه سازی سازه و استحکام آن و هم در راستای حداکثر کردن فرایندهای زیبایی شناختی و نیز در جهت بهینه کردن هزینه های ساخت و تولید.

پیشینه استانداردهای صنعتی

همانطور که در کتابچه راهنمای استانداردهای مقایسه ای جهانی فولاد گزارش شده است هر کشور استاندارد صنعتی خود را اتخاذ می کند به عنوان مثال، ASTM ایالات متحده آمریکا، CSA کانادا، BSI بریتانیا)، CEN اروپا، DIN آلمان) ، GOST روسیه، JIS ژاپن، KS کره جنوبی ، و غیره). این به این معنی است که هیچ راه ساده ای برای یافتن استاندارد معادل در میان آنها در برابر تمام گریدهای فولادی و سایر زیرمجموعه ها بسته به ترکیب شیمیایی، هدف کاربرد و عملکرد جوش وجود ندارد.

به عنوان مثال، ASTM عمدتاً مواد فولادی را بر اساس ترکیب شیمیایی، خواص و عملکرد طبقه‌بندی می‌کند، مانند فولاد کربنی، فولاد کم آلیاژ با مقاومت بالا، فولاد نورد گرم و سرد و غیره. برای CEN، روش تولید یک معیار کلیدی است، مانند فولادهای نورد گرم، نورد حرارتی مکانیکی و کوئنچ و حرارت داده شده.

برخلاف استانداردهای آمریکایی و اروپایی، استانداردهای صنعتی KS و JIS در کره جنوبی و ژاپن، فولادهای سازه‌ای را اساساً بر اساس هدف کاربردی طبقه‌بندی می‌کنند: درجه SS ساختار عمومی ، درجه SM ساختار جوشی و درجه SHN سازه‌های ساختمانی تحت تأثیر طراحی لرزه ای. لذا یافتن تطابق دقیق با استانداردهای غربی دشوار است.

به عنوان مثال

برخی از جزئیات استاندارد صنعتی کرهKS در این بخش ارائه می شود. دو حرف اول استاندارد فولاد کره، انواع کاربرد مواد فولادی را نشان می دهد، که سپس درجه مقاومت کششی را دنبال می کند. به عنوان مثال، SM490A به مواد فولادی نورد گرم برای سازه های جوش داده شده با مقاومت کششی مشخص شده 490 مگاپاسکال و مقاومت تسلیم به ترتیب از 295 تا 325 مگاپاسکال، بسته به ضخامت صفحه اشاره می کند.

حرف بزرگ بعدی کلاس های A، B، یا C درست بعد از درجه استحکام، انرژی جذب (یا چقرمگی) بدست آمده از تست ضربه چارپی را نشان می دهد قبل از وقوع زلزله توهوکو در ژاپن، عملکرد ضربه ای مواد فولادی یک نگرانی مهم نبود، اما در حال حاضر به عنوان یک عامل مهم در مناطق لرزه خیز در نظر گرفته می شود از نظر انرژی جذب شده چارپی که نشانگر عملکرد یا چقرمگی مقاوم در برابر ضربه است، برای کلاس A محدودیت کمتری وجود ندارد، اما حداقل مقادیر کلاس B و C به ترتیب 27 و 47 ژول در دمای 0 درجه سانتیگراد است.

شرط کلاس‌های B و C مقاومت‌های ضربه‌ای عالی را در اتصالات جوش داده شده ارائه می‌کنند و بنابراین این گریدها معمولاً در اعضای فولادی با فلنج عریض استفاده می‌شوند. با این حال، از آنجایی که قیمت آنها بسیار بالاتر از کلاس A است (تقریباً بیش از 20%)، این مطالعه با هدف بررسی امکان جایگزینی آن با کلاس A در مطالعات BWS، تحقیق و نشان داده شده است. در استاندارد KS، در نتیجه، مقاومت تسلیم مشخص شده فولادهای نوع SM با افزایش ضخامت صفحه طبق تحقیقات به صورت اجتناب ناپذیر به دلیل وجود کربن بیشتر در محل اتصالات و جوشکاری ، کاهش می‌یابد.

بنابراین

بنابراین، فولادهای TMCP با کارایی بالا (SM490TMC در این مطالعه) به طور کلی برای ساخت فلنج های بالا و پایین یک عضو BWS استفاده می شود زیرا در فولادهای TMCP هیچ گونه کاهش مقاومت و عملکرد جوشکاری انتظار نمی رود. چرا که با یک فرآیند متالورژیکی ویژه که ترکیب آهنگری یا نورد با چرخه های حرارتی گرمایش و سرمایش به خوبی کنترل شده است، که می تواند محتوای کربن کمتر با استحکام و شکل پذیری بالا را نسبت به فولادهای SM تضمین کند.

این مثال به نسبت طولانی و آگاهی از این خواص و شاخصه ها برای دستیابی به یک طراحی ایده آل و یا نزدیک به ایده آل از نظر نگارنده جزو ملزومات دانش و اطلاعات یک طراح به حساب می آید لیکن با توجه به گستردگی بسیار زیاد این زمینه و نیز سایر زمینه ها و ماد مصرفی شرکت فولاد بیوک با بهره گیری از متخصصین کارآزموده و با تجربه خود اقدام به ایجاد یک بخش مشاوره ای بسیار قوی در این زمینه نموده است که با توجه به محدودیت بازار داخلی و موجودی محدود آن از نظر سایز ، آلیاژ و مقاطع نسبت به مشاوره و راهنمایی طراحان و صاحبان صنایع در انتخاب بهترین گزینه یاری رساند.