Šuplji čelični profili: vrste, standardi, svojstva dizajna i primjene modularnih mostova

Šuplji čelični profili, koji se često nazivaju šuplji strukturni profili (HSS) u Sjevernoj Americi i šuplji profili u Europi, čelični su elementi zatvorenog presjeka proizvedeni u kvadratnom, pravokutnom i kružnom obliku. Nalaze se u rešetkama mostova, građevinskim stupovima, konstrukcijama dizalica, dalekovodnim tornjevima, privremenim radovima i modularnim čeličnim mostovima. Najjednostavniji način da vidite njihovu prednost: kvadratni šuplji presjek iste visine i iste čelične mase kao vruće valjani HEA ili IPE stup obično daje radijus vrtnje oko 20 do 30 posto veći, što izravno smanjuje rizik od izvijanja i podiže upotrebljiv kapacitet aksijalnog opterećenja bez dodavanja čelika. Ti brojevi dolaze iz otvoreno objavljenih tablica svojstava sekcija kao što su one koje se koriste u primjerima dizajna Eurokoda 3 i standardnim katalozima mlinova. Ovaj članak objašnjava stvarne razlike između kvadratnih, pravokutnih i kružnih šupljih profila, kako proizvodni put mijenja mehaničko ponašanje, koji se standardi materijala primjenjuju, kako čitati svojstva presjeka, kako se šuplji profili koriste u modularnim čeličnim proizvodima za mostove, kako je specificirana zaštita od korozije i što mora biti na popisu za provjeru nabave prije nego što naručite.

Izravan odgovor na najčešće pitanje je sljedeći: odaberite kvadratni šuplji presjek kada vam je potrebna predvidljiva krutost na savijanje i čiste spojeve, odaberite pravokutni šuplji presjek kada jedan smjer dominira opterećenjem, odaberite kružni šuplji presjek kada opterećenja mogu stići iz bilo kojeg smjera i uvijek potvrdite rutu proizvodnje i ocjenu materijala prije usporedbe cijena. Proizvodni put utječe na zaostalo naprezanje, žilavost i krivulju izvijanja koja se koristi u dizajnu, tako da to nije samo proizvodni detalj.

Što su šuplji čelični profili? Vrste i osnovni oblici

Šuplji čelični profili oblikuju se od ravne čelične trake ili od zagrijane oblice u zatvorenom presjeku bez slobodnih rubova. Tri standardne porodice su kvadratni šuplji profili (SHS), pravokutni šuplji profili (RHS) i kružni šuplji profili (CHS). Svaka porodica ima poseban karakter nosivosti, tako da je prvi korak u svakom procesu odabira usklađivanje oblika poprečnog presjeka s dominantnom vrstom opterećenja.

Šuplji profil je označen svojom obitelji, vanjskom dimenzijom ili dimenzijama i debljinom stijenke, na primjer SHS 150 x 150 x 8 ili RHS 200 x 100 x 6,3. U europskoj praksi zahtjevi za proizvodnju i toleranciju navedeni su u EN 10210 za vruće gotove profile i EN 10219 za hladno oblikovane zavarene profile. U sjevernoameričkoj praksi ASTM A500 još uvijek je najčešća specifikacija za zavarene šuplje konstrukcijske dijelove od ugljičnog čelika, dok se ASTM A1085 sve više specificira tamo gdje su potrebne strože tolerancije i dosljedna žilavost. U Kini, GB/T 6728 pokriva mnoge hladno oblikovane zavarene šuplje profile. Znati prema kojem će se standardu vaš projekt provjeriti jednako je važno kao i poznavanje kvalitete čelika.

Kako se proizvode šuplji čelični profili

Proizvodni put mijenja stanje unutarnjeg naprezanja, mjesto zavarenog šava, geometriju kuta i ponašanje materijala pod pritiskom i zamorom. Dva profila s identičnim vanjskim dimenzijama mogu se ponašati različito ako je jedan vruće, a drugi hladno oblikovan, tako da to nije čisto akademska razlika.

1. Vruće završeno oblikovanje (ruta EN 10210): čelik se zagrijava iznad temperature rekristalizacije, oblikuje u okrugli ili kvadratni oblik i dovršava na temperaturi koja smanjuje većinu naprezanja oblikovanja. Rezultat je ujednačenija mikrostruktura, niže zaostalo naprezanje i bolja žilavost u kutovima, što može poboljšati performanse izvijanja stupa s istim nominalnim dimenzijama.
2. Hladno oblikovanje iz trake (ruta EN 10219 ili ASTM A500): ravna traka je hladno valjana u okruglu cijev, zatvorena visokofrekventnim indukcijskim zavarivanjem, zatim valjana u četvrtaste ili pravokutne oblike. Hladno oblikovanje povećava granicu tečenja u kutovima zbog otvrdnuća, ali također ostavlja veća zaostala naprezanja, a pravila projektiranja drugačije tretiraju presjek u provjerama izvijanja.
3. Vruće oblikovanje nakon zavarivanja: neki mlinovi normaliziraju ili kale i temperiraju zavarenu cijev kako bi vratili duktilnost i konzistenciju. Ovo kombinira nižu cijenu proizvodnje na bazi traka s povoljnijim stanjem unutarnjeg naprezanja, ali dostupnost je ograničenija, a vrijeme isporuke dulje.

Za komponentu mosta koja će nositi ponovljena živa opterećenja, vruće završeni ili normalizirani dio često je sigurnija polazna točka jer performanse zamora uvelike ovise o zavarenom šavu i koncentracijama naprezanja u kutovima. Za privremene radove, oplate, stupove i konstrukcije koje se ne zamaraju, hladno oblikovani profil je obično odgovarajući i ekonomičniji. Razlika u cijeni između hladno oblikovanih i vruće dovršenih dijelova iste veličine obično je u rasponu od 5 do 10 posto, ovisno o tržištu i debljini stijenke, ali razlika u izvedbi u spoju opterećenom zamorom može biti mnogo veća od tog broja.

Vrste čelika i standardi koji su važni

Donja tablica sažima standarde koji se obično koriste za šuplje čelične profile i obitelji klasa materijala koje su im pridodate. Najčešća inženjerska odluka je između S235, S275 i S355 u Europi, te između ASTM A500 Grade B i Grade C u Sjevernoj Americi.

Kada uspoređujete ponude iz različitih tvornica, provjerite jesu li standard, stupanj i zahtjevi za utjecajem napisani u istom retku. Uobičajena pogreška je usporedba hladno oblikovanog profila S275 s vruće završenim profilom S355 samo po cijeni. Hladno oblikovana sekcija može biti jeftinija po toni, ali vruće završena sekcija može omogućiti tanju stijenku i lakši element u konstrukciji stupa, što često čini konačnu izrađenu konstrukciju jeftinijom kada se cijena uspoređuje po metru ugrađene strukture, a ne po toni sirovog materijala.

Svojstva presjeka koja pokreću konstrukcijski dizajn

Kada otvorite katalog šupljeg presjeka, brojevi koji su važni nisu samo vanjske dimenzije. Svojstva u nastavku su ona koja građevinski inženjer koristi za provjeru čvrstoće, krutosti i stabilnosti. Treba ih uspoređivati ​​samo između dijelova istog proizvodnog puta i stupnja materijala.

Radijus vrtnje zaslužuje posebnu pozornost. Za fiksno područje poprečnog presjeka, kvadratni ili kružni šuplji presjek širi materijal dalje od težišta nego otvoreni I-presjek istog područja, što povećava radijus vrtnje i smanjuje omjer vitkosti za određenu duljinu elementa. Jednostavnim rječnikom rečeno, šuplji stup može biti dulji ili tanji od stupa otvorenog presjeka prije nego izvijanje upravlja dizajnom. To je razlog zašto šuplji čelični profili dominiraju visokim ukrućenim okvirima, rešetkastim tornjevima i modularnim sustavima mostova koji se moraju transportirati kao velike montažne komponente i postaviti uz minimalan rad na gradilištu.

Torzija je druga praktična prednost. Otvoreni I-presjek neučinkovito raspoređuje torzijsko naprezanje i često zahtijeva dodatna ukrućenja ili zatvorenu kutiju izrađenu zavarivanjem ploča. Kvadratni ili pravokutni šuplji dio odupire se uvijanju izravno kroz svoju zatvorenu stijenku. Za konstrukcijsku platformu mosta, konzolni potporni okvir ili bilo koju strukturu koja prima vjetar iz promjenjivog smjera, ovakvo ponašanje zatvorenog dijela smanjuje količinu potrebnog dodatnog čelika za ukrućenje.

Šuplji profili u modularnim čeličnim mostovima i teškim konstrukcijama

Modularni čelični mostovi snažan su primjer kako se šuplji čelični profili koriste u praksi. Tipični Baileyjev most ili modularni most panelnog tipa oslanja se na rešetkaste panele visoke čvrstoće spojene iglama za svoje glavne nosače, ali okolni konstrukcijski sustav koristi veliku količinu šupljih dijelova za poprečne grede, bočna ukrućenja, vjetrovite pojaseve, parapete, rukohvate i spojne elemente. Glavni rešetkasti elementi često nisu šuplji dijelovi jer ih je potrebno pričvrstiti klinovima i standardizirati za brzu montažu. Međutim, sekundarni elementi i cijeli nosivi okvir modularnog mosta često se izrađuju od SHS i RHS profila jer su otporni na bočne sile i momente uvijanja koji se javljaju kada teška vozila prelaze most.

Za seriju CB-100, sustav koristi standardizirane modularne panele koji se mogu sastaviti u jednotračne, dvotračne i ojačane konfiguracije. Dizajn nosača stvara klasični rešetkasti profil, dok poprečni nosači i okomiti stupovi koriste zatvorene dijelove kako bi otpor vjetra bio niži i kako bi se izbjeglo lokalno izvijanje koje tanki otvoreni kanali trpe pod opetovanim teškim opterećenjima. Ako usporedite modularni most izgrađen sa sekundarnim ukrućenjem zatvorenog presjeka sa starijim dizajnom izgrađenim s otvorenim kanalima, verzija zatvorenog presjeka obično pokazuje manje vibracija izvan ravnine i zahtijeva manje održavanja tijekom vremena, uglavnom zato što nema otvorenih rubova gdje se nakupljaju voda i sol s ceste.

CB 100 (321) Dobavljač modularnog sustava Bailey Bridge CB 100 (321) Bailey Bridge kombinira standardizirane ploče s poprečnim ukrućenjem zatvorenog presjeka za smanjenje otpora vjetra i vibracija izvan ravnine, što ga čini izdržljivom opcijom za jednotračne, dvotračne i ojačane privremene planove mostova. Pogledajte proizvod →

Odnos između šupljih profila i modularnih mostova funkcionira u oba smjera. S jedne strane, sam sustav mosta koristi zatvorene profile za svoju nosivu konstrukciju i elemente za velika opterećenja, zbog čega se modularni mostovi velikog kapaciteta mjere ne samo dubinom rešetke, već i poprečnim ukrućenjem zatvorenog presjeka i elementima za raspodjelu opterećenja. S druge strane, šuplji čelični profili su sirovina za mnoge montažne komponente mostova, uključujući pješačke mostove, potporne mostove cjevovoda, privremene rampe i čelične prilazne mostove. Gdje most mora biti otporan na koroziju i jednostavan za transport, zatvoreni poprečni presjek smanjuje vanjsku površinu po jedinici čvrstoće, tako da se troši manje boje ili pocinčavanja za istu izvedbu. Za pregled načina na koji se postupa sa specifikacijama i podacima o opterećenju u standardnom modularnom mostu, vodič za nosivost i bilješke o usporedbi sustava korisne su početne točke prije nego što se posvetite veličini odjeljka. Za veće prijelaze, serija CB-200 povećava čvrstoću panela i omogućuje veće raspone, a četveroredne ojačane verzije pokazuju kako modularni sustavi kombiniraju iste principe ukrućenja šupljih presjeka s većim kapacitetom rešetke.

U većim konstrukcijama mostova, šuplji profili nose vjetrobran donje ploče i gornjeg bočnog sustava. Pravokutni šuplji presjek često se koristi za pojaseve rešetkastih nosača jer profili s ravnim stranicama pojednostavljuju zavarene veze. Pravila projektiranja za rešetkaste mostove tretiraju zatvoreni presjek povoljnije od otvorenog kuta ili kanala kada je element izložen kompresiji plus savijanju u dva smjera. U nekim teškim okvirima mostova, kružni šuplji dijelovi ispunjeni betonom koriste se kao stupovi, kombinirajući visoku tlačnu otpornost betona s ograničenim učinkom čelične cijevi, što povećava tlačnu čvrstoću betona pod aksijalnim opterećenjem za otprilike 10 do 20 posto u usporedbi s istim betonom u nearmiranom stupu. To je poboljšanje dokumentirano u međunarodnim odredbama o dizajnu kompozitnih stupova.

Razmatranja dizajna za elemente šupljih presjeka

Ispravna uporaba šupljeg presjeka znači razumijevanje četiri područja projektiranja: klasa poprečnog presjeka, izbor krivulje izvijanja, ponašanje spoja i uvođenje lokalnog opterećenja. Pogrešno postavljanje bilo kojeg od ovih može učinkoviti šuplji dio pretvoriti u nesiguran.

Klasa poprečnog presjeka i lokalno izvijanje

Debljina stijenke šupljeg profila određuje njegovu klasu poprečnog presjeka. Sekcija klase 1 može razviti plastični zglob, sekcija klase 2 može doseći svoj plastični moment, sekcija klase 3 postiže rastezanje, ali ne i plastični moment, a sekcija klase 4 vidi lokalno izvijanje prije nego što se dosegne napon tečenja, tako da se mora koristiti efektivna površina ili efektivni modul presjeka. Granice se obično izražavaju kao granica omjera širine i debljine ravnog zida. Kao praktično pravilo, kvadratni šuplji presjek s debljinom stijenke od oko 5 posto vanjske dimenzije ostaje udobno u kompaktnom rasponu za čelik S355. Za pravokutni presjek s tankim stijenkama, granični omjer širine ravni uvjetovan je duljinom dužeg ravnog zida, a ne prosjekom dvaju smjerova.

Krivulja izvijanja i proizvodni put

Proizvodni put utječe na krivulju izvijanja koja se koristi u dizajnu. Vruće završeni šuplji profili općenito ispunjavaju uvjete za povoljniju krivulju izvijanja nego hladno oblikovani profili iste nazivne čvrstoće, jer proces oblikovanja mijenja oblik raspodjele zaostalog naprezanja i kutnu granicu tečenja. Ova razlika je najvažnija za stupove srednje vitkosti, gdje je otpor na izvijanje između 5 i 15 posto veći za toplo obrađen element. U dugom modularnom rasponu, korištenje vruće gotovih sekcija može smanjiti potrebnu debljinu stijenke taman toliko da smanji i troškove materijala i težinu transporta.

Ponašanje zglobova u rešetkama

U rešetki izrađenoj od kvadratnih ili pravokutnih šupljih dijelova, kapacitet spoja obično je reguliran smicanjem probijanja zida tetive, a ne zavarom. Potporni član koji dolazi pod umjerenim kutom stvara ovalnu zonu naprezanja na plohi tetive. Provjera dizajna mora potvrditi da lice tetive može nositi lokalnu silu. U kružnom šupljem presjeku pojavljuje se isti problem s ravnomjernijim protokom naprezanja, zbog čega je CHS spojeve ponekad lakše projektirati za velika aksijalna opterećenja, iako rezanje i postavljanje okruglih cijevi košta više u proizvodnji. Za modularna ukrućenja mosta izrađena od šupljih dijelova, korištenje novije metode dizajna spajanja dovodi do manjeg broja umetnutih ploča i jednostavnije izrade.

Uvod u lokalno opterećenje

Šuplji dio može biti izložen velikom koncentriranom opterećenju od ležaja, zatika ili drugog elementa. Zatvoreni zid deformira se lokalno kada se opterećenje unese na premalu površinu. Tamo gdje je nosiva sila velika, presjek treba provjeriti na lokalno popuštanje i, ako je potrebno, ojačati ga unutarnjim dijafragmama ili debljim zidom u zoni spoja. Upravo tu CB-450 i sustavi za teška opterećenja pokazuju svoju prednost: teži elementi zatvorenog presjeka i ojačani paneli dizajnirani su da prihvate koncentrirane sile od opterećene osovine kamiona ili živog opterećenja dizalice.

Kada se šuplji dio ispuni betonom, otpornost na vatru i lokalna nosivost značajno se poboljšavaju. Betonska jezgra sprječava savijanje čeličnog zida prema unutra, a čelična cijev ograničava beton, dajući kompozitnom stupu mnogo veći aksijalni kapacitet od zbroja njegovih dijelova. Ispunjeni CHS stupovi standardni su u visokogradnji i sve su češći u teškim stupovima mostova i privremenim potpornim tornjevima. U privremenim podkonstrukcijama mostova, šuplji dio ispunjen betonom može se ponovno upotrijebiti nakon pražnjenja betona, iako se u praksi ispunjeni stup obično ostavlja na mjestu jer rezanje čelika radi uklanjanja betona nije ekonomično.

CB 200 Bailey Bridge za fleksibilne kombinacije raspona CB 200 Bailey Bridge prilagođava se rasponima od 21 do 60 metara putem modularnih kombinacija, u skladu je sa standardima GB, ANSI i EN i može se više puta rastaviti za ponovnu upotrebu, prikladno za hitne i polutrajne primjene mostova. Pogledajte proizvod →

Zaštita od korozije i površinska obrada

Šuplji čelični profil će korodirati izvana, a ako krajevi nisu zabrtvljeni, također i iznutra. Najčešći zaštitni sustav za vanjske mostove i teške konstrukcije je vruće pocinčavanje, u kojem se izrađeni element čisti, topi i uranja u rastaljeni cink. Premaz od cinka tvori metalurški vezan sloj koji pruža barijernu zaštitu i katodnu zaštitu kod ogrebotina i posječenih rubova. Prema široko korištenoj ISO 1461 specifikaciji pocinčavanja, minimalna prosječna debljina premaza za čelik deblji od 6 mm je oko 85 mikrometara, a tipični element mosta s debljinom stijenke od 8 do 10 mm dobiva između 85 i 115 mikrometara sloja cinka. U morskim okruženjima, dvostruki sustav pocinčavanja plus gornji sloj boje produljuje interval održavanja na otprilike dva do tri puta veći od vremena održavanja same boje.

Postoji stalna rasprava o tome treba li galvanizirati prije ili nakon proizvodnje. Za mnoge strukture šupljih presjeka, točan odgovor je pocinčavanje nakon zavarivanja i bušenja, jer svaki rezni rub, izbušena rupa i zavareni šav postaju obloženi cinkom. Ako je dio pocinčan prije izrade, područja zavara gube cink i trebaju popravak gustom bojom bogatom cinkom. Šuplji dio također treba otvore za ventilaciju kada je pocinčan: unutarnji i vanjski tlak moraju se izjednačiti tako da vrući plin iznutra ne istiskuje cink van ili uzrokuje opasnost od eksplozije. Čest detalj su dvije male rupice na krajevima zatvorenog dijela, postavljene tako da kiša ne može ući i skupljati se unutar cijevi.

Za primjene gdje pocinčavanje nije praktično zbog veličine, temperature ili cijene, alternativa je dvokomponentni sustav boje s temeljnim premazom bogatim cinkom. Površina mora biti pripremljena prema visokim standardima, kao što je abrazivno pjeskarenje do čistoće Sa2.5 i površinske hrapavosti od otprilike 40 do 80 mikrometara. Ukupna debljina sustava boje za C3 ili C4 atmosfersko okruženje općenito je u rasponu od 160 do 240 mikrometara, ovisno o dobavljaču premaza i očekivanom vijeku trajanja. U visoko korozivnim okruženjima kao što su obalni mostovi ili tuneli, čelik otporan na atmosferilije je još jedna mogućnost, ali zavareni zatvoreni dijelovi izrađeni od čelika otpornog na atmosferilije zahtijevaju pažljivu pozornost na dodatni metal za zavarivanje i detalje za zadržavanje vode, jer zarobljena voda uzrokuje najgoru vrstu korozije unutar zatvorenog profila.

Za prefabricirane proizvode mostova, pocinčani šuplji profili često su zadani. Pocinčani završni sloj štiti element tijekom transporta, skladištenja na gradilištu i montaže, a to je točno vrijeme kada goli čelik trpi najveću štetu pri rukovanju i mrlje od hrđe. Tvornički nanesena prevlaka od cinka također znači da je potrebno samo popraviti boju na vijčanim spojevima. Pocinčana verzija modularnog mosta i prilagođena rješenja za pocinčani most pokazuju kako se zatvoreni profili od nehrđajućeg čelika ili pocinčani šuplji profili mogu kombinirati u kompletan paket mosta s ciljnim vijekom trajanja od 50 godina ili više. Jedna praktična točka: kada se pocinčani šuplji profil mora zavariti na licu mjesta, zona zavara gubi zaštitu od cinka, tako da područje treba očistiti i ponovno premazati bojom bogatom cinkom odmah nakon zavarivanja.

Pocinčani prilagođeni most Bailey za montažu spremnu na gradilište Ovaj vruće pocinčani Bailey most dizajniran je po narudžbi i tvornički unaprijed sastavljen kako bi se pojednostavila montaža na licu mjesta, s premazom otpornim na koroziju koji odgovara izazovnim prirodnim okruženjima i standardiziranim komponentama za pouzdan rad. Pogledajte proizvod →

Kontrolni popis nabave za projektne inženjere

Najčešća pogreška pri nabavi sa šupljim čeličnim profilima je naručivanje standardnog mlinskog proizvoda bez popravljanja detalja koji kontroliraju strukturnu izvedbu. Kontrolni popis u nastavku pokriva točke koje bi trebale biti upisane u bilo koju kupovnu specifikaciju za šuplje čelične profile.

• Najprije potvrdite put proizvodnje. Napišite je li prihvatljivo vruće, hladno oblikovano ili normalizirano. Nemojte dopustiti zamjenu bez pregleda dizajna.
• Točno navedite standard i ocjenu. Na primjer, EN 10219 S355J2H, ASTM A500 stupanj C ili GB/T 6728 Q355B. Prije prihvaćanja provjerite ekvivalentne ocjene na dokumentu ispitivanja mlina.
• Ispravite tolerancije. Vanjske dimenzije, debljina stijenke, ravnost i duljina presjeka utječu na prilagodbu izrade. Odstupanje od ravnosti od 0,2 posto duljine uobičajeni je zahtjev za konstrukcijske šuplje profile, ali projekti visoke tolerancije mogu zahtijevati 0,1 posto.
• Navedite pripremu površine. Za sustave boja definirajte standard pjeskarenja i hrapavost. Za pocinčane elemente provjerite zahtjeve za debljinu premaza i jesu li potrebne unutarnje rupe.
• Definirajte opseg izrade. Odredite reže li dobavljač željenu duljinu, priprema li kosine, buši rupe i zavaruje završne ploče. Svaka dodana operacija mijenja plan pregleda i trošak.
• Navedite zahtjeve inspekcije. Za komponente mosta navedite klasu zavara i opseg ispitivanja bez razaranja. Rutinska građevinska konstrukcija može prihvatiti vizualne provjere, dok pješački most ili teški potporni okvir mogu zahtijevati ultrazvučno ili ispitivanje magnetskim česticama kritičnih zavara.
• Provjerite krajnje brtvene detalje. Odlučite trebaju li šuplji dijelovi zabrtvljeni krajevi ili drenažni otvori. Ovaj mali detalj sprječava unutarnju koroziju i oštećenja od smrzavanja i odmrzavanja u izloženim strukturama.
• Usporedite ponude za instaliranu cijenu, a ne cijenu po toni. Nešto skuplji vruće završeni dio S355 može omogućiti manji element, manje ukrućenja i jeftiniji transport zbog smanjene težine.

U kontekstu mosta također potvrdite da dimenzije profila odgovaraju modularnom sustavu koji koristite. Vanjska traka koja je preširoka 5 mm može poremetiti geometriju spoja za cijelu liniju panela. Najsigurniji pristup je odabrati veličine šupljih presjeka iz dokumentacije sustava mosta, gdje su razmak spojeva i promjeri klinova već fiksni.

Često postavljana pitanja o šupljim čeličnim profilima

Koja je razlika između SHS, RHS i CHS?

SHS je kvadratni profil jednake širine i visine, RHS je pravokutni profil s dvije različite vanjske dimenzije, a CHS je kružni profil. SHS je poželjan za stupove i momentne veze, RHS je poželjan za grede i elemente s jakom osi, a CHS je poželjan za stupove opterećene iz bilo kojeg smjera, morske pilote i arhitektonske izložene strukture. Izbor utječe na cijenu spajanja, učinkovitost savijanja i otpornost na torziju.

Jesu li šuplji profili jeftiniji ili skuplji od I-profila?

Šuplji profili općenito koštaju više po toni od vruće valjanih I-profila jer proces oblikovanja troši dodatnu energiju. Međutim, za stup ili element opterećen u dva smjera, šuplji presjek istog kapaciteta može težiti 10 do 30 posto manje, tako da ukupni trošak izrade može biti niži. Usporedba troškova uvijek se mora izvršiti na temelju instaliranih troškova člana, uključujući proizvodnju, transport, površinsku obradu i veze.

Može li se šuplji čelični profil koristiti kao greda za savijanje?

Da. Pravokutni šuplji presjek je vrlo dobra greda kada je opterećenje prvenstveno u jednom smjeru, jer oblik dubokog presjeka daje visok otpor momenta, a zatvorena stijenka daje torzijsku stabilnost. Kvadratni i kružni presjeci također se koriste kao grede u rešetkastim nosačima i okvirima, ali njihova je učinkovitost savijanja niža od one jednako široke RHS jer materijal nije toliko udaljen od neutralne osi u smjeru savijanja.

Što je klasa poprečnog presjeka u dizajnu šupljeg presjeka?

Klasa poprečnog presjeka je sustav klasifikacije koji definira koliko daleko element može ići prije nego što se u njegovim zidovima pojavi lokalno izvijanje. Klasa 1 dopušta plastičnu analizu i plastične šarke, klasa 2 dopušta otpornost na plastični moment, klasa 3 dopušta samo otpornost na elastični moment, a klasa 4 zahtijeva izračunavanje efektivne površine. Klasa se uglavnom određuje omjerom širine i debljine ravnih stijenki i granicom tečenja čelika. Jednostavnije rečeno, što je zid deblji u odnosu na širinu, to je viša klasa i veća sposobnost savijanja se može koristiti.

Kolika debljina treba biti stijenke šupljeg profila?

Za tipičan kvadratni stup u zgradi, debljina stijenke često je između 4 i 8 posto vanjske dimenzije. Za pravokutnu gredu, debljina stijenke je obično između 3 i 6 posto veće dimenzije. Tanji zid je dopušten ako je dio klase 3 ili klase 4, ali dizajn postaje manje učinkovit zbog smanjene efektivne širine. Debljina stijenke ispod 3 mm rijetko se koristi u primarnoj konstrukciji mosta jer je osjetljiva na lokalna oštećenja i geometrijske nesavršenosti tijekom zavarivanja.

Trebaju li šuplji dio otvori za drenažu?

Da, ako je dio izložen vremenskim uvjetima. Zatvoreni šuplji dio zadržava kondenzaciju i vodu koja ulazi kroz polomljene šavove ili nepropisno zapečaćene zavare. Unutarnja voda uzrokuje koroziju iznutra i može razdvojiti cijev kada dođe do smrzavanja. Drenažni otvori promjera oko 10 do 15 mm na nižim točkama omogućuju izlazak vode dok minimaliziraju gubitak površine presjeka. Kada se šuplji profil koristi kao vanjski izloženi element s pocinčavanjem, otvori za ventilaciju također su potrebni tijekom samog procesa pocinčavanja.

Jesu li šuplji čelični profili prikladni za modularne mostove?

Da. Modularni panelni mostovi u velikoj mjeri koriste zatvorene profile za sekundarne elemente, ukrućenje, parapete i potporne okvire. Visoka torziona otpornost zatvorenog profila je vrijedna za otpornost na bočna opterećenja vjetra i ekscentričnosti opterećenja. Osim toga, zatvoreni dijelovi smanjuju površinu, a time i trošak premaza, što je važno u velikom paketu montažnih mostova. Glavne rešetke standardnog mosta Bailey nisu šuplji dijelovi jer se konstrukcija zatika temelji na prešanim čeličnim pločama, ali potporni elementi i teže nosive varijante koriste zatvorene profile za postizanje većih kapaciteta. The vodič za nosivost mosta Bailey objašnjava kako se sustav usklađuje sa zahtjevima raspona i opterećenja.

Šuplji čelični profili nisu pojedinačni proizvod već skupina strukturnih rješenja koja se moraju odabrati, specificirati i zaštititi s istom pažnjom kao i bilo koja druga projektirana komponenta. Proizvodni put, stupanj materijala, debljina stijenke i površinska obrada utječu na konačni kapacitet, trajnost i trošak instaliranja. Za stup, pravokutni ili kvadratni šuplji presjek daje bolju otpornost na izvijanje nego otvoreni presjek iste mase. Za rešetke, šuplji dijelovi smanjuju područje vjetra i pojednostavljuju veze. Za most koji je izložen vremenskim uvjetima i opetovanim opterećenjima, pocinčani zatvoreni dijelovi otporniji su na koroziju i zamor bolje od većine otvorenih dijelova. Kada odredite šuplji čelični profil, počnite sa scenarijem dizajna, potvrdite proizvodni put i ocjenu, a zatim usporedite instaliranu cijenu po funkcionalnoj jedinici. Taj slijed daje dosljedne rezultate za zgrade, privremene radove, teške potporne konstrukcije i modularne mostove.