ভারী কাজের কাঠামোগত কাঠামোর জন্য H বীম কেন উপযুক্ত করে তোলে?

এইচ বীমের কাঠামোগত ডিজাইন এবং ভার বহনের যান্ত্রিকী

এইচ-আকৃতির অনুদৈর্ঘ্য কাট এবং এর প্রকৌশলগত সুবিধাগুলি বুঝুন

এইচ বীমগুলির একটি স্বতন্ত্র আকৃতি রয়েছে, যার দুটি প্রশস্ত সমতল অংশ কেন্দ্রীয় উল্লম্ব অংশ দ্বারা সংযুক্ত থাকে। এই গঠন তাদের ভালো বাঁকার বিরোধিতা প্রদান করে যা বিভিন্ন কোণ থেকে আসা বলের বিরুদ্ধে কার্যকরী। গত বছর প্রকাশিত গবেষণায় দেখা গেছে যে একই আকারের সাধারণ আয়তাকার ইস্পাত বীমের তুলনায় ওজনের তুলনায় এই বীমগুলি প্রায় 25 শতাংশ বেশি ভার সহ্য করতে পারে। তাদের সমমিত ডিজাইনের কারণে উপাদান জুড়ে চাপ সমানভাবে ছড়িয়ে পড়ে। এই কারণে নির্মাতারা প্রায়শই এইচ বীম বেছে নেন যখন ভারী ওজন সহ্য করার প্রয়োজন হয় বা ভূমিকম্পপ্রবণ এলাকায় অবস্থিত কাঠামো নির্মাণ করা হয় যেখানে হঠাৎ নড়াচড়া ঘটে।

দক্ষ ভার বন্টনের জন্য ফ্ল্যাঞ্জ এবং ওয়েব জ্যামিতি

বহনকারী ক্ষমতার সর্বোচ্চ সুবিধা পেতে এবং যতটা সম্ভব কম উপকরণ ব্যবহার করতে ফ্ল্যাঞ্জ ও ওয়েবের মাত্রা সাবধানতার সাথে সমন্বয় করা হয়েছে। চাপ প্রতিরোধের ক্ষেত্রে, চওড়া ফ্ল্যাঞ্জগুলি আসলে তাদের সরু সমকক্ষদের তুলনায় প্রায় 40 থেকে 60 শতাংশ ভালো কর্মদক্ষতা প্রদর্শন করে। এদিকে, সংকীর্ণ ওয়েব অংশগুলি গুরুত্বপূর্ণ বিন্দুতে অপবর্তন চাপের পরিমাণ কমাতে বাস্তবিকই পার্থক্য তৈরি করে। ইস্পাত কাঠামোর সাম্প্রতিক গবেষণা দেখায় যে, ভালোভাবে ডিজাইন করা H বীমগুলি অতিরিক্ত সমর্থনকারী স্তম্ভ ছাড়াই গভীরতার অনুপাত প্রায় 24:1 পর্যন্ত অতিক্রম করতে পারে। এটি কাঠামোগত অখণ্ডতা নষ্ট না করেই বড় বড় জায়গা নির্মাণের নানা সম্ভাবনা খুলে দেয়।

জড়তার ভ্রামক এবং অনুচ্ছেদ মডুলাস: কাঠামোগত দক্ষতা বৃদ্ধি

এই যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলি H বীমের লোডের নিচে বিকৃতি প্রতিরোধের ক্ষমতা নির্ধারণ করে:

উচ্চতর মানগুলি এইচ বিমগুলিকে আরও দীর্ঘ স্প্যানগুলিতে ভারী বোঝা সহ্য করতে সক্ষম করে, যখন আউটপুট স্ট্রেস সম্পর্কিত নিরাপত্তা ফ্যাক্টরগুলি 18:1 এর নীচে রাখে।

H-বিম এর কাঠামোগত অখণ্ডতা যাচাই করার জন্য সীমিত উপাদান বিশ্লেষণ (FEA)

প্রকৌশলীরা তত্ত্বগত মডেলের বাইরে বাস্তব বিশ্বের লোডিং শর্ত সিমুলেট করতে FEA ব্যবহার করে। ২০২৩ সালের একটি বাঁকানো স্ট্রেস স্টাডিতে দেখা গেছে যে FEA-অপ্টিমাইজড এইচ-রশ্মি সংযোগগুলি প্রচলিত ডিজাইনের তুলনায় স্ট্রেস ঘনত্ব ৩৭% হ্রাস করে। এই ডিজিটাল বৈধতা উত্পাদনের আগে সম্ভাব্য ব্যর্থতা পয়েন্ট সনাক্ত করে, সর্বাধিক ডিজাইন লোডের অধীনে বিমগুলি 0.2% এরও কম স্থায়ী বিকৃতি প্রদর্শন করে তা নিশ্চিত করে।

উচ্চতর শক্তি কর্মক্ষমতাঃ বাঁক, কাঁচা, এবং বাঁক প্রতিরোধের

অভিন্ন ফ্ল্যাঞ্জ প্রস্থ এবং সমান্তরাল নকশার কারণে উচ্চ বাঁক প্রতিরোধের

এইচ বীমগুলির একটি সামঞ্জস্যপূর্ণ নকশা রয়েছে যা ফ্ল্যাঞ্জগুলির উপর দিয়ে বাঁকানো চাপকে সমানভাবে ছড়িয়ে দেয়, যখন কেন্দ্রীয় ওয়েব টান এবং সংকোচন উভয় বলের মোকাবিলা করে। 2021 সালে সান এবং সহযোগীদের দ্বারা প্রকাশিত গবেষণা অনুযায়ী, যা লোডের অধীনে ইস্পাত কলামের আচরণ নিয়ে ছিল, তাতে দেখা গেছে যে একই ওজনের সাধারণ আই বীমের তুলনায় স্ট্যান্ডার্ডাইজড এইচ সেকশন প্রায় 35 থেকে 40 শতাংশ ভালো বাঁকানো শক্তি প্রদান করে। ফ্ল্যাঞ্জগুলি সমগ্র দৈর্ঘ্য জুড়ে একই প্রস্থ বজায় রাখার কারণে চাপের ঘনত্ব তৈরি হওয়ার সম্ভাবনা কম থাকে। এটি তাদের 1,800 কেএন মিটারের বেশি বাঁকানো বল সামলানোর ক্ষমতা দেয়, তাই ইঞ্জিনিয়াররা প্রায়শই সেতুর সাপোর্ট এবং অন্যান্য গুরুত্বপূর্ণ লোড বহন করার জন্য ব্যবহৃত কাঠামোগুলিতে এগুলি নির্দিষ্ট করেন।

ভারী ব্যবহারের ক্ষেত্রে বহুমুখী চাপের অধীনে অপসারণ ক্ষমতা

এইচ বীমের ক্ষেত্রে, ওয়েব পুরুত্বের অনুপাত সঠিকভাবে নেওয়া খুবই গুরুত্বপূর্ণ। ওয়েবের পুরুত্ব এবং ফ্ল্যাঞ্জের প্রস্থের তুলনা করার সময় বেশিরভাগ ইঞ্জিনিয়ার 1:3 অনুপাত নেন। এই ব্যবস্থা বীমগুলিকে 780 MPa পর্যন্ত অপবর্তন চাপ সহ্য করতে দেয়, যা এদেরকে শিল্প প্ল্যাটফর্মগুলির জন্য আদর্শ পছন্দ করে তোলে যেখানে জিনিসপত্র ধ্রুবকভাবে চলাচল করে। এখন একটি এইচ বীমের সমান্তরাল ফ্ল্যাঞ্জগুলির দিকে তাকালে, এগুলি আসলে বেশ স্থিতিশীল অপবর্তন তল গঠন করে। এর মানে কী? এটি অসম আকৃতির অনুচ্ছেদগুলির তুলনায় ঐঘূর্ণন বিকৃতি 25% থেকে 30% পর্যন্ত হ্রাস করে। উৎপাদন মেঝে বা ভারী যন্ত্রপাতির ক্ষেত্রগুলির মতো কম্পনপ্রবণ স্থানগুলিতে এই ধরনের উন্নতি বেশ সাহায্য করে।

দীর্ঘ-স্প্যান কাঠামোতে বাঁকা এবং ঐঘূর্ণন বিকৃতির বিরুদ্ধে প্রতিরোধ

30-50% বেশি জড়তার ভ্রামকের সাথে, I-বীমগুলির তুলনায় H বীমগুলি 30 মিটারের বেশি দূরত্ব জুড়ে ক্যানটিলিভারযুক্ত কাঠামোতে বাঁকার বিরুদ্ধে কার্যকরভাবে প্রতিরোধ করে। ক্ষেত্র পরীক্ষায় দেখা গেছে যে পাশের দিকে 15 মিমি বিকৃতি অভিজ্ঞতার পরেও সঠিকভাবে ডিজাইন করা H-অনুচ্ছেদগুলি তাদের লোড ক্ষমতার 92% ধরে রাখে, যা ভাঙনপ্রবণ অঞ্চল এবং মরীচিকা স্থিতিশীলতা প্রয়োজন এমন উঁচু ভবনগুলিতে এদের নির্ভরযোগ্যতাকে তুলে ধরে।

H বীম বনাম I বীম: শক্তি এবং কাঠামোগত ব্যবহারে পার্থক্য

ফ্ল্যাঞ্জ প্রস্থ, ওয়েব ঘনত্ব এবং ওজন দক্ষতার তুলনামূলক বিশ্লেষণ

H বীম এবং I বীমের তুলনা করার সময়, প্রধান পার্থক্যটি তাদের অনুদৈর্ঘ্য মাত্রাগুলিতে হয়, যা কাঠামোগতভাবে তাদের কর্মক্ষমতাকে প্রভাবিত করে। H বীমগুলির সাধারণত অনেক চওড়া ফ্ল্যাঞ্জ থাকে যা প্রায়শই বীমের নিজস্ব উচ্চতার সমান, পাশাপাশি একটি ঘন কেন্দ্রীয় ওয়েব থাকে। 2023 সালের সাম্প্রতিক শিল্প গবেষণা অনুসারে, এই ডিজাইনের বৈশিষ্ট্যগুলি H বীমগুলিকে অনুরূপ আকারের I বীমের তুলনায় বাঁকানোর বলের বিরুদ্ধে প্রায় 33 শতাংশ বেশি প্রতিরোধের ক্ষমতা দেয়। বীমের পৃষ্ঠের উপর ভার ছড়িয়ে দেওয়ার পদ্ধতিও H বীমের ক্ষেত্রে আরও সমানভাবে হয়, যা তাদের বিশেষভাবে উপযোগী করে তোলে ভারী নির্মাণ প্রকল্পগুলির জন্য যেখানে ওজন বন্টন খুব গুরুত্বপূর্ণ।

উচ্চ-ভার এবং বৃহৎ পরিসরের নির্মাণে H বীমগুলি কেন I বীমগুলিকে ছাড়িয়ে যায়

সমমিত ফ্ল্যাঞ্জ ডিজাইন এবং শক্তিশালী ওয়েব H বীমগুলিকে করে আবর্তন বিকৃতির বিরুদ্ধে 47% বেশি প্রতিরোধী বহুমুখী চাপের নিচে। এই সুবিধাটি 200 মিটারের বেশি দীর্ঘ সেতু বা কম্পনশীল যন্ত্রপাতি থাকা শিল্প সুবিধাগুলিতে অপরিহার্য, যেখানে অসম চাপের নিচে I-বীমগুলি বাঁকা হওয়ার প্রবণতা রাখে।

নির্বাচনের মানদণ্ড: অন্যান্য ইস্পাত প্রোফাইলের তুলনায় H বীম ব্যবহারের ক্ষেত্র

H বীম ব্যবহার করুন যখন:

• 150 মিটারের বেশি দৈর্ঘ্যের প্রকল্পগুলি জড়িত
• কাঠামোগুলি বাঁক, অপসারণ এবং মোচড় বলের সমন্বয় সহ্য করতে পারে
• 50 বছরের বেশি সেবা জীবনের জন্য দীর্ঘমেয়াদী ক্রিপ প্রতিরোধের প্রয়োজন হয়

I বীমগুলি ছোট দৈর্ঘ্যের আবেদন (<30 মিটার) এর জন্য আরও উপযুক্ত যেখানে চূড়ান্ত শক্তির চেয়ে ওজন হ্রাস এবং খরচ দক্ষতা অগ্রাধিকার পায়।

ভারী কাজের কাঠামোগত কাঠামোতে H বীমের গুরুত্বপূর্ণ প্রয়োগ

সেতু: গতিশীল যানবাহন এবং পরিবেশগত চাপ সহ্য করা

সেতু নির্মাণে H বিমগুলি প্রায় আদর্শ হয়ে উঠেছে কারণ এগুলি ট্রাফিকের ওজনকে ছড়িয়ে দেয় এবং পরিবেশগত চাপ ভালোভাবে সামলাতে পারে। গত বছর কাঠামোগত প্রকৌশল জার্নালগুলিতে প্রকাশিত গবেষণা অনুযায়ী, 200 ফুটের বেশি দীর্ঘ মহাসড়কগুলি বিবেচনা করলে, অন্যান্য আকৃতির তুলনায় H বিম ফ্রেমগুলি বাঁক কমাতে প্রায় 27% ভূমিকা পালন করে। এর কারণ কী? এই বিমগুলিতে প্রকৌশলীদের উচ্চ জড়তার ভ্রাম্যমান (high moment of inertia) বলে ডাকা হয়, যার মানে হল এগুলি বাতাসের চাপ এবং ভূমিকম্পের আঘাতগুলিকে সেতুর সাপোর্টগুলিতে খুব কম ঝামেলায় প্রেরণ করতে পারে। মডিউলার সেতু প্রকল্পগুলিতে এটি বারবার পরীক্ষা করা হয়েছে যেখানে কম্পিউটার সিমুলেশন দেখায় কীভাবে সবকিছু ধরে রাখে। এই সব কারণে, যেখানে গাড়িগুলি ধ্রুপদীভাবে ছুটে যায় সেই ব্যস্ত ওভারপাসগুলির জন্য এবং সমুদ্র উপকূলের বরাবর যেখানে সেতুগুলি লবণাক্ত সমুদ্রের বাতাসে আঘাতপ্রাপ্ত হয় যা সময়ের সাথে সাধারণ ইস্পাত উপাদানগুলিকে ক্ষয় করে দেয়, সেখানে অনেক ঠিকাদার H বিমগুলি পছন্দ করেন।

H বিম কাঠামোর উপর নির্ভরশীল শিল্প প্ল্যাটফর্ম এবং কারখানা

H বীমের কারণে উৎপাদন সুবিধাগুলি লাভবান হয় কারণ এর টোর্শনাল দৃঢ়তা 150 ফুট পর্যন্ত কলাম-মুক্ত স্প্যানগুলির অনুমতি দেয়, যা স্ট্যান্ডার্ড I বীমের চেয়ে প্রায় 40 শতাংশ বেশি। উভয় ফ্ল্যাঞ্জের জুড়ে স্থির প্রস্থ ওভারহেড ক্রেন, কনভেয়ার বেল্ট এবং যেসব জটিল বহু-স্তরের সংরক্ষণ ব্যবস্থা অনেক কারখানার প্রয়োজন তার জন্য নির্ভরযোগ্য লোড বিতরণ বিন্দু তৈরি করে। একটি অটোমোটিভ উৎপাদন সুবিধাতে একটি কেস স্টাডি আকর্ষণীয় ফলাফল দেখিয়েছে যখন তারা H বীম কাঠামোতে রূপান্তরিত হয়েছিল। প্ল্যাটফর্মের ধারণক্ষমতা প্রায় 35% বৃদ্ধি পেয়েছিল, কিন্তু আরও কিছু ঘটেছিল—নির্মাণের সময় ওয়েব অংশগুলির ডিজাইনে কিছু চতুর সমন্বয়ের ফলে প্রকৃতপক্ষে প্রয়োজনীয় ইস্পাতের পরিমাণ প্রায় 19% কমে গিয়েছিল।

উচ্চ-স্তরের ভবন: দক্ষ উল্লম্ব লোড স্থানান্তর এবং স্থিতিশীলতা

উচ্চতর ভবনগুলিতে প্রায়শই প্রধান সমর্থনকারী স্তম্ভ এবং ট্রান্সফার গার্ডার হিসাবে এইচ বীম ব্যবহৃত হয় কারণ এটি ওজনের তুলনায় চমৎকার শক্তি প্রদান করে। 2023 সালের দীর্ঘ ভবনগুলির জন্য কাঠামোগত ব্যবস্থা সম্পর্কিত একটি সদ্য প্রকাশিত প্রতিবেদন অনুযায়ী, ঐতিহ্যবাহী কংক্রিট বিকল্পগুলির তুলনায় পঞ্চাশটির বেশি তলা বিশিষ্ট আকাশচুম্বী ভবনগুলিকে পার্শ্বীয় বলের বিরুদ্ধে প্রায় 30 শতাংশ বেশি দৃঢ় করতে এইচ বীম কোর ব্যবহার করা যেতে পারে। এই বীমগুলির সুষম আকৃতি ভবনের বিভিন্ন অংশ ভিন্ন হারে স্থাপন হওয়া থেকে রোধ করতে সাহায্য করে যখন তলাগুলির উপর ওজন অসমভাবে ছড়িয়ে থাকে, যা ভূমিকম্প-প্রবণ অঞ্চলগুলিতে বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ। এছাড়াও, ফ্ল্যাঞ্জগুলির আকৃতির কারণে নির্মাণকালীন সময়ে কম্পোজিট ফ্লোরিং সিস্টেমের সাথে সংযুক্ত করা অনেক সহজ হয়ে যায়, তাই অত্যন্ত উঁচু ভবন সংক্রান্ত প্রকল্পগুলি সাধারণত আরও দ্রুত সম্পন্ন হয়।

এইচ বীমের উপাদানের বৈশিষ্ট্য এবং দীর্ঘমেয়াদী স্থায়িত্ব

স্টিল গ্রেড এবং এইচ বীমের শক্তি ও কর্মদক্ষতার উপর এর প্রভাব

লোডের অধীনে এইচ বীমগুলি কতটা ভালোভাবে কাজ করে তা নির্ভর করে উপাদানের পছন্দের উপর। যেমন ASTM A572-এর মতো হাই-স্ট্রেন্থ লো-অ্যালয় স্টিল নিন, এগুলি সাধারণ মৃদু ইস্পাতের তুলনায় আনুমানিক 30 থেকে 50 শতাংশ পর্যন্ত ইয়েল্ড শক্তি বৃদ্ধি করতে পারে। আরও গুরুত্বপূর্ণ হলো এগুলি বৈশ্বিক মান যেমন ASTM এবং EN 10025-এর সাথে খাপ খায়, যা বিশ্বজুড়ে বিভিন্ন নির্মাণ প্রকল্পে ধ্রুবক মানের নিশ্চয়তা দেয়। যখন উঁচু কাঠামো তৈরি করা হয়, তখন ঘন ফ্ল্যাঞ্জ প্রয়োজন হয়, তাই প্রকৌশলীরা সেই অতিরিক্ত স্তরগুলি স্থিতিশীল রাখার নিশ্চয়তা দেওয়ার জন্য ক্রোমিয়াম এবং কার্বনের মাত্রা বেশি এমন স্টিল গঠন নিয়ে বিবেচনা করেন। বিশেষভাবে S355JR গ্রেডের এইচ বীমগুলি দেখুন—এগুলি ইয়েল্ড শক্তিতে প্রায় 355 MPa পর্যন্ত পৌঁছায় কিন্তু তবুও ওয়েল্ডিং সরঞ্জামের সাথে দুর্দান্তভাবে কাজ করে। যেসব এলাকায় ভূমিকম্প সাধারণ, সেখানে এই সংমিশ্রণ বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ প্রমাণিত হয়, কারণ ভবনগুলির কাঠামোর ডিজাইনে শক্তি এবং নমনীয়তা উভয়েরই প্রয়োজন হয়।

কঠিন পরিবেশগত অবস্থায় ক্ষয় প্রতিরোধ এবং সেবা আয়ু

যখন হট ডিপ গ্যালভানাইজিং প্রয়োগ করা হয়, তখন সাধারণত প্রায় 75 মাইক্রন দস্তা সুরক্ষা যুক্ত হয় যা লবণাক্ত উপকূলের কাছাকাছি হলেও H বীমের সেবা আয়ু 50 বছরের বেশি হতে পারে। রাসায়নিক প্রক্রিয়াকরণ সুবিধার মতো কঠিন অবস্থার মুখোমুখি কাঠামোর জন্য ইপোক্সি কোটিং যোগ করা অর্থনৈতিকভাবেও যুক্তিযুক্ত। গবেষণায় দেখা গেছে যে সময়ের সাথে সাথে এই সুরক্ষামূলক স্তরগুলি রক্ষণাবেক্ষণ খরচ প্রায় 40 শতাংশ পর্যন্ত কমাতে পারে। H বীমের জন্য যা ভালো কাজ করে তা হল এর খোলা ডিজাইন যা বক্স সেকশনের মতো জল আটকে রাখে না। এই সহজ জ্যামিতিক সুবিধাটি অবকাঠামো প্রকল্পের গুরুত্বপূর্ণ অংশগুলিতে যেমন সেতুর সমর্থন এবং তেল রিগের উপাদানগুলিতে ক্ষয় প্রতিরোধের ক্ষেত্রে যেখানে ক্ষয় প্রতিরোধ সবচেয়ে বেশি গুরুত্বপূর্ণ, সেখানে মরিচা গঠনকে ধীর করতে সাহায্য করে।