H балка нь хүнд даацын бүтэцтэй цогцолборуудад яагаад тохиромжтой вэ?

H балкны бүтцийн загварчлал ба жингийн механик

H хэлбэрт огтлолын талаарх ойлголт ба инженерийн давуу тал

H-ын хатуу нь хоёр талын хоёр өргөн талтай, төв түвшний хатуугаар холбогдсон тусгай хэлбэртэй. Энэ нь янз бүрийн өнцгөөс орж ирж буй буруулгын хүчэнд сайн эсэргүүцэлтэй болдог. Өнгөрсөн жил нийтлэгдсэн судалгаагаар эдгээр хатуу нь ижил хэмжээний жижиг, өнцөг булан бүрэлдэхүүнтэй цамхагтай харьцуулахад жинээсээ 25 хувиар илүү ачааг тэсвэрлэж чаддаг. Тэдгээр нь симетрик хэлбэртэй тул материал дээр давхардлыг тэгш хувааж өгдөг. Тийм ч учраас барилгачид ихэвчлэн газар хөдлөлтийн эрсдэлтэй газарт байрлах, гэнэт хөдөлгөөнтэй газарт байрлах, хүнд ачааллыг тэсвэрлэх шаардлагатай барилга байгууламжуудыг барихад H гянтрыг сонгодог.

Агуу хуваарилалтын тулд фланж, сүлжээний геометрийн

Хавтангийн ба хажуугийн хэсгийн хэмжээсүүдийг ачааллын чадавхийг хамгийн их байлгах, харин материал ашиглалтыг хамгийн бага байлгах зорилгоор анхааралтайгаар тохируулсан. Шахалтын хүчний хувьд илүү өргөн хавтангийн хэсэг нь нарийн хавтангийнх шиг ойролцоогоор 40-60 хувийн илүү сайн үзүүлэлт гаргадаг. Харин эдгээр жийрэгдсэн хажуугийн хэсгүүд нь шүргэлтийн хүчний цэгийн хуримтлалыг бууруулахад үнэхээр их нөлөө үзүүлдэг. Сталь хүрээний сүүлийн үеийн судалгааг үзбэл инженерүүд сайн зохион байгуулсан Н хэлбэрийн балкаар дэмжээгүйгээр гүн болон уртын харьцаа ойролцоогоор 24:1 хүртэлх зайг хамарч чаддаг болохыг олж тогтоосон. Энэ нь бүтцийн бат бөхийг алдалгүйгээр илүү том зайнуудыг барьж буй бүх төрлийн боломжийг нээж өгдөг.

Хурдны инерцийн момент ба хөндлөн огтлолын модуль: Бүтцийн үр ашгийг сайжруулах

Эдгээр механик шинж чанарууд нь ачаалал дор Н хэлбэрийн балкны деформациас тэсвэрлэх чадварыг тодорхойлдог:

Их утгууд нь H балкуудыг илүү хүнд ачаа даах, илүү урт түшлэстэй байлгах боломжийг олгох бөгөөд уян хатан байдлын харьцааг 18:1-ээс доош хадгална.

H хэлбэр бүхий балкны бүтцийн бат бөхийг шалгахад төгс элементийн шинжилгээ (FEA) ашиглах

Инженерүүд онолын загвараас давсан бодит ачааллын нөхцлийг имитаци хийхдээ FEA-г ашигладаг. 2023 оны нугалах хүчдэлийн судалгаа нь зөвхөн FEA-р тохируулсан H хэлбэр бүхий балкны холболтууд конвенциональ дизайнтай харьцуулахад хүчдэлийн концентрацийг 37%-иар бууруулдагийг харуулсан. Энэ дижитал шалгалт нь үйлдвэрлэхээс өмнө боломжит гэмтлийн цэгийг тогтоож, балкууд хамгийн их дизайны ачаалал дор 0.2%-оос доош тогтвортой деформаци үзүүлэхийг хангана.

Агуу хүчний үзүүлэлт: Нугалах, хишгэх, хажуу тийш хазайх эсэргүүцэл

Жигд тавиур ба тэгш хэмт дизайнтай байх нь нугалахад тэсвэрт чанар ихтэй байхад хүргэдэг

H балкууд нь хажуугийн хавтангууд дээр нугалах хүчдлийг тэнцвэртэй тараах бөгөөд төвийн хананд руу чангалах, шахалтын хүч үйлчилдэг. Сун болон бусад судлаачдын 2021 онд сталь баганы ачаалал доорх зан ааш дээр хийсэн судалгаагаар ижил жинтэй ердийн I хэлбэрийн балкнаас стандартчилсан H хэлбэрийн балкууд нугалах хүчний хувьд ойролцоогоор 35-40 хувиар илүү сайн гэж харуулсан. Хажуугийн хавтангуудын өргөн нь тогтмол байдаг тул хүчдлийн концентраци үүсэх магадлал бага байдаг. Энэ нь тэдгээрийг 1,800 кН метрээс дээш нугалах хүчийг даах чадвартай болгодог бөгөөд инженерүүд түүнийг ихэвчлэн гэмтэхгүй их ачааллыг даах шаардлагатай зүрхэн дээр, бусад бүтээцүүдэд сонгодог.

Хүнд нөхцөлд олон чиглэлд харимхайн чадвар

H хэлбэрт балкны хувьд цагиргийн зузааны харьцааг зөв сонгох нь маш чухал. Ихэнх инженерүүд цагиргийн зузаан болон ирмэгний өргөний харьцааг ойролцоогоор 1:3-иар авдаг. Энэ тохируулга нь балкнууд 780 МРа хүртэлх хишгэх хүчийг даах боломжийг олгох бөгөөд тогтмол хөдөлгөөнтэй байх орчинд илүү тохиромжтой сонголт болдог. Одоо H хэлбэрт балкны хос параллель ирмэгийг авч үзэхэд, тэдгээр нь харьцангуй тогтвортой хишгэх хавтгай үүсгэдэг. Энэ юу гэсэн үг вэ? Геометр дүрсийн талаас нь харахад тэгш бус хэлбэртэй хэсгүүдтэй харьцуулахад удаашрах хэлбэлзлийг 25%-оос 30% хүртэл бууруулдаг. Ийм сайжруулалт нь үйлдвэрийн талбай эсвэл хүнд машин тоног төхөөрөмж ашигладаг бүсэд шиг ихээхэн хэлбэлзэлтэй орчинд маш ихээр тусалдаг.

Урт дахин бүхий бүтээцүүдийн хазайлт ба удаашрах деформациас тэсвэрт чанар

I-хэлбэртэй балкаас 30–50% их инерцийн моменттой тул H-хэлбэртэй балкууд 30 метр болон түүнээс дээш хүрэх цип хэрэглэсэн барилга дахь унжилтаас үр дүнтэй сэргийлдэг. Талбайн шалгуунаас гарч ирсэн үр дүнгээр зөв дизайн хийгдсэн H-хэлбэртэй балкууд хажуу талаасаа 15 мм хазайхад ачааллын 92%-ийг хадгалж чаддаг бөгөөд чичирхийлэлт бүхий бүс нутаг, эргэлтийн тогтвортой байдлыг шаарддаг өндөр барилгад тэдгээрийн найдвартай байдлыг илтгэдэг.

H-балк ба I-балк: Хүч чадал болон бүтэц дахь үндсэн ялгаанууд

Хавтангийн өргөн, ханаарын зузаан, жингийн үр ашгийн харьцуулалт

H хэлбэр балка болон I хэлбэр балкийг харьцуулахад гол ялгаа нь огтлолын хэмжээнд байдаг бөгөөд энэ нь тэдгээрийн бүтцийн ажиллагаанд нөлөөлдөг. H балкууд нь ихэвчлэн балкны өндөртэй ижил байх хангалттай өргөн ирмэгтэй, мөн зузаан төвийн ханатай байдаг. 2023 оны салбарын сүүлийн үеийн судалгаагаар ийм загварын онцлог нь ижил хэмжээтэй I балкуудтай харьцуулахад H балкуудад муруйлтын хүчний эсэргүүцэл дунджаар 33 хувиар илүү байдаг. Ачаалал балкны гадаргуу дээр тархах арга ч H балкуудад илүү жигд байдаг тул жинтэй барилга, ачааллын тархалт чухал байдаг томоохон барилгын төслүүдэд тэдгээрийг онцгойлоход тохиромжтой болгодог.

Их ачаалал, том масштабын барилга дахь H балкууд I балкуудаас яагаад давамгайлдаг вэ?

Тэгш хэмтэй ирмэгийн загвар болон баталгаат хана нь H балкуудад оргилолтын деформацид 47% илүү эсэргүүцэлтэй олон чиглэлийн хүчдэлд. Энэ давуу тал нь 200 метрээс илүү урттай гүүрийн байгууламж эсвэл жийргэвчийн машин механизм бүхий үйлдвэрийн нөхцөлд тэгш бус ачаалал дор I балкаас илүү ихээр муруйх эрсдэлтэй үед маш чухал болдог.

Сонголтын шалгуур: Бусад ган профайлуудаас ямар тохиолдолд H балк ашиглах вэ

H балк сонгоно уу хэрэв:

• 150 метрээс илүү урттай даанаас бүрдэх төслүүд
• Барилга байгууламжууд нугалах, татах болон цохих хүчний нэгдсэн нөлөөллийг тэсвэрлэх шаардлагатай
• 50 жилээс илүү үйлчилгээний хугацаатай байх тохиолдолд удаан хугацааны ползучесть (creep) эсэргүүцэх шаардлагатай

I балк нь цөөн метрийн даан (30 метрээс бага) бүхий бичил хэмжээний ажилд илүү тохиромжтой бөгөөд эцсийн хүчийг олж авснаас илүү жин хөнгөн байх, өртөг нь бага байхыг эрхэмлэдэг.

Хүнд даацын бүтэцтэй хүрээлэнгийн чухал хэрэглээний H балк

Гүүр: Хөдөлгөөнт тээврийн болон орчны ачааллыг дэмжих

H хэлбэр багана нь тээшний ачааллыг жигд тараах, орчны стрессийг сайн эсэргэцүүлдэг учраас гүүрийн барилга дээр ихэвчлэн стандарт болон хэрэглэгддэг болсон. Тогтвортой инженерчлэлийн сэтгүүлүүдэд мөнхийн өмнө гарч байсан судалгаагаар 200 фут (60 метр) -ээс урт хурдан замын хувьд H хэлбэрийн хүрээ бусад хэлбэрүүдтэй харьцуулахад муруйлтыг ойролцоогоор 27% -иар бууруулдаг байна. Шалтгаан нь инженерчидийн хэлж байдгаар эдгээр багануудад инерцийн өндөр момент байдаг тул тэдгээр нь салхины даралт, газар хөдлөлтийн шокийг гүүрийн дэмжлэгүүд рүү асуудалгүй дамжуулж чаддаг юм. Энэ нь компьютерийн зураглалын тусламжтайгаар бүх зүйл хэрхэн тэсвэрлэж байгааг харуулсан модульлажсан гүүрийн төслүүдэд дахин дахин шалгагдсан. Ийм учраас машинууд тасралтгүй цохиж өнгөрдөг ачаалал ихтэй дээвэр замуудад болон ердийн хайлшны хэсгүүдийг хугацаа өнгөрөх тутамд идэж задладаг давстай далайн агаарт байрлах эрэг ойролцоох гүүрнүүдэд олон тооны гэрээ байгуулагчид H хэлбэрийн баганыг илүүд үздэг.

H хэлбэрийн хүрээтэй үйлдвэрийн платформ болон үйлдвэрүүд

H балкууд нь торсион хатуулаг байдаг тул 150 фут, өөрөөр хэлбэл стандарт I хэлбэртэй балкнаас ойролцоогоор 40 хувийн илүү өргөнтэй, багана багатай завсар үүсгэх боломжийг олгодог тул үйлдвэрийн нөхцөл байдалд ихэвчлэн ашигтай. Хоёр талын ижил өргөнтэй хавтангууд нь дээврийн кран, конвейер, олон түвшинтэй налуу самбар зэрэг олон үйлдвэрийн шаардлагатай нарийн бүтэцтэй системд сайн ачаалал тараах цэгийг бий болгодог. Нэг автомашин үйлдвэрлэх үйлдвэрт H хэлбэртэй балк руу шилжих талаар судалгаа хийж үзэхэд сонирхолтой үр дүн гарсан. Цоорхноны багтаамж 35 хувиар нэмэгдсэн ч гэсэн барилгын үе шатанд веб хэсгийн загварыг ухаалгаар тохируулах замаар шаардлагатай нийт цагаан тугалганы хэмжээ 19 хувиар буурсан.

Өндөр барилга: Үр дүнтэй вертикаль ачааллын шилжилт ба тогтвортой байдал

H балкууд нь хангалттай хүч чадал болон жингийн харьцаагаар ялагддаг тул их этажит барилгын гол дэмжлэгийн багана, түшилтийн балка болон хэрэглэгддэг. Өндөр барилгын бүтцийн систем талаарх 2023 оны судалгааны тайлангийн мэдээллээр Х-хэлбэрт балк ашигласнаар 50-с дээш давхартай барилгыг хандалтын чиглэлд 30 хувиар илүү хатуу болгох боломжтой байдаг байна. Эдгээр балкуудын тэнцвэртэй хэлбэр нь давхрууд дээр жин тэнцвэргүй тархах үед барилгын янз бүрийн хэсгүүдийн суурьшилтын хурд ижил бус байхаас сэргийлдэг бөгөөд газар хөдлөлт ихтэй бүс нутгуудад маш чухал ач холбогдолтой. Мөн ийм балкуудын хажуу хэсгийн хэлбэр нь барилгын үйлдвэрлэлд нийлмэл шалан хавтангийн системтэй холбоход хялбар болгодог тул маш өндөр барилгын төслүүд илүү хурдан дуусдаг.

H балкуудын материал, шинж чанар ба урт хугацааны найдвартай байдал

Ганын зэрэглэл ба Н балкины хүч чадал, ажиллагаанд үзүүлэх нөлөө

Н балкинд ачаалал даах чадвар нь материалын сонголтоос ихээхэн хамаардаг. Жишээлбэл, ASTM A572 шиг өндөр хүчтэй, бага хайлшлагат ган нь энгийн зөөлөн ганаас 30-50 хувийн туршилтын хүч чадлыг нэмэгдүүлж чадна. Илүү чухал нь дэлхийн хэмжээнд барилга байгууламжийн төслүүдэд тогтвортой чанарыг хангахын тулд эдгээр ганууд ASTM болон EN 10025 гэх мэт олон улсын стандартыг хангасан байдаг. Өндөр барилга барьж байгаа үед илүү зузаан хажуу хэсгүүд шаардлагатай болдог тул инженерүүд илүү тогтвортой байхын тулд хром, нүүрстөрөгчийн агууламж өндөртэй ганын найрлага руу анхаарлаа хандуулдаг. Тухайлбал S355JR зэрэглэлийн Н балкинууд нь ойролцоогоор 355 МПа-ийн туршилтын хүч чадалд хүрч, цахилгаан болтлохоор сайн ажилладаг. Энэхүү хослол нь газар хөдлөлт ихтэй бүс нутгуудад маш ихээр тохиромжтой бөгөөд барилгын хүрээний дизайн хүч чадал, зөөлөн байдлыг зэрэг шаарддаг.

Хатуу орчны нөхцөлд коррозийн эсэргүүцэл ба үйлчилгээний нас

Халуун цацрагт гальванизацыг хэрэглэх үед ихэвчлэн улай төмөр дээр 75 мкм-ийн хамгаалалт нэмэгддэг бөгөөд далайн эрэг дээр ч гэсэн Н хэлбэрийн балкины үйлчилгээний насыг 50 жилээс дээш болгох боломжтой. Химийн боловсруулалт хийдэг төхөөрөмжийн шиг хатуу нөхцөлд ажилладаг бүтэцтэй тохиолдолд эпоксидын давхаргыг нэмэх нь эдийн засгийн хувьд чиглэсэн ашигтай байдаг. Эдгээр хамгаалалтын давхаргууд нь цаг хугацааны туршид засвар, үйлчилгээний зардлыг ойролцоогоор 40 хувиар бууруулдаг байна гэж судалгаа харуулж байна. Н хэлбэрийн балкны хувьд сайн ажилладаг зүйл бол хайрцган хэлбэрийн хэсгүүдийн нэгэн адил усыг барихгүй байх нээлттэй загвар юм. Инфраструктурын төслүүдийн чухал хэсгүүд болох гүүрийн тулгуур, түр зуурын тоног төхөөрөмжийн деталиудад коррозийн эсэргүүцэл маш чухал байдаг үед энэхүү геометрийн давуу тал нь руст үүсэхийг удаашруулдаг.