Table of Contents
درک فولاد پیش از استرس: اصول و مواد
فولاد پیش از تنش یک دسته از فولاد با قدرت بالا است که برای معرفی نیروهای فشرده به بتن یا دیگر عناصر ساختاری قبل از اینکه آنها تحت بار خدمات قرار گیرند، استفاده می شود. اصل اساسی شامل تاندون های فولادی تنش - به طور معمول رشته ها، سیم ها یا میله ها - یا قبل از (پیش فشار) یا پس از (پس از فشار) بتن قرار داده شده است.
فولاد خود را از آلیاژهای کربن بالا مانند AISI 1080 یا 1090 ساخته شده است که سرد یا گرم شده اند تا نقاط قوت را از 1،680 psi (برای رشته های استاندارد) تا بیش از 2،100 {\displaystyle S400) بدست آورند. پیکربندی های رایج شامل هفت رشته نخ (1× 7، 1 × 19، سیم های تک، سیم های منفرد، و میله های فولادی، اغلب با خوردگی گالوانیزه یا میله های پوشش داده شده است.
ویژگی های کلیدی که فولاد را برای استفاده از آب های دریایی و زیرزمینی ضروری می کند
مقاومت در برابر خوردگی و سیستم های حفاظت
ساختارهای دریایی و زیر آب با قرار گرفتن مداوم در معرض آب دریا کلرید مواجه هستند که می تواند به سرعت فولادهای محافظت نشده مدرن را کاهش دهد، فولادهای ضد استرس مدرن چندین لایه محافظ را به کار می برند: یک پوشش فلزی اولیه (به عنوان مثال، گالوانیزه)، یک هگزا پلیمری (به عنوان مثال، پلی پروپیلن یا پلی اتیلن)، و در برخی موارد یک لایه اکسید منفعل از فرمول های فولادی ضد زنگ به درستی طراحی شده، این سیستم ها را کاهش می دهد.
قدرت بالا و مقاومت خستگی
قدرت کششی بالا فولاد باعث می شود طراحان از بخش های سبک و باریک استفاده کنند که هزینه های مواد را کاهش می دهد و بارهای مرده را به همان اندازه مهم است مقاومت خستگی آن، زیرا ساختارهای دریایی باید میلیون ها چرخه از عمل موج، جریان ها و بارهای زنده متغیر مقاومت کنند.
آرامش و شخصیت های کریپ
از دست دادن طولانی مدت قبل از استرس به دلیل آرامش فولاد یا خزیدن بتن می تواند عملکرد ساختاری را به خطر اندازد. فولادهای کم تنش (به عنوان مثال ASTM A416 درجه 270) تحت درمان تثبیت گرما قرار می گیرند که آرامش را به کمتر از 2.5٪ پس از 1000 ساعت در 20 درجه سانتیگراد محدود می کند. این ملک در ساختارهای آب عمیق حیاتی است، که در آن فشار دادن مجدد غیر عملی یا غیر عملی است.
برنامه های گسترده در ساختار های دریایی و زیرزمینی
پلتفرم های ثابت دریایی
در ساختارهای مبتنی بر گرانش (GBS) و سیستم عامل های ژاکت فولادی، بتن پیش از تنش برای زیرساختارها، عرشه ها و بلوک های پایه استفاده می شود. پیش فشرده کمک می کند تا در عمق بیش از 150 متر مقاومت کند و در طول حوادث لرزه ای، کانال های تحرکی را فراهم می کند.برای مثال، پلت فرم Troll A در دریای شمال از یک بدنه بتن قبل از استرس بیش از 370 متر ارتفاع، فولاد با الگوی انتقال منظم در بارهای انتقال استفاده می کند.
سیستم های تولید شناور
ذخیره سازی تولید شناور و کشتی های تخلیه (FPSO) ، سیستم عامل های تنش (TLPs) و کوره های متخلخل شامل بتن قبل از تنش برای بدنه ها و وابستگی های محرک است. تاندون های فولادی از طریق مجاری که به بتن متصل می شوند و هنگامی که ساختار یک رویکرد فلورات است، تنش دارند.این کاهش وزن در حالی که حفظ خستگی زندگی تحت شش موج مداوم از امواج مداوم.
خطوط لوله زیر دریایی و Risers
خطوط لوله زیر دریایی اغلب به پوشش های وزن بتن قبل از تنش (CWC) برای ارائه ایمنی منفی و حفاظت مکانیکی متکی هستند.در این سیستم ها، تاندون های فولادی در لایه بتن جاسازی شده و تنش برای جلوگیری از ترک در طول عملیات لوله کشی و حل و فصل پس از آن، افزایش انعطاف پذیر استفاده از فولاد ضد استرس مارپیچی به عنوان یک لایه کششی، فشار بازوی فعلی و فشار فعلی را قادر می سازد تا آنها را از بار های کشتی های داخلی و بارهای کشتی جلو عبور دهد.
تونل های زیر آب و عناصر مترو Immersed
تونل های لوله ای Immersed – مانند Oresund Link یا پل هنگ کنگ-Zhuhai-Macau – در بخش هایی ساخته شده اند که به موقعیت شناور شده اند و سپس بر اساس پایه های آماده شده آفتاب می گیرند، هر بخش یک جعبه بتنی پر از تنش است، با تاندون های فولادی طولی که مقاومت لازم را برای حمایت از ستون آب بیش از حد و بارهای ترافیکی پر شده است؛ یا محافظت از طریق چسب های ضروری قرار می گیرند.
حفاظت از سواحل و دیوارهای دریایی
توده های ورق و دیوارهای دیافراگم برای بندر، آب های شکستن و حفاظت از ساحل استفاده می شود، این عناصر از ظرفیت لحظه بالا بهره مند می شوند، به آنها اجازه می دهد تا به عمق 30 متر یا بیشتر در حالی که مقاومت در برابر تاثیر موج و شستشو.
بنیادهای انرژی تجدید پذیر
از آنجا که مزارع بادی به آبهای عمیق تر حرکت می کنند، پایه های مبتنی بر گرانش و تک تک پا به محبوبیت می رسند. تاندون های فولادی در یک الگوی شعاعی یا دوروتیت تنظیم شده اند تا خم شدن و بارهای محوری را از برج توربین و نیروهای زیست محیطی ترکیب کنند.این طراحی توده پایه را کاهش می دهد، کاهش می دهد و هزینه های ساخت و نصب را کاهش می دهد.
چالش های مهندسی و استراتژی های مالی
خوردگی تحت شرایط دریایی
مداوم ترین چالش، خوردگی است، به ویژه در منطقه اسپری و در مناطق که پوشش ممکن است آسیب دیده باشد.کلید، خوردگی خوردگی استرس (SCC)، و جذب هیدروژن (HE) خطراتی هستند که مهندسان با مشخص کردن فولاد ضد زنگ دوبلکس (به عنوان مثال 2205، 2507) برای تاندون در مناطق بحرانی، استفاده از پوشش قوی (و یا سیستم های حفاظت از ماستری) و یا کاتراسیون فعلی تحت تاثیر قرار می گیرند.
هیدروژن Embrittlement در فولادهای با ارتفاع بالا
فولاد پیش از استرس بالا مستعد جذب هیدروژن از حفاظت از کاتودیک است، به ویژه اگر فولاد بیش از حد محافظت شود، این می تواند منجر به شکستگی به تاخیر شود. Mitigation شامل کنترل چگالی فعلی، استفاده از آلیاژهای مقاوم در برابر هیدروژن، و جلوگیری از کادمیوم یا پوشش های روی است که می تواند تحت شرایط خاصی از هیدروژن مانند NACE برای خدمات فولاد استفاده شود.
خستگی از موج و دوچرخه سواری فعلی
بارگذاری خستگی یک راننده طراحی برای تمام ساختارهای دریایی است. فولاد پیش از استرس به ویژه در مناطق لنگراژ آسیب پذیر است، جایی که غلظت استرس رخ می دهد. جزئیات مقاوم در برابر خستگی، مانند صفحات پوشش چهره ترومپ و انتقال صاف در دستگیره های شیب دار، ضروری است. بازرسی منظم با استفاده از تست ذرات مغناطیسی (MPT) یا امواج هدایت شده می تواند در ترک های پیش از انتشار آنها تشخیص دهد.
نصب و دسترسی به Difficults
تنش تاندون های زیر آب به دلیل دید محدود، فعلی و نیاز به تجهیزات تخصصی چالش برانگیز است. وسایل نقلیه از راه دور (ROVs) مجهز به جک های هیدرولیک تنش را انجام می دهد، در حالی که گرانولینگ با استفاده از پمپ های زیر فشار می آورد.
نگهداری و نظارت
هنگامی که یک ساختار در خدمت است، بازرسی تاندون ها در داخل مجارها دشوار است. روشهای غیر مخرب مانند رادیوگرافی، ترموگرافی، یا بازتاب زمان دامنه در سیستم های نظارت دائمی استفاده می شود - سنسورهای فیبر نوری، آرایه های انتشار صوتی، یا آرایه های E-beam - می توانند فشار، آرامش و شکستن حوادث بیش از ساختار منظم، بررسی های حفاظت از گربه (به عنوان مثال، بررسی های مجاز).
نوآوری ها آینده فولاد پر تنش را در ساخت و ساز دریایی می گذرانند
Ultra- High-Performance Concrete (UHPC) و سیستم های هیبریدی
ترکیب UHPC با فولاد prestressing اجازه می دهد حتی ساختارهای سبک تر و بادوام تر.UHPC را به طور مجازی حذف کلرید ingress، محافظت از تاندون ها حتی اگر پوشش ها شکست می خورند. سیستم های هیبریدی با استفاده از پلیمر کربنی-fibreinforced (CFRP) در ترکیب با فولاد تحت مطالعه، ارائه ایمنی کامل برای محیط های خوردگی شدید.
۱۰- Smart Tendons با مشخصات یکپارچه
تاندون های جدید شامل سنج های فشار فیبر نوری یا سنسورهای مغناطیسی هستند که تنش و دما را در زمان واقعی گزارش می دهند، این سیستم های "هوشمند" تعمیر و نگهداری سازگار را فعال می کنند و هشدار اولیه ناراحتی را ارائه می دهند و نیاز به بازرسی های گران قیمت غواص را کاهش می دهند.
فولادهای ضد استرس پایدار
تولید کنندگان در حال توسعه انواع کم کربن از فولاد قبل از استرس، با استفاده از آهن هیدروژن قرمز و بازیافت کوره برقی، در حالی که هنوز در مراحل اولیه، این فولادها به طور قابل توجهی می تواند به طور قابل توجهی کاهش کربن خالص از ساختارهای بتنی دریایی، تراز با اهداف جهانی کاهش کربن.
نتیجه گیری
فولاد ضد استرس تبدیل به یک ماده ضروری برای مهندسی خارج از کشور و زیر آب است، ترکیب آن از قدرت بالا، آرامش کنترل شده و پوشش های مقاوم در برابر خوردگی به مهندسان اجازه می دهد تا سازه هایی را طراحی کنند که برای دهه ها در سخت ترین محیط های جهان کار می کنند و همچنان پیشرفت هایی در طراحی آلیاژ، سیستم های محافظ و نظارت بر فن آوری، قابلیت های فولاد پیش از استرس را افزایش می دهد، پورت های عمیق تر، توربین های دریایی و مقاوم تر را در طول ساخت و نگهداری دقیق تر، باید مزایای کامل تر از آن را برای حفظ کیفیت زندگی حفظ و نگهداری دقیق تر حفظ و سیستم های دقیق تر حفظ کیفیت دقیق تر حفظ کنند.
برای مطالعه بیشتر در مورد استانداردهای طراحی و تحقیقات اخیر، منابع زیر را در نظر بگیرید.
- ] ASTM A41 / A416M [ - مشخصات استاندارد برای کم کردن، هفت سیم فولاد Strand برای بتن پر تنش.
- Bulletin 89 [FLT 1 ] - "پیش از استرس فولاد: حفاظت از خوردگی برای سازه های دریایی" (Fédération Internationale du béton 2018).
- ]DNV-OS-C502 [ - ساختارهای بتنی دریایی (Det Norske Veritas)
- NACE TM0177 [FLT 1 ] - آزمایش آزمایشگاه فلزات برای مقاومت در برابر استرس های Sulfide Cracking و خوردگی استرس در محیط های H2S.