Prestressing Steel'de Zaman-Dependent Davranışına Giriş

Prestressing tendonlar ve barlar, uzun süreli birçok modern yapının arka kemiğidir, uzun vadeli köprülerden yüksek riskli park garajlarına kadar, çelikleri kalıcı bir sıkıştırıcı bir güç altında yerleştirerek, mühendisler sadece prestress kuvvetinin kaybına karşı çıkabilirler, çatlakların aşırı uzun yıllar boyunca, iki ayrı ama ilişkili zaman bağlı fenomenler ve #82; güçlü bir şekilde planlama yöntemlerinin temel tasarımını ve boyutlandırmak için temel tasarım ve planlama yöntemlerine yol açabilirler.

Prestressing Steel'de katil nedir?

Creep, tendonların kademeli olarak elongasyon olarak ortaya çıkıyor (bu elongasyon, Kelvin’deki baskı veya stres altında bir malzemenin geri çekilmesi) için, bu elongasyon, yüksek çatlaklarda sert bir şekilde azalır ve çelikte strüktürel sertlikte en belirgin ısıtılır.

İndükrasyon genellikle üç aşamada tanımlanır:

  • [FONT:0)Primary (transient) ürpertici: ) Sürekli olarak, dislokasyonlar hareket ve yeniden ayarlandığında hızla azalır.
  • [0]İkinci (steady-state) ürpertici: ) Sürekli bir su basıncı egemendir, diffüzyon kontrollü dislokasyon tırmanışı ile yönetilir.
  • [FONT:0]Tertiary ürpertici: [Dönder:[Dönder: 1) Susaj oranı boyundan, mikro-yömürden veya tahıl sınırdan cavitasyondan dolayı hızlanır.

Tipik prestress seviyeleri (0.6 ila 0.8 kez nihai çekme gücü), çelik çoğunlukla birincil ve erken ikincil ürper rejimlerde çalışır, sıcaklıklar yükselirken ihmal edilebilir tertiary ürpertici ile.

Prestressing Steel'de Etkileyici Faktörler

İndük oranı birkaç anahtar parametreye bağlıdır:

  • [FONT=0]Stress seviyesi:[Dönetici:[Dönder:0) Creep deşarjı, uygulanan stresle doğrusal olmayan bir şekilde artış gösterir.
  • [FONT:0]Temperature: [Dönetici: [Döntgen sıcaklığının yükselmesine rağmen (örneğin, köprü tendonlarının güneş ısıtması) iki veya üç kat daha düşük hız için, her 10-15 °C artış için, ürperme oranı iki ila üç faktör tarafından yükselebilir.
  • [FONT=0) Çelik kompozisyon ve mikroyapı:[Dönetici: 1 ) Quenched ve mizaç çelikler (örneğin, ASTM A416), normalleştirilmiş notlarla kıyaslarulmuş dirençleri geliştiren ince tahıl yapılarına sahiptir.
  • [FONT:0]Stress rahatlaması:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici:[Dönetici:[Dönetici: 0)) ürpertici, stres merkezi sürekli bir gerginlik altında stresin çürümesi olan tamamlayıcı fenomendir. Prestressing sistemleri her iki eş zamanlı olarak onları bir araya getirir; standartlar genellikle bir prestress kaybı olarak tedavi eder.

Uluslararası tasarım kodları (ACI 318, AASHTO LRFD) ilk strese dayalı kayıpları tahmin etmek için ampirik formüller sağlar. Örneğin, PCI (Precast/Prestressed Concrete Institute) tasarım el kitabı, sıcaklık ve stres seviyesi için hesap veren bir sürü kat önerir.

Şişman Çelik'te Şişmanlık Anlamak

Fatigue, bir malzemenin döngüsel yüklemeye maruz kaldığı zaman meydana gelen ilerici, yerelleştirilmiş yapısal hasardır.Saç çelik, yorgunluk hasarları, bir veya daha çatlakların başlangıcı ve yavaş büyümesi olarak ortaya çıkar, sonunda kritik bir boyuta ve aniden, brittle kırılmasına neden olabilir.

Yorgunluk süreci üç aşamaya bölünmüştür:

  • [FONT:0)CrackBaşlangıç:[Dönetici:[Dönetici:0))) Belirli bir sayıda döngüden sonra mikroskopik olarak küçük çatlaklar.
  • [FONT=0)Crack propagation:[Dönetici: [Dönetici] 345K her yük döngüsü ile artmakta ve C, m'nin büyüme oranı Paris'in yasası tarafından tanımlanabilir: [[Q:2|da/dN = C (345K) ^m, {{K nerede, stres yoğunluğu ve C, m malzeme sabitdir.
  • [FONT:0) Son kırılma:[Dönetici:[Dönetici] Bir kez çatlaklar kritik bir zamana ulaşırsa, kalan kesit artık zirve yükü taşıamaz ve tendon ruptures.

Fatigue Loads in Prestressed Structures

Tipik yorgunluk yükleri şunları içerir:

  • Trafik kaynaklı titreşimler ve köprüler üzerinde yükler (akle yükler, hareketli araçlar).
  • Rüzgarın kabloya dökülen veya süspansiyon köprüleri üzerine salınımlar.
  • Günlük güneş radyasyonu nedeniyle ısı bisikleti.
  • Makine kaynaklı titreşimler endüstriyel yapılarda.

Çelikin önkoşul gücü, yüksek çözünürlükte önbellek limiti ile belirlenir (UTS) havadaki 2 × 106 döngüden yaklaşık% 10-20'dir, ancak çelikin koratif ortamlarda (kahkaha yorgunluk) önemli ölçüde azalır.

Fatigue vs. Stres-Corrosion Cracking

Stresli-kahkalama (SCC) yorgunluktan ayırt etmek önemlidir, çünkü her ikisi de yorulma stresi altında çatlakları azaltırken, SCC yüksek çözünürlükte korozyon konusunda belirli bir koratif çevre ve statik stresle yönlendirilir.) Bu etkileşimde değerli veriler sağlar.

Creep ve Fatigue arasındaki anahtar farklar

Her ikisi de zamana bağlı başarısızlık mekanizmaları olmasına rağmen, ürpertici ve yorgunluk temel olarak nedenleri ve tezahürlerinde farklıdır:

Aspect Creep Fatigue
Loading type Constant or slowly varying stress Cyclic (repeated) stress
Deformation Gradual, permanent elongation (strain increase) Localized crack growth; minimal overall deformation until fracture
Time to failure Often long-term (months to decades) except at high temperatures Can occur in a few thousand cycles (e.g., high-amplitude loading) or many millions
Temperature sensitivity Highly sensitive; rate increases exponentially with temperature Less sensitive, but elevated temperature can accelerate
Failure mode Necking, cavitation, ductile rupture (if tertiary stage reached) Brittle fracture at a localized crack
Primary mitigation Reduce sustained stress, use creep-resistant alloys, control temperature Minimize stress ranges, avoid stress concentrations, protect from corrosion

Prestressing uygulamaları, iki fenomen aynı anda hareket edebilir, özellikle de kalıcı ölü yükün (ürücük) tekrarlanan canlı yüklerle bir araya gelir (profesyonel yorgunluk). Alan çalışmaları, ürperticilerin stresin azaltılması ve aslında bu tür etkileşimlerin uzatılabileceğini göstermektedir.

Yapısal Dürüstlük ve Servis Yaşam Üzerine Etkisi

Hem ürpertici hem de yorgunluk, prestressed beton yapıların güvenliği ve performansı konusunda doğrudan sonuçlar doğurur:

  • [FONT:0] Önleyicilerin Lavanları: Torp çelik rahatlama ile birlikte, tasarım hayatına göre% 10-20 oranında etkili prestress azaltılabilir. Bu daha geniş çatlaklara yol açar, daha fazla hata yapar ve oar gücünü azaltır.
  • [FONT:0) korozyon riski ile karşı karşıya: Wider çatlakları prestress kaybından kaynaklanan Wider çatlakları, nemi ve klorürlerin çelike ulaşmasına, çukura ve korozyona ulaşmalarına izin verir.
  • [FONT:0]Sudden, felaket başarısızlık: Fatigue kırıkları genellikle uyarı olmadan gerçekleşir, çatlakların geri kalan net bölümü artık zirve yükünü taşımaz. Tek bir parça kırılabilir, bir boşluk daha fazla bir boşluk daha var.
  • [FONT:0)Redüktör:[Dönetici:[Döncükler:[Döncükler:0)Redüktör:[Dönetici:[Döncükler:[Döncükler: 1) Creep, tahıl sınır kalibresine neden olabilir ve çelikleri taklit edebilir ve kırıklıklarından önce bozulma yeteneğini azaltır.

Vaka çalışmaları bu riskleri göstermektedir. 1990 Mjøsa Köprüsü'nün çöküşü (Norveç) Amerika Birleşik Devletleri'nde yapılan denetimlerin bozulmasına neden oldu. Araştırmalar, yetersiz drenaj ve tuz dökmek, erkanların yorulma ömrünü büyük ölçüde kısaltan bir korrosif ortam yarattı.

Test ve ölçüm Yöntemleri

İndük ve yorgunluk güvenilir değerlendirme hem laboratuvar hem de alan ayarlarında hem de özel test gerektirir.

Creep Testi

Standart ürpertici testleri (örneğin, ASTM E139), bir hedef kuvvete sabit bir çekme yükü uygulamakta ve 1000 saat boyunca sürekli olarak kontrol edilen bir çelik örneği ölçmektedir.Çünkü yüksek sıcaklık aralığı için, üreticiler rutin olarak test stres merkezi (en ilgili fenomen) ve daha sonra, bir sperasyon enerji modellerini ölçmek için sürekli olarak 40 °C'de yapılmaktadır.

Fatigue Test

Fatigue testleri (ASTM E6000, E468) çelikin gerçek yük transfer koşullarını çoğaltmasına tabi tutulur (genellikle minimum ve maksimum yük arasında) 1-20 Hz. arasında bir S-N (stres-yaşam) eğrisi yapılır. Çünkü çevresel koşullar büyük bir rol oynar, hızlandırılmış-safağı testler yapılır (örneğin, tuz spreyi veya kedinin altındaki bir miktar koruma için kaydedilir).

Alanda (NS)

Hizmet yapıları için, ürpertici ve yorgunluk hasarının doğrudan ölçümü zorlanmaktadır. Mühendisler buna güveniyor:

  • [FONT:0) Akustik emisyon (AE): ), yük sırasında yüksek frekanslı tel molalarının veya çatlakların yüksek frekanslı seslerini tespit etmek.
  • [FONT:0)Magnetic flux sızıntı:, bir mıknatısla giriş yaparak kırık tellerin alanlarının tespit edilmesi.
  • [FONT=0]Strain ölçümler ve fiber optik sensörler: İntrasonlarda betonun içine uzun vadeli ürperticileri takip eder.
  • [FONT:0)Impact-echo ve ultrasonik tomografi:[Dönetici:0) Korozyon ve yorgunluk yollayabilen boşlukları tespit eder.

Tasarım ve Bakım Stratejileri

ürpertici ve yorgunluk uzun vadeli izleme yoluyla malzeme seçiminden çok katmanlı bir yaklaşım gerektirir.

Malzeme-Level Measures

  • kanıtlanmış düşük bir rahatlama ile çelik kullanın (LR) not. ASTM A416 “düşük sağlık” iplikleri uzun vadeli kayıpları stresle yüzde 60'a kadar azaltan bir termo-mekanik tedaviye maruz kalır.
  • İyi huylu mikrotümlü çelikler (sağlık, niobium veya titanyum) gelişmiş ürpertici direnç için.
  • Koruyucu kaplamaları uygulayın (uzlaşarak, epoxy kaplama veya korozyona dayanıklı alaşımlar) korozyon yorgunluğunu azaltmak için.

Tasarım-Level Measures

  • UTS'nin% 70'inin birincil ürpertici rejim içinde kalmasını sınırlayın.
  • tendon demiryollarında ne kadar nem birikimini önlemek için yeterli beton kapak ve drenaj sağlayın.
  • Stres aralıklarını kritik bölümlerde azaltmak için paraboğa veya draped tendon profillerini kullanın.
  • Yorgun-kahkak köprü üyeleri için, çelik sınıfı için sürekli olarak yorgunluk limitinin altında olmak için canlı yük stresi aralığı tasarlayın.
  • Stres konsantrasyonlarını en aza indirmek için demirleme ve çifterler; düzgün geçişler ve atış destekli yüzeyler 2-5 faktörlü bir faktörle yorgunluk hayatını artırabilir.

Muayene ve Bakım

  • Yaş, trafik hacmi ve çevresel maruziyete dayanan aralıklarla risk tabanlı bir denetim programı uygulayın.
  • Pas lekesi için periyodik görsel denetimler yapmak, demiryolları yakınında betonun kırılması veya maruz teller için.
  • Yukarıda açıklandığı gibi imha edici test yöntemlerini kullanın, özellikle köprü güverte güverteleri ve genişleme eklemleri gibi yüksek riskli bölgelerde.
  • Kırık teller bulunduklarında, etkilenen tendonlar mümkün olup dış prestressing ile takviye edilmelidir.
  • Jacking kuvvetleri ve periyodik yük testlerini izlemek için zaman içinde prestress kayıplarının belgelenmesini sağlayın.

Devam eden araştırmalar, prestressing çelikte ürpertici ve yorgunluk anlayışımızı geliştirmeyi amaçlamaktadır:

  • [FONT:0)Probabilistic yaşam döngüsü modelleri: Gelişmiş istatistik modelleri (örneğin Bayesian ağları) sürekli olarak geri kalan hizmet hayatına daha doğru olan korozyon ilerlemesi ile ürpertici hasar birikimini birleştirir.
  • [FONT:0) Yüksek performanslı çelikler: [Dönetici: Yeni metalurjik rotalar, gider ve kendini kovalama (QST) ve termomekanik kontrollü işleme (TMCP), her iki ürpertici ve yorgunluka karşı dirençli mikroyapılar üreterek çelikler üretmektedir.
  • [FONT:0) Akıllı İzleme: [DÜDÜT:1] Gömülü fiber Bragg granülasyon (FBG) sensörleri, önlü kayıpların gerçek zamanlı değerlendirmesine ve erken bir anormal davranışın tespit edilmesine izin verebilir.
  • [FONT:0) Dijital ikizler:[Dönetici:[Dönetici:[Dönetici:[Dönetici:[Dönetici: · 3 ) Yapısal dijital ikizler sensör verilerini, denetim kayıtlarını ve malzeme modellerini, ürpertici ve yorgunluk hasarlarının evrimini simüle etmek için birleştirir, koşul tabanlı bakım destekler.
  • [FONT:0) S-N eğrileri için Makine Öğrenmesi: Araştırmacılar, yeni çelik kompozisyonlar ve ortamlar için yorgunluk yaşamlarını tahmin etmek için büyük veritabanlarında eğitilmiş sinir ağları kullanıyor.]

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Creep ve yorgunluk, en önemli uzun vadeli bozulma mekanizmalarının iki tanesidir, çünkü çelik bileşenleri. Creep yavaşça prekompresyon gücüne karşı yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş

Daha fazla okuma için, [[0)ACI 209.2R-08[Döneticileri için akıp giden ve küçültülmeye yönelik olarak, [[Düzendüşük Köprü Tasarımı Özellikleri[DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD) ve [Düzücükler için Önlemler Arası Davranışlar Kılavuzu[Dönlütmeler için).