Apakah keluli struktur? Komposisi Dan Aplikasi

Meneroka keluli struktur

Daripada bangunan yang dilawati oleh orang ramai, ke rumah yang mereka diami, ke jalan raya yang mereka lalui, kepingan keluli struktur ialah bahan binaan pelbagai guna yang memberikan kepelbagaian pembuatan dan kekuatan struktur tanpa berat yang melampau. Artikel ini menyelidiki keluli struktur, komposisi, ciri, kegunaan dan banyak lagi.

Apakah keluli struktur?

Keluli struktur ialah kategori keluli terkawal yang mesti memenuhi piawaian industri untuk toleransi dimensi dan komposisi. Di Amerika Syarikat, gred keluli ditentukan dan dikawal oleh ASTM International. Selain itu, Eropah dan Kanada mempunyai badan kawal selia dan piawaian mereka sendiri. Walaupun Leeco Steel menawarkan plat keluli standard EN dan plat keluli standard CSA G40.21, artikel ini akan memfokuskan pada piawaian ASTM.

Terdapat pelbagai jenis gred keluli struktur, dengan yang paling popular ialah ASTM A572 dan ASTM A36. Gred keluli ini, bersama-sama dengan gred keluli struktur lain, digunakan terutamanya untuk pembinaan rangka kerja untuk jambatan dan bangunan.

Mereka juga digunakan dalam pembinaan:

kereta barang

Peralatan pembinaan

bahagian lori

Mesin

palang kren

menara penghantaran

rak lori

Penyelidikan yang diterbitkan oleh Institut Pembinaan Keluli Amerika menunjukkan bahawa keluli struktur mengandungi 47 peratus daripada semua bahan binaan, jadi berkemungkinan besar keluli struktur bertanggungjawab untuk sebahagian daripada reka bentuk dalam struktur, bangunan atau jambatan. tempat orang bertemu.

Pengeluaran dan ujian keluli struktur

Untuk memahami sepenuhnya bagaimana keluli struktur berbeza daripada keluli bukan struktur, seperti yang digunakan dalam katil trak, kapal, atau kereta kebal tentera, adalah penting untuk memeriksa komposisi keluli struktur.

Keluli boleh dibuat daripada bahan mentah atau daripada kitar semula keluli lama. Semasa proses menukar keluli kitar semula kepada keluli baharu, keluli sedia ada dilebur dan ditapis untuk memenuhi spesifikasi tertentu. Membuat keluli daripada bahan mentah adalah proses yang lebih lama.

Keluli ialah aloi yang mengandungi karbon dan besi, yang kedua-duanya boleh didapati dengan banyak tetapi jarang ditemui dalam bentuk tulennya. Untuk membuat keluli daripada bahan mentah, besi diperoleh daripada bijih besi, yang mengandungi oksida besi yang banyak. Kebanyakan bijih besi di Amerika Syarikat dilombong untuk taconite, yang terdapat dengan banyak di Minnesota. Semasa proses perlombongan, taconite dikisar menjadi komposisi berpasir, dan magnet digunakan untuk memisahkan bijih besi (dalam bentuk batu lodeh) daripada bahan dan mineral lain.

Walaupun besi sering dianggap sebagai kuat dan keras, bijih besi mentah sangat lembut sehingga boleh dipotong dengan pisau dan beberapa otot. Aloi berasaskan besi mendapat kekuatannya daripada penambahan karbon.

Aloi besi dan karbon biasanya dihasilkan dengan menggabungkan kok dengan bijih besi dan menggunakan haba sehingga kok menyala. Coke ialah sejenis arang batu yang kaya dengan karbon. Hasil daripada pemanasan yang kuat ini, kok membebaskan karbon dan melekat pada oksigen oksida besi, meninggalkan gabungan karbon dan besi. Proses ini dipanggil pengurangan.

Selepas pengurangan, bahan adalah kira-kira 4 peratus karbon, yang menjalani proses pemanasan dan penyejukan selanjutnya untuk mengurangkan jumlah karbon, menjadikan bahan lebih kuat dan lebih keras. Sebaik sahaja kandungan karbon kurang daripada 2.1 peratus berat bahan, ia bertukar menjadi keluli. Untuk membuat keluli struktur, karbon mesti dikurangkan lagi sehingga komposisinya hanya 0,05 peratus hingga 0.25 peratus.

Hasil akhirnya ialah keluli struktur yang berharga ekonomi, 100 peratus boleh dikitar semula, dan mempunyai nisbah kekuatan-ke-berat yang tinggi. Terdapat gred keluli struktur yang berbeza, yang berbeza sedikit sebanyak dalam komposisinya. Gubahan ini sangat membantu untuk menubuhkan bahan yang diperlukan untuk mana-mana projek tertentu.

Sebagai alternatif, keluli boleh diproses selanjutnya - dengan rawatan pemanasan dan penyejukan selanjutnya dan/atau penambahan aloi, contohnya titanium, molibdenum dan kromium - untuk meningkatkan kekerasan. Proses ini menjejaskan kerapuhan keseluruhan, dalam kebanyakan kes, menjadikan bahan yang terhasil tidak sesuai untuk aplikasi struktur.

Komposisi keluli struktur

Di bawah ialah komposisi dua gred keluli struktur yang terkenal: ASTM 572 dan ASTM A36. Walaupun gred keluli struktur lain mempunyai komposisi yang serupa, ia juga mungkin mempunyai aloi tambahan atau telah menjalani pemprosesan tambahan.

A514 juga mengandungi 0.2 peratus molibdenum, 0.48 peratus kromium, 0,05 peratus vanadium, 0.02 peratus titanium dan 0.003 peratus boron.

Kehadiran aloi tambahan yang meningkatkan kedua-dua kekerasan dan kerapuhan adalah perbezaan komposisi utama antara keluli bukan struktur dan struktur. Dalam sesetengah kes, aloi tambahan mampu menghasilkan keluli berkualiti struktur; bagaimanapun, dalam kes lain, keluli yang dihasilkan terlalu rapuh untuk digunakan dalam kapasiti struktur.

Hasil dan kekuatan tegangan

Di luar komposisi kimia, tegasan dan had hasil membantu mewujudkan gred keluli serta aplikasi umum.

Titik tegasan tertinggi ialah had elastik, di mana bahan akan berubah bentuk secara kekal. Sebagai contoh, apabila seseorang melompat dari trampolin, trampolin secara semula jadi membongkok untuk menyerap tenaga dan berat, tetapi selepas orang itu melompat dari trampolin, trampolin akan kembali kepada bentuk asalnya. Had anjal papan anjal ialah titik di mana ia membengkok di bawah tenaga dan berat, dan kekal bengkok secara kekal walaupun selepas penyelam dilancarkan.

Ciri penting keluli struktur, titik hasil mesti mempunyai sedikit hasil untuk menyerap berat. Sebagai contoh, kekuatan hasil dalam jambatan ialah berat maksimum yang boleh ditahan oleh jambatan sebelum mengalami kerosakan kekal.

Kekuatan tegangan merujuk kepada titik di mana bahan yang dilipat akan pecah. Dalam contoh trampolin di atas, ini adalah tenaga dan berat yang diperlukan untuk memecahkan trampolin.

Di bawah ialah carta yang menunjukkan mata tegangan dan hasil untuk tiga jenis keluli struktur biasa. Mata ini dikira dalam kiloinci per inci persegi ("ksi") atau paun per inci persegi ("psi"), seperti berikut. Kadang-kadang ia juga ditunjukkan dalam megapascal.

Liputan bergantung pada ketebalan, tetapi gred yang paling biasa ialah 50 ksi.

Kedua-dua parameter ini sangat penting untuk jurutera apabila merancang bahan yang diperlukan untuk projek tertentu.