كمهندس هيكلي يعمل في تصميم وبناء جسور صلبة لسنوات لقد شاركت في العديد من مشاريع جسور بيليتتراوح من الجسور المؤقتة لإنقاذ الطوارئ إلى جسور الوصول المؤقتة لبناء البنية التحتيةفي هذه المشاريع، كان الفولاذ القناة C14b دائما المادة المفضلة للحبل المقاوم للجسور بيلي. من منظور الممارسة الهندسية والتصميم الهيكلي،هذه المقالة توضح بشكل منهجي الخصائص الهيكلية لجسور بيلي الجاهزة، المعلمات التقنية للصلب القناة C14b ، والأسباب الرئيسية لتطبيقها على نطاق واسع في الأوتار المعززة ، المقارنة مع أنواع القسم الشائعة ، النقاط الرئيسية للعمليات الهندسية ،ويربط شهادة مواد قياسيةيهدف إلى توفير مرجع عملي ومهني لأقران يعملون في هندسة جسور الهياكل الفولاذية ،ومساعدة الجميع على فهم عقلانية وعلمية أفضل لتحديد الصلب القناة C14b.

1ما هي جسور (بيلي) المصنوعة من قبل؟

لمهندسي الجسورجسور بيلي الجاهزةهي جسر فولاذي نموذجي سريع التجميع ، يستخدم على نطاق واسع في الممارسة الهندسية بسبب قدرته القوية على التكيف ، وفترة البناء القصيرة وقابلية إعادة التدوير.تم تطويرها في البداية لبناء جسر طوارئ عسكري، وبعد سنوات من التحسين ، تم تطبيقه على نطاق واسع في الهندسة المدنية ، مثل الجسور المؤقتة لبناء الطرق السريعة والسكك الحديدية ،جسور الطوارئ لمكافحة الفيضانات وإغاثة الكوارث، وجسور وصول مؤقتة في المناطق الجبلية النائية.

من وجهة نظر التصميم الهيكلي، فإن جوهر جسر بيلي الجاهز هو هيكل الشريط الذي يتكون من وحدات الشريط الفولاذية الجاهزية القياسية، والحزم العرضية، والحبال،سطح الجسر، مقاعد الجسر ومكونات الاتصال جميع المكونات مصنوعة مسبقا في المصنع وفقا للمعايير الوطنية والمواصفات الصناعيةويمكن نقلها بسرعة إلى موقع البناء للتجميعيمكن تعديل المدى بمرونة بين 9m و 63m وفقا لاحتياجات الهندسة الفعلية.ومستوى الحمل يمكن أيضا أن تكون مطابقة وفقا لمتطلبات التصميم من حمولة المركبة وحمل المشاةكمهندسين جسر، ونحن نولي اهتمام أكبر إلى أداء تحمل حمولة من هيكل الدرع، من بينها الوتر (بما في ذلك الوتر العلوي والحبل السفلي) هو الجزء الأساسي تحمل الحمولة،مسؤولة عن نقل لحظة الانحناء الرئيسية والقوة المحورية الناتجة عن حمولة سطح الجسريستخدم السلك المُعزّز، كجزء مهم من السلك المُعزّز، لتحسين القدرة على تحمل السلك والصلابة.لمنع الشريط من الانحناء المحلي والتشوه العام، وضمان السلامة الهيكلية وأداء الخدمة للجسر في ظل الحمل الديناميكي وظروف الخدمة طويلة الأمد.

2الخصائص التقنية والمواصفات الخاصة بفولاذ القناة C14b

في هندسة جسور الهياكل الصلبة ، يجب أن يستند اختيار الصلب المقطع إلى خصائص الإجهاد الهيكلي ، ومتطلبات الحمل واقتصاد الهندسة.من الفولاذ الساخن المتداول، يستخدم على نطاق واسع في الحبل المقوى من جسور بيلي بسبب شكل القسم المعقول وخصائصها الميكانيكية الممتازة. من منظور التطبيق الهندسي،نحن أولاً نوضح الارتباط التقني من الصلب القناة C14b:

الفولاذ القناة C14b ينتمي إلى سلسلة الفولاذ القناة 14 # المحددة في المعيار الوطني GB / T 706-2016 ، مع مقطع عرضي على شكل C. "C" في النموذج يمثل الفولاذ القناة ،"14" يشير إلى أن ارتفاع القسم من الصلب القناة هو 140mm، و "ب" هو النموذج الثاني في سلسلة الصلب 14 # القناة، والتي تختلف عن الصلب 14A القناة في أنها لديها شبكة سميكة وأوسع.هذا الاختلاف الهيكلي يحدد مباشرة الفرق في الخصائص الميكانيكية بين اثنينوالذي هو أيضا السبب الرئيسي الذي يجعلنا نختار الفولاذ القناة C14b كحبل المقاوم بدلا من الفولاذ القناة 14A في الهندسة.

من حيث المعلمات التقنية المحددة ، المؤشرات الرئيسية للصلب القناة C14b (وفقاً لمعيار GB/T 706-2016) هي كما يلي: ارتفاع القسم h=140mm ، عرض اللحاء b=60mm ، سمك الشريط d=8.0mm ،الوزن النظري 16.733 كجم / متر ، لحظة قطع الجهد Ix = 1020 سم 4 ، وحدة قطع Wx = 146 سم 3. في الهندسة العملية ، عادة ما نختار Q345q أو Q355 الصلب الخاص بالجسر كمادة خام لصلب قناة C14b.قوة الانسحاب من هذا النوع من الفولاذ لا تقل عن 345MPa ، والتي لديها صلابة جيدة ، قابلية لحام ومقاومة التعب ،ويمكن أن تلبي تماما متطلبات الإجهاد من الحبال الجسر المعززة تحت الحمل الديناميكي وظروف العمل المعقدة.

وينبغي التأكيد على أن الصلب القناة C14b يتم إنتاجه عن طريق عملية التنقيب الساخن، وهو أمر يختلف عن الصلب ذو الجدران الرقيقة المكونة باردة.العملية المطاطية الساخنة تجعل بنيتها الداخلية موحدة، وسمك الشبكة والفلانج كافية، والتي لديها مقاومة قوية للالتواء المحلي. في العملية الفعلية لجسر بيلي،غالباً ما يتعرض الحبل المُعزّز للضغط المحلي وقوة القطعالخصائص الهيكلية للصلب القناة C14b يمكن أن تتجنب بشكل فعال الأضرار الهيكلية المحلية، وهو ضمان مهم لخدمة الجسر على المدى الطويل.

3الأسباب الرئيسية لاختيار الصلب القناة C14b كحبل معزز في الممارسة الهندسية

في تصميم وبناء جسور بيلي الجاهزة، اختيار مواد الحبال المقاومة هو حلقة رئيسية، والتي ترتبط مباشرة السلامة الهيكلية،كفاءة البناء وتكلفة الهندسةبعد سنوات من الممارسة الهندسية، وجدنا أن الصلب القناة C14b يمكن أن تحقق التوازن الأمثل بين الأداء الهيكلي، والتصنيع، والاقتصادوالذي هو السبب الأساسي لتطبيقه الواسعالتحليل المحدد هو كما يلي من منظور الممارسة الهندسية:

3.1 تطابق الخصائص الميكانيكية مع متطلبات الإجهاد في الأوتار المقوية

كمهندسين جسر، ونحن نعلم أن الحبل المعزز من جسر بيلي هو عرضة أساسا لحركة الانحناء والقوة المحورية،ويجب أن يكون لديها قدرة كافية على تحمل الانحناء ومقاومة الالتواء لمقاومة التشوه الهيكلي والانحناء المحليبالمقارنة مع الصلب القناة 14a من نفس ارتفاع القسم، فإن الصلب القناة C14b لديه شبكة سميكة (8.0mm مقابل 6.0mm) وشريحة أوسع (60mm مقابل 58mm) ،والتي تحسن بشكل كبير لحظة قطع inertia وقطر موديلووفقاً لنتائج حسابات ميكانيكا الهيكل، فإن القدرة على ثني حمالة الصلب القناة C14b أعلى بنحو 15% من حمالة الصلب القناة 14a،ومقاومة الالتواء أيضا تحسنت بشكل كبير، والتي يمكن أن تتكيف بشكل أفضل مع خصائص الإجهاد من الحبل المقوى.

في الهندسة العملية، عادة ما يتكون السلك المقوى من اثنين من الفولاذ C14b القناة وضعت من الخلف إلى الخلف، وتشكيل قسم متماثل.هذا المزيج لا يزيد فقط من تحسين الصلابة العامة والقدرة على تحمل السلك، ولكن أيضا يجعل توزيع الإجهاد أكثر تكافؤا، مما يمنع بفعالية الالتواء العام والتشوه المحلي للجسر.هذا الشكل الهيكلي يمكن أن يضمن أن الوتر لا تنتج تشوه مفرط، وتوفير ضمانة موثوقة لسلامة البنية للجسر.

3.2 القدرة على التكيف مع التجميع القياسي لجسور بيلي

الميزة الأساسية لجسور بيلي الجاهزة هي التجميع السريع، والذي يتطلب من جميع المكونات أن يكون لها معيار عالية ويمكن استبدالها.نحن نولي اهتماما خاصا للتوافق بين المكونات، والذي يؤثر بشكل مباشر على فترة البناء وجودة التجميع.موقف الثقب وطريقة الاتصال متوافقة تماما مع وحدات العتاد من جسور بيلي (مثل جسر بيلي من النوع 321 التي تستخدم عادة في الصين).

يتم معالجة ثقوب المسامير المحجوزة على الصلب القناة C14b في المصنع وفقا للمعايير الموحدة، والتي يمكن أن تكون محاذاة مباشرة مع الثقوب على أعضاء شبكة الشريط،ويرتبط بسرعة مع المسامير عالية القوة دون حفر أو تخصيص إضافي في الموقعهذا لا يقتصر فقط على فترة البناء، ولكن أيضا يقلل من خطأ البناء في الموقع، وضمان دقة التجميع والاستقرار الهيكلي للجسر.إن الإنتاج الموحد من الصلب القناة C14b يسهل أيضا صيانة واستبدال المكونات في مرحلة لاحقةوهو أمر مهم جداً للاستخدام الطويل الأجل والصيانة الطارئة لجسور (بايلي)

3.3 تحقيق التوازن بين اقتصاد الهندسة وقابلية الإجراءات في البناء

في تصميم الهندسة، ونحن دائما التمسك بمبدأ "السلامة أولا، والاقتصاد والعقلانية".مقارنة مع الصلب القناة من أقسام أكبر (مثل 16 # الصلب القناة مع وزن نظري 20.51 كجم/م) ، فالحديد القناة C14b لديها مزايا استهلاك أقل من الصلب، والوزن الخفيف والتكلفة المنخفضة.تأثير توفير التكاليف أكثر وضوحا، والتي يمكن أن تتحكم بفعالية في التكلفة الإجمالية للهندسة في ظل فرضية ضمان سلامة الهيكل.

في الوقت نفسه ، فإن الصلب C14b القناة لديه قابلية جيدة للمعالجة. بنيته المطاطية الساخنة تجعله يمتلك قابلية عالية لللحام والقطع والحفر.يمكن لموظفي البناء إكمال القطع، لحام وتوصيل المسامير من الصلب القناة مع المعدات التقليدية، دون تكنولوجيا معالجة خاصة والمعدات،الذي يقلل من صعوبة البناء في الموقع ويحسن من كفاءة البناءبالإضافة إلى ذلك، فإن الصلب C14b القناة لديها إعادة تدوير جيدة، والتي يمكن إعادة استخدامها في مشاريع الجسور المؤقتة الأخرى بعد الانتهاء من المشروع،زيادة خفض تكاليف الهندسة والتأثير البيئي.

3.4 الوفاء بمتطلبات إضافية السلامة في هياكل الجسور

الهياكل الجسر، وخاصة الجسور الطارئة المؤقتة، تحتاج إلى الاحتفاظ بما فيه الكفاية من إضافية السلامة للتكيف مع ظروف العمل المعقدة مثل الحمل الزائد،البيئة القاسية وتعزيز الطوارئكمهندسين للجسور يجب علينا أن نضمن أن المواد المختارة لديها احتياطي القوة الكافي ومقاومة التعبتلبي بالكامل متطلبات GB/T 714-2015 "الصلب الهيكلي للجسر" و GB 50017-2017 "معيار تصميم الهياكل الفولاذية".

قوة الصلب Q345q و Q355 لا تقل عن 345MPa ، والتي لديها صلابة جيدة ومقاومة جيدة للتعب ويمكن أن تتحمل التأثير المتكرر للحمل الديناميكي ،تجنب الأضرار الهيكلية الناجمة عن كسر التعب. بالإضافة إلى ذلك ، فإن حجم القسم من الصلب القناة C14b معقول ، والتي يمكن أن تتجنب بفعالية تركيز الإجهاد المحلي. عند تحمل الحمل ، توزيع الإجهاد موحد ،الذي يزيد من تحسين سلامة وموثوقية الحبل المقوىفي مشروعات الإنقاذ الطارئ التي شاركنا فيها، جسر بيلي باستخدام الصلب القناة C14b كما الحبل المعزز يمكن أن تحمل بشكل مستقر زيادة في حمولة مركبات الإنقاذ،والتي تحقق تماما من موثوقية الصلب القناة C14b.

4تحليل مقارن لأصناف الفولاذ القناة C14b والقطاع الشائع في الهندسة

في التصميم الفعلي للأوتار المُعززة بجسر (بايلي) ، غالبًا ما نقارن الصلب من قناة (C14b) مع الصلب من قناة (14a) والصلب من قناة (16#).يُدرج الجدول التالي مؤشرات الأداء الرئيسية وسيناريوهات التطبيق للأنواع الثلاثة من الأقسام.، والتي يمكن أن تعكس بشكل أكثر بديهية مزايا الصلب القناة C14b في التطبيق الهندسي:

من وجهة نظر الممارسة الهندسية، فإن الصلب 14a القناة أخف وزنا وأكثر اقتصادية، ولكن قدرته على الانحناء غير كافية،والتي يمكن استخدامها فقط في الأوتار العادية ذات الحمل الخفيف أو مكونات الدعم الثانوية، ولا يمكن أن تلبي متطلبات الإجهاد من الأوتار المعززة. فولاذ القناة 16 # لديه قدرة أكبر على الانحناء ، ولكن وزنه الذاتي أكبر وتكلفة أعلى ،والتي مناسبة فقط للشريط الرئيسي طويل المدى والحمولة الثقيلةبالنسبة لمعظم جسور بيلي الجاهزة ، فإن الصلب القناة C14b يوازي مزايا الاثنين ، مع القدرة العالية على تحمل الوزن المعقول والتكلفة المنخفضة ،الذي هو الخيار الأكثر اقتصادية ومعقولة.

5نقاط عمليات الهندسة الرئيسية للشرائط الفولاذية المقاومة للقناة C14b

كمهندسين جسور، نحن نعلم أن اختيار المواد الممتازة هو الخطوة الأولى لضمان السلامة الهيكلية.التجميع والصيانة في الممارسة الهندسية هي ذات أهمية متساويةجنبا إلى جنب مع سنوات من الخبرة الهندسية، يجب اتباع النقاط التشغيلية الرئيسية التالية بدقة عند استخدام الصلب القناة C14b كحبل معزز من جسور بيلي:

5.1 مراقبة صارمة لجودة المواد

يجب أن يكون الفولاذ القناة C14b المستخدمة للسلسلة المعززة من الفولاذ الخاص بالجسر مثل Q345q أو Q355 ، ويجب على الشركة المصنعة تقديم شهادة مادة رسمية (انظر القسم 6 للتفاصيل).يجب أن نتحقق بدقة من شهادة المواد للتأكد من أن التكوين الكيميائيالخصائص الميكانيكية والمؤشرات الأخرى من الصلب تلبي متطلبات المعايير الوطنية ومواصفات التصميم.يحظر بشدة استخدام الفولاذ غير المؤهل مثل المنتجات المزيفة والسيئة أو الفولاذ ذو الأداء غير المؤهلفي الوقت نفسه، يجب إجراء فحص العينات في الموقع للمشاريع الرئيسية للتحقق من أداء المواد وضمان جودة المواد الخام.

5.2 توحيد بناء التركيبات والاتصالات

عادة ما يتكون السلك المقوى من اثنين من الفولاذ C14b القناة وضعت من الخلف إلى الخلف، وربطت مع المسامير عالية القوة. أثناء التجميع،من الضروري ضمان أن مواقع الثقوب من اثنين من الصلب القناة محاذاة، وينبغي أن لا يتجاوز انحراف موقع الثقب القيمة المسموح بها المحددة في المواصفات. يجب أن تستوفي محرك المسامير المُحمل مسبقاً متطلبات التصميم.و يجب استخدام مفتاح العزم للضغط المسبق لتجنب ترهل المسماريجب أن يكون الارتباط بين السلك المُعزّز وأعضاء الشبكة الثابتة، ويجب أن يكون خيط اللحام (إن وجدت) كاملًا وخاليًا من العيوب مثل الشقوق وإدراج الخث.يجب أن تتوافق عملية اللحام مع متطلبات AWS D1.5 "قانون لحام الجسر" ويجب إجراء فحص لحام بعد الحام لضمان جودة الحام.

5.3 التخطيط العلمي للألحان المُعززة

يجب تحديد تخطيط السلك المقوى وفقا لتوزيع لحظات الانحناء في الجسر. وفقا لنتائج حسابات الميكانيكا الهيكلية،تمتد منتصف جسر بيلي لديها أكبر لحظة الانحناء، لذا يجب أن يتم تعزيز الأوتار في هذا القسم لحظة الانحناء في نهاية الجسر صغيرةلذلك يمكن حذف الأوتار المقوية بشكل مناسب لتحسين استهلاك الصلب وتقليل تكلفة الهندسةبالنسبة لجسور بيلي متعددة المدى ، يجب ترتيب السلاسل المعززة باستمرار في اتصال المدى لضمان الاستقرار العام للجسر وتجنب الأضرار الهيكلية في الاتصال.

5.4 تعزيز التفتيش والصيانة أثناء الخدمة

قبل أن يتم وضع الجسر في الخدمة، يجب إجراء فحص شامل للسلسلة المعززة، بما في ذلك حجم القسم، وضع الثقب،ربط الخيط والشفرة لحام من الفولاذ القناة C14b، لضمان أن جميع المؤشرات تلبي متطلبات التصميم. خلال فترة خدمة الجسر ، يجب إجراء عمليات تفتيش وصيانة منتظمة ،خاصة في البيئات القاسية مثل المطر، الثلوج ودرجات الحرارة العالية. يتضمن محتوى التفتيش فضفاضة المسامير ، وتآكل الصلب في القناة ، وتلف طبقة اللحام ، وما إلى ذلك. يجب التعامل مع مخاطر السلامة المحتملة في الوقت المناسب ،مثل تشديد المسامير الفارغةمعالجة ضد التآكل من الصلب القناة المتآكلة، لتمديد عمر الخدمة للجسر.

6شهادة المواد القياسية للصلب القناة C14b

في الممارسة الهندسية، تعد شهادة المواد أساسًا مهمًا للتحقق من جودة الصلب، والتي ترتبط ارتباطًا مباشرًا بسلامة البنية للجسر.يجب علينا التحقق بدقة من شهادة المواد عند قبول الموادما يلي هو نموذج شهادة المواد القياسية للصلب القناة C14b المستخدمة في الحبال المعززة من الجسور بيلي المجهزة مسبقا،التي تتوافق مع متطلبات المعايير الوطنية والمواصفات الصناعية:

7ملخص الهندسة

من وجهة نظر مهندس جسر هيكل فولاذي، اختيار الصلب القناة C14bولكن نتيجة النظر الشامل في الأداء الهيكليفي الممارسة الهندسية، لقد أثبتنا من خلال عدد كبير من المشاريع أن الصلب القناة C14b لديه القدرة الممتازة على الانحناء والإلتواء،التوافق الجيد مع التجميع القياسي لجسور بيلي، ويمكن أن توازن العلاقة بين السلامة الهندسية والتكلفة، وهو الخيار الأمثل للسلسلة المعززة من معظم الجسور بيلي الجاهزة.

يجب التأكيد على أنه كمهندسين جسر، يجب علينا ليس فقط اختيار المواد المعقولة، ولكن أيضا اتباع بدقة النقاط الرئيسية للعملية الهندسية في عملية المعالجة،التجميع والصيانةمع التطوير المستمر لتكنولوجيا جسر الهيكل الصلب،سيستمر صلب قناة C14b في لعب دور مهم في بناء جسور بيلي الجاهزة، وتوفير دعم قوي لإنقاذ الطوارئ والحركة المرورية المؤقتة وبناء البنية التحتية.