تاریخچه مقاطع HSS

خانه » مقاطع HSS » تاریخچه مقاطع HSS

تاریخچه مقاطع HSS

فولاد،آتنا،HSS،مقاطع،لوله،پروفیل،صنعتی،ساختمانی،قوطی،مربع،مستطیل،ایلام،ERW،جوش،ستون،فلزی،CFT،بتن،ضخیم،ضخامت،ابعاد،قطر،سنگین
تصویر1- کاربرد اشکال توخالی در طبیعت [3-1]

بشر از دیرباز با ویژگیهای فوق العاده اَشکال توخالی آشنایی داشته است. الهام گیری اولیه ی بشر احتمالا از طبیعت بوده است که در آن میتوان نمونه های بسیاری از کاربرد اینگونه مقاطع (HSS) را به وضوح دید. همانطور که در تصویر 1 نشان داده شده است، خداوند در طبیعت از این اَشکال برای تولید یکی از سبک­ترین و کارآمد­ترین و در عین حال به صرفه ترین سازه­هایش به خوبی استفاده کرده است .    

فولاد،آتنا،HSS،مقاطع،لوله،پروفیل،صنعتی،ساختمانی،قوطی،مربع،مستطیل،ایلام،ERW،جوش،ستون،فلزی،CFT،بتن،ضخیم،ضخامت،ابعاد،قطر،سنگین
تصویر2 - استفاده از در تمدان ایران باستان (دوره ایلامیان - 1500 سال قبل از میلاد)

مهندسان با الهام از طبیعت متوجه ویژگیهای مطلوب اشکال توخالی شدند و سعی کردند که به بهترین نحو از این ویژگی ها حتی در سازه های اولیه و بدوی استفاده کنند. نشانه های باورنکردنی و فوق العاده ای وجود دارد که نشان دهنده ی استفاده از مقاطع توخالی در اوایل تمدن ایران باستان است. تصویر 2 نشان دهنده ی عکس هایی است که توسط شرکت فولاد گستر آتنا از موزه لوور پاریس در آوریل 2016 گرفته شده است، این عکس ها مدارک بسیار محکمی در استفاده از این مقاطع در زمان باستان میباشد.

توسعه مدرن

از ابتدای قرن 19میلادی، در بسیاری از سازه­های بزرگ و زیبا از HSS استفاده میشده است [4]. اگرچه بدلیل نبود تکنولوژی امروز برای تولید مقرون به صرفه این مقاطع، استفاده از آن عمدتاً محدود بوده، اما علیرغم این محدودیت، مهندسین سازه برای بهره بردن از این مقاطع همواره در تلاش بوده­اند. چرا که این مقاطع بدلیل ویژگیهای مکانیکی شان، مناسب-ترین گزینه برای ساخت سازه های سبک و ایمن هستند. پل قوسی که در اسکاتلند ساخته شد (در سال 1890 با طول دهانه آزاد 521 متر) که در تصویر شماره 3 مشاهده می­کنید، یکی از اولین سازه­های بزرگ و مشهوری است که در آن از اعضای HSS با اتصالات پرچی در سیستم باربری اصلی استفاده شده است. 

ابداعات اصلی در زمینه تکنولوژی تولید HSS در سال 1930 معرفی و بکار گرفته شد [4]. این ابداعات، تولید مقاطع توخالی مدور درزجوش در اوایل قرن بیستم را نیز شامل می­شود. از آن زمان تکنیکهای تولید پیشرفته نظیر روشهای جوش ممتد برای HSS تکامل یافت که منجر به افزایش چشمگیر تولید این مقاطع در کشورهای صنعتی شد.

بعد از جنگ جهانی دوم صنعت جوشکاری پیشرفت سریعی کرد [4]. علاوه بر این، کار آماده سازی انتهای ورقهای فلزی برای جوش تسهیل شده و باعث میشد تا فرآیندهای تولید، پیوسته و بی وقفه پیش رود و رولهای ورق بطور مداوم وارد دستگاه نورد شود. گذشته از این، دستگاههای آماده سازی لبه ورق فرآیند جوش لبه را تسهیل می­کردند که این نیز به کیفیت تولید افزود.

سیستم مِرو

در سال 1937، “سیستم مِرو” توسط Mengeringhausen ساخته شد[4] (مِرو مخففMengeringhausen Rohrbauweise است که به معنی سازه های توخالی Mengeringhausen می­باشد)، که ساخت صنعتی سازه­هایی که در آن از HSS و اتصالات آن استفاده میشد را تسهیل کرد. به طور خاص، این سیستم وسایل اتصال استانداردی را معرفی کرد که قابلیت اتصال اعضا در زوایای مختلف را داشت. این پیشرفت تا جایی ادامه یافت که HSS را به اولین گزینه برای ساخت سازه­های فضا­کار بدل کرد.   

بسیاری از دشواریهای دیگر در زمینه تولید HSS طی دهه 50 قرن بیستم برطرف شد [4]. با این وجود نیاز بود تا پیشرفتهای بیشتری در زمینه اتصالات بین اعضای HSS انجام شود تا این اعضا مورد استفاده گسترده‌تری قرار گیرند. در نتیجه تحقیقات گسترده‌ای به این موضوع، بویژه انواع اتصالات صلب و نیمه­ صلب، اختصاص یافت. در سال 1951، [Jamm[7 اولین دفترچه دستورالعمل طراحی برای اعضای HSS را تهیه کرد [4]. همچنین در مقالات پژوهشی بسیار زیادی که در ژاپن [8و9]، آمریکا [12-10] و اروپا [4، 21-13] انجام شده به موضوع اتصالات پرداخته شده است.

شروع تولید صنعتی مقاطع فولادی توخالی HSS

تولید صنعتی مقاطع توخالی مستطیلی در سال 1952 آغاز شد [4]. این پیشرفت اساسی، در عین حفظ تمام ویژگیهای مطلوب مقاطع توخالی، باعث شد تا کار طراحی و ساخت اتصالات بین اعضای HSS برای مهندسین ساده­تر شود. در دهه 60 تحقیقات در زمینه اتصالات ازجمله اتصالات مربوط به مقاطع توخالی مستطیلی در اروپا سرعت گرفت. بسیاری از مطالعات تئوری و آزمایشگاهی بر اساس رفتار استاتیکی این اتصالات انجام شده که عمدتا توسط مؤسسه [CIDECT [22 هدایت شده است. در طول 25 سال اخیر موضوعات پژوهشی پیشرفته بیشتری مربوط به اعضای HSS شکل گرفت که شامل رفتار دینامیکی، مقاطع پرشده با بتن، مقاومت در برابر خوردگی و آتش­سوزی و کاربرد آن در مقاومت در برابر باد  بودند [4].

سالهای اخیر

استفاده از HSS در سازه­ها و صنایع دیگر در سالهای اخیر نیز رشد داشته است. کاربردهای این مقاطع از ساخت سازه­های کوچک تا سازه های فضاکار بزرگ را دربر گرفته و نمونه فراوان این کاربردها شامل پلهای عابرپیاده، پایانه­های فرودگاهها، مراکز خرید، ساختمانها و شهربازی­ها می­شوند. همانطور که در تصاویر 4 تا 7 مشخص است، در سالهای اخیر HSS همچنین در تابلوهای بزرگراهها، گارد ریلها و دکل­های انتقال برق کاربرد گسترده­ای داشته است.

در سال 1886 شیوه“skew roll piercing”  توسط برادران مانسمان (Mannesmann) [6] بعنوان یکی از نخستین روشهای تولید “مقاطع توخالی مدور بدون درز” معرفی شد [4]. این پروسه توسط پیلگر (Pilger) دنبال شد که چند سال بعد تولید مقاطع توخالی با طول بیشتر، ضخامت کمتر و بدون درز را ممکن ساخت.

فولاد،آتنا،HSS،مقاطع،لوله،پروفیل،صنعتی،ساختمانی،قوطی،مربع،مستطیل،ایلام،ERW،جوش،ستون،فلزی،CFT،بتن،ضخیم،ضخامت،ابعاد،قطر،سنگین

امروزه در پاسخ به نیاز روزافزون این مقاطع، فرآیند تولید  HSSبصورت پیوسته و با کیفیت بالا توسعه یافته است. این فرآیند شامل تولید HSS با دستگاههای کاملاً اتوماتیک است که ورق فلزی را از کلافی که در ابتدای خط قرار دارد دریافت کرده و آن را طی یک پروسه نورد سرد از یک مجموعه غلتک عبور می­دهد تا ورق بصورت لوله فرم دهی شود. امروزه به منظور کاهش تنش پسماند ناشی از جوش در این مقاطع و جلوگیری از تبدیل ویژگیهای فولاد، برای جوش طولی لبه های ورق، از روشهای پیشرفته جوشکاری نظیر جوش مقاومت الکتریکی (ERW) استفاده می­شود. سپس مقاطع بسته تولید شده به جهت تکمیل فرآیندهای فرم دهی از مجموعه غلتک عبور داده می­شود تا در­نهایت تبدیل به مقاطع کاملاً گرد، مربع یا مستطیلی شوند.

  1. Backyard Design. 2016; Available from: http://zozeen.com/category/backyard-design/bamboo.
  2. Bamboo. 2016; Available from: http://www.momgoesgreen.com/bamboo-bamboo-bamboo.
  3. Bamboo Poles. 2016; Available from: http://bamboohabitat.com/bamboo-poles.
  4. J.Wardenier, Hollow Sections in Structural Applications. 2000, Netherlands: Delft University of Technology.
  5. Open Buildings. 2016; Available from: http://openbuildings.com/buildings/forth-bridge-profile-6308.
  6. A.G., M.W., Mannesmann Stahlbauhohlprofile (MSH) Anwendungsbeispiele,Technical Documentation. 1991, Düsseldorf, Germany.
  7. Jamm, W., Form strength of welded tubular connections and tubular structures under static loading. Vol. 3. 1951, Germany: Schweissen und Schneiden.
  8. Natarajan, M.a.T., A.A., Studies on tubular joints in Japan: Review of research reports. 1968: USA.
  9. Togo, T., Experimental study on mechanical behaviour of tubular joints. 1967, Osaka University: Japan.
  10. Natarajan, M.a.T., A.A., Studies on tubular joints in Japan: Review of research reports. 1969: USA.
  11. Bouwkamp, J.G., Concept on tubular joints design, in Proceedings of ASCE. 1964.
  12. Marshall, P.W.a.T., A.A., Basis for tubular design. ASCE preprint, 2008.
  13. Brodka, J., Stahlrohrkonstruktionen. 1988, Germany: Verlagsgesellschaft Rüdolf Müller, Köln-Braunsfeld.
  14. Dutta, D.a.W., K.G, Handbuch Hohlprofile in Stahlkonstruktionen. Verlag TÜV Rheinland GmbH. 1988, Köln, Germany: Verlag TÜV Rheinland GmbH.
  15. Dutta, D.a.W., K.G, Hohlprofilkonstruktionen. 1999, Berlin, Germany: Ernst & Sohn.
  16. Mang, F.a.B., Ö., Hohlprofilkonstruktionen, Stahlbau-Handbuch, Bd. . 1983, Köln, Germany: I, Stahlbau-Verlag.
  17. Puthli, R.S., Hohlprofilkonstruktionen aus Stahl nach DIN V ENV 1993 (EC3) und DIN 18 800 (11.90). 1998, Düsseldorf, Germany: Werner Verlag GmbH & Co. K.G.
  18. Rautaruukki, Design Handbook for Rautaruukki Structural Hollow Sections. 1998, Hämeenlinna, Finland.
  19. Stahlrohr, Handbuch: 9. Aufl. Vulkan. 1982, Essen, Germany.
  20. Wardenier, J., Hollow Section Joints. 1982, Delft, The Netherlands: Delft University Press.
  21. Wanke, J., Stahlrohrkonstruktionen. 1966, Vienna, Austria: Springer Verlag.
  22. CIDECT, Construction with hollow steel sections. 1984, Northants, U.K.: British Steel plc.