بشر از دیرباز با ویژگیهای فوق العاده اَشکال توخالی آشنایی داشته است. الهام گیری اولیه ی انسان احتمالا از طبیعت بوده است که در آن میتوان نمونه های بسیاری از کاربرد مقاطع توخالی (HSS) را به وضوح دید. همانطور که در تصویر زیر 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.
مهندسان با الهام از طبیعت متوجه ویژگی های مطلوب اشکال توخالی شدند و سعی کردند که به بهترین شکل از این ویژگیها حتی در سازههای 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. در تصویر عکسهایی مشاهده می کنید 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 می باشد.
تاریخچه ی مقاطع HSS
از ابتدای قرن 19 میلادی، در بسیاری از سازه های بزرگ و زیبا از HSS استفاده می شد. اگرچه به دلیل نبود تکنولوژی امروز، برای تولید مقرون به صرفه این مقاطع، استفاده از آن عمدتاً محدود بوده، اما علی رغم این محدودیت، مهندسین سازه برای بهره بردن از این مقاطع همواره در تلاش بوده اند. چرا که این مقاطع به دلیل ویژگی های مکانیکی شان، مناسب ترین گزینه برای ساخت سازه های سبک و ایمن هستند.
تولید و استفاده ی مقاطع HSS
پل قوسی Firth of Forth که در اسکاتلند ساخته شد (در سال 1890 با طول دهانه آزاد 521 متر) که در تصویر مشاهده می کنید، یکی از اولین سازه های بزرگ و مشهوری است که در آن از قطعات HSS با اتصالات پرچی در سیستم باربری اصلی استفاده شده است.
بسیاری از دشواری های دیگر در زمینه تولید HSSطی دهه 50 قرن بیستم برطرف شد. با این وجود نیاز بود تا پیشرفت های بیشتری در زمینه اتصالات بین اعضای HSS انجام شود تا این اعضا مورد استفاده گستردهتری قرار گیرند. در نتیجه تحقیقات گستردهای به این موضوع، به ویژه انواع اتصالات صلب و نیمه صلب، اختصاص یافت.
در سال 1951،Jamm و اولین دفترچه دستورالعمل طراحی برای اعضای HSS را تهیه کرد. همچنین در مقالات پژوهشی بسیار زیادی که در ژاپن آمریکا و اروپا انجام شده به موضوع اتصالات پرداخته شده است.
در سال 1886 شیوه“skew roll piercing” توسط برادران مانسمان (Mannesmann) بعنوان یکی از نخستین روشهای تولید “مقاطع توخالی مدور بدون درز” معرفی شد. 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.
ابداعات اصلی در زمینه تکنولوژی تولید HSS در سال 1930 معرفی و بکار گرفته شد. 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. 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.
در سال 1937، “سیستم مِرو” توسط Mengeringhausen ساخته شد (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 . 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 نیمهصلب، اختصاص یافت. در سال 1951، Jamm اولین دفترچه دستورالعمل طراحی برای اعضای HSS را تهیه کرد. همچنین در مقالات پژوهشی بسیار زیادی که در ژاپن، آمریکا و اروپا انجام شده به موضوع اتصالات پرداخته شده است.
تولید صنعتی مقاطع توخالی مستطیلی در سال 1952 آغاز شد. 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 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.
سال های 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 مشخص است، در سالهای اخیر HSS همچنین در تابلوهای بزرگراهها، گارد ریلها و دکلهای انتقال برق کاربرد گستردهای داشته است.
امروزه در پاسخ به نیاز روزافزون این مقاطع، فرآیند تولید HSS بصورت 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.
کلیه حقوق مادی و معنوی این اثر برای شرکت فولاد گستر آتنا محفوظ است