Jika anda pernah berjalan di bawah kanopi terminal lapangan terbang moden yang licin dan melengkung atau berdiri di bawah bayang-bayang bangunan pencakar langit yang kelihatan terbentang jauh ke atas, anda mungkin pernah mengalami struktur keluli dan konkrit komposit. Struktur ini merupakan tulang belakang pembinaan abad ke-21, menggabungkan kekuatan tegangan luar biasa keluli dengan kuasa mampatan konkrit yang tiada tandingan untuk mencipta elemen yang lebih ringan, lebih kuat dan lebih tahan lama daripada mana-mana bahan boleh dibina bersendirian. Sebagai pembekal komponen keluli, saya bekerja dengan jurutera dan kontraktor setiap hari untuk memahami cara ahli keluli dan konkrit berinteraksi-kerana mendapatkan interaksi yang betul adalah perkara yang memisahkan projek yang tahan ujian masa daripada projek yang retak, beralih atau gagal sebelum waktunya.
Mari kita mulakan dengan asas: struktur komposit bukan hanya keluli dan konkrit yang terletak bersebelahan. Ia adalah sistem di mana dua bahan bertindak sebagai satu unit, memindahkan beban dengan cekap dan mengagihkan tekanan secara sama rata. Keajaibannya terletak pada sifat pelengkapnya: keluli, dengan kekuatan hasil sekitar 30,000 hingga 50,000 psi, menarik terhadap daya tegangan yang akan mematahkan konkrit, yang kuat apabila dicincang tetapi lemah apabila diregangkan. Konkrit, sebaliknya, menentang daya penghancuran yang akan membengkok atau meledingkan keluli, dan ia melindungi keluli daripada kakisan dan kebakaran-dua ancaman jangka panjang terbesar keluli. Tetapi untuk perkongsian ini berfungsi, kedua-dua bahan itu tidak boleh diletakkan di atas satu sama lain. Mereka memerlukan cara untuk berkongsi beban, dan di situlah interaksi mula dimainkan.
Bahagian paling kritikal dalam interaksi itu ialah pemindahan ricih. Daya ricih ialah daya sisi atau gelongsor yang cuba membuat keluli dan konkrit bergerak ke arah yang bertentangan pada antara muka mereka. Jika itu berlaku, struktur menjadi lemah-fikirkan geladak kayu di mana papan-papan itu tergelincir, menjadikan seluruh permukaan tidak stabil. Untuk mengelakkannya, jurutera menggunakan penyambung mekanikal seperti stud ricih, bolt, atau bahkan bentuk anggota keluli itu sendiri untuk mengunci konkrit di tempatnya. Contohnya, ahli keluli yang kami bekalkan, seperti Ahli Keluli Persegi atau Ahli Keluli Bulat, selalunya mempunyai tekstur permukaan kasar atau corak bergaris. Apabila konkrit dituangkan di sekeliling anggota ini, ia terikat pada tekstur itu, mewujudkan geseran yang menahan gelongsor. Untuk elemen struktur yang lebih besar, kami juga membekalkan ahli khusus seperti Ahli Kekuda Tiub Persegi dan Ahli Kekuda Paip Keluli, yang direka bentuk dengan bahagian dalam berongga dan jaring terbuka yang boleh mengalir melalui konkrit, mengisi setiap celah dan mencipta jalinan padu yang hampir mustahil untuk dipecahkan. Salah satu produk kami yang paling popular untuk ini ialah Ahli Kekuda Paip Keluli-bentuk silindernya dan reka bentuk kekuda terbuka membolehkan konkrit membalutnya dan mengisi ruang dalaman, menukar satu paip keluli menjadi rasuk komposit yang 30% lebih kuat dalam lenturan daripada rasuk keluli sahaja dengan berat yang sama.
Satu lagi interaksi utama ialah rintangan lentur, atau cara gabungan elemen keluli dan konkrit membengkok di bawah beban. Mari kita ambil rasuk komposit, struktur komposit paling biasa yang anda akan dapati di bangunan pejabat dan jambatan. Bahagian atas rasuk terletak di dalam papak konkrit, yang mengambil semua daya mampatan apabila rasuk membengkok (fikirkan cara papan selam menolak ke bawah di hujung dan ke atas di pangkalan- bahagian bawah terbentang, bahagian atas mengecut). Anggota keluli diletakkan di bahagian bawah rasuk, di mana ia mengambil semua daya tegangan. Apabila kedua-dua ini disambungkan dengan betul, ia berfungsi sebagai satu: konkrit tidak tergelincir dari keluli, jadi setiap paun beban diagihkan sama rata antara kedua-dua bahan. Kami sering membekalkan Ahli Keluli Persegi untuk aplikasi rasuk ini kerana bahagian bawahnya yang rata dan lebar menyediakan kawasan permukaan yang besar untuk ikatan dengan konkrit, dan sudut tajamnya mencipta kunci mekanikal yang menghalang konkrit daripada menggelongsor. Untuk rentang yang lebih panjang, seperti di garaj tempat letak kereta atau bumbung arena, Ahli Kekuda Tiub Persegi kami adalah ideal-bentuk berongga, segi empat tepat mereka ringan tetapi kukuh, dan apabila konkrit dituangkan ke bahagian bawah tiub dan di sekeliling jaring kekuda, ia menghasilkan rasuk komposit yang boleh menjangkau 50 kaki atau lebih tanpa memerlukan tiang sokongan tambahan. Saya baru-baru ini bekerja pada projek di pusat bandar Austin di mana kami membekalkan Ahli Kekuda Square Tube untuk rasuk lantai; selepas tiga tahun penggunaan berat, tidak ada satu retakan atau anjakan dalam konkrit, dan jurutera mengaitkan kejayaan itu secara langsung kepada interaksi yang kuat antara keluli dan konkrit.
Keserasian terma adalah satu lagi bahagian yang sering diabaikan tentang cara keluli dan konkrit berinteraksi. Keluli mengembang apabila ia menjadi panas, dan konkrit juga mengembang-tetapi tidak pada kadar yang sama. Pekali pengembangan haba keluli adalah kira-kira dua kali ganda daripada konkrit, jadi pada hari yang panas, anggota keluli akan meregang lebih daripada konkrit di sekelilingnya. Jika tiada penyambungan yang betul, ini boleh menyebabkan konkrit retak atau keluli melengkung. Itulah sebabnya pasukan kami mereka bentuk ahli keluli dengan potongan pelega kecil dan penyambung fleksibel untuk aplikasi yang turun naik suhu adalah melampau, seperti kanopi luaran atau jambatan rentang panjang. Talian Kanopi Keluli kami, contohnya, menggunakan gabungan Ahli Keluli Bulat dan penyambung ricih tersuai yang membolehkan pergerakan kecil antara keluli dan konkrit. Fleksibiliti ini bermakna apabila suhu meningkat pada musim panas, keluli boleh meregang sedikit tanpa memberi tekanan pada konkrit, dan apabila ia sejuk pada musim sejuk, kedua-dua bahan mengecut bersama-sama, menghapuskan risiko keretakan. Kami memasang Kanopi Keluli untuk kedai runcit di Phoenix tahun lepas, dan walaupun dengan hari musim panas 110 darjah, konkrit itu kekal utuh, tidak berbeza dengan hari ia dituangkan. Perlindungan kakisan juga merupakan sebahagian daripada keserasian haba; apabila konkrit terikat pada keluli, ia mewujudkan persekitaran alkali yang menghalang karat, tetapi perlindungan itu hanya berfungsi jika konkrit padat dan bebas daripada retakan. Itulah sebabnya kami menguji setiap anggota keluli yang kami bekalkan untuk kekasaran dan keseragaman permukaan- permukaan keluli yang licin tidak akan terikat juga dengan konkrit, meninggalkan jurang yang membenarkan kelembapan masuk dan akhirnya menyebabkan karat.
Pengagihan beban ialah tempat struktur komposit benar-benar bersinar, dan ini semua tentang cara keluli dan konkrit berfungsi bersama untuk menyebarkan beban berat. Dalam sistem lantai biasa, papak konkrit mengambil beban langsung daripada orang, perabot dan peralatan, dan memindahkan beban itu ke rasuk keluli di bawah. Rasuk keluli kemudian menghantar beban itu ke lajur, yang membawanya ke asas. Tetapi tanpa interaksi yang betul, beban akan tertumpu di kawasan kecil, menyebabkan konkrit runtuh atau keluli meledingkan. Apabila kedua-duanya disambungkan, beban disebarkan secara sama rata merentasi keseluruhan panjang rasuk, mengurangkan kepekatan tegasan sehingga 50%. Sebagai contoh, Ahli Keluli Bulat sering digunakan dalam tiang jambatan, di mana teras konkrit dituangkan di dalam paip keluli. Konkrit di dalam menahan beban mampatan dari dek jambatan, manakala paip keluli menahan beban tegangan dari daya mendatar lalu lintas dan angin. Jeti hibrid ini jauh lebih ringan daripada jeti konkrit sahaja, dan ia lebih tahan terhadap gempa bumi kerana keluli boleh lentur sedikit sementara konkrit kekal utuh. Kami membekalkan Ahli Keluli Bulat untuk projek jambatan di Denver beberapa tahun yang lalu, dan semasa gempa bumi kecil dua tahun selepas pemasangan, tiada kerosakan pada konkrit atau keluli- sesuatu yang diberitahu oleh jurutera awam kepada saya tidak mungkin dilakukan dengan reka bentuk bukan komposit.
Sudah tentu, terdapat kesilapan biasa yang dilakukan oleh kontraktor apabila mengintegrasikan anggota keluli dan konkrit, dan sebagai pembekal, saya menghabiskan banyak masa untuk mendidik pasukan untuk mengelakkan perkara ini. Salah satu yang terbesar ialah tidak membersihkan permukaan keluli sebelum menuang konkrit. Jika terdapat minyak, karat atau serpihan pada anggota keluli, konkrit tidak akan terikat dengan betul, menyebabkan tergelincir di antara kedua-dua bahan. Kesilapan lain ialah menggunakan jenis penyambung ricih yang salah- kancing terlalu sedikit, atau kancing terlalu kecil, dan daya ricih tidak dipindahkan. Saya pernah bekerja dengan kontraktor kecil yang memotong sudut dengan melangkau kancing ricih untuk rasuk lantai, hanya menggunakan tekstur permukaan Ahli Keluli Persegi untuk ikatan. Dalam masa setahun, papak konkrit mula retak kerana keluli dan konkrit itu tergelincir di bawah berat ruang pejabat. Kami terpaksa kembali dan menambah anggota kekuda tambahan dan menuang semula bahagian lantai, yang menelan belanja dua kali ganda berbanding jika mereka melakukannya dengan betul pada kali pertama. Itulah sebabnya saya sentiasa mengesyorkan agar kontraktor bekerjasama dengan pasukan kami untuk mendapatkan ahli keluli dan garis panduan pemasangan yang betul- kami bukan hanya menjual keluli, kami membantu memastikan ia berfungsi dengan konkrit untuk mencipta struktur yang selamat dan tahan lama.
Memandang ke hadapan, interaksi antara ahli keluli dan konkrit hanya akan menjadi lebih penting apabila projek pembinaan menjadi lebih tinggi, lebih lama dan lebih mampan. Struktur komposit menggunakan bahan yang kurang daripada struktur keluli sahaja atau konkrit sahaja, yang mengurangkan pelepasan karbon- satu nilai tambah yang besar apabila industri berusaha untuk menjadi lebih mesra alam. Barisan produk kami, daripada Ahli Kekuda Tiub Persegi hingga Kanopi Keluli, direka bentuk untuk memenuhi permintaan pembinaan moden, dengan anggota yang ringan, tahan lama dan direka bentuk untuk memaksimumkan interaksi dengan konkrit. Sama ada anda sedang mengusahakan tambahan kediaman kecil atau bangunan pencakar langit komersial yang besar, memilih ahli keluli yang betul ialah langkah pertama kepada struktur komposit yang berjaya.
Jika anda merancang projek dan ingin mengetahui lebih lanjut tentang cara ahli keluli kami boleh bekerja dengan konkrit, atau jika anda mempunyai soalan tentang pemindahan ricih, pengagihan beban atau keserasian terma, kami sedia membantu. Pasukan pakar struktur kami boleh bekerjasama dengan jurutera anda untuk memilih ahli yang betul, memberikan panduan pemasangan dan memastikan struktur komposit anda dibina untuk bertahan. Jangan teragak-agak untuk menghubungi anda untuk memulakan perbualan tentang keperluan projek anda.
Rujukan
- ASCE. (2020). Keluli Komposit dan Struktur Konkrit: Reka Bentuk dan Garis Panduan Pembinaan. Persatuan Jurutera Awam Amerika.
- McCormac, JC, & Nilson, AH (2015). Reka Bentuk Keluli Berstruktur (edisi ke-6). Pendidikan Pearson.
- Institut Besi dan Keluli Amerika. (2018). Pembinaan Komposit Keluli-Konkrit untuk Bangunan. Penerbitan AISI.
- Kod Euro 4. (2005). Reka Bentuk Keluli Komposit dan Struktur Konkrit. Jawatankuasa Penyeragaman Eropah.
- Bae, S., et al. (2019). "Keserasian Terma Ahli Komposit Keluli-Konkrit dalam Iklim Melampau." Jurnal Kejuruteraan Struktur, Vol. 145, No. 8.
