Profili cavi in acciaio: tipi, standard, proprietà di progettazione e applicazioni di ponti modulari

I profili cavi in acciaio, spesso chiamati sezioni strutturali cave (HSS) in Nord America e sezioni cave in Europa, sono elementi in acciaio a sezione trasversale chiusa prodotti in forme quadrate, rettangolari e circolari. Si trovano nelle capriate dei ponti, nelle colonne degli edifici, nelle strutture delle gru, nelle torri di trasmissione, nelle opere temporanee e nei ponti modulari in acciaio. Il modo più semper favoreice per vedere il loro vantaggio: una sezione cava quadrata della stessa altezza e della stessa massa di acciaio di una colonna HEA o IPE laminata a caldo offre in genere un raggio di rotazione maggiore di circa il 20-30%, il che riduce direttamente il rischio di instabilità e aumenta la capacità di carico assiale utilizzabile senza aggiungere acciaio. Tali numeri provengono da tabelle delle proprietà delle sezioni pubblicate apertamente, come quelle utilizzate negli esempi di progettazione dell'Eurocodice 3 e nei cataloghi standard delle cartiere. Questo articolo spiega le reali differenze tra i profili cavi quadrati, rettangolari e circolari, come il percorso di produzione modifica il comportamento meccanico, quali standard sui materiali si applicano, come leggere le proprietà delle sezioni, come vengono utilizzate le sezioni cave nei prodotti modulari per ponti in acciaio, come viene specificata la protezione dalla corrosione e cosa deve figurare nella lista di controllo dell'approvvigionamento prima di effettuare un ordine.

La risposta diretta alla domanda più comune è questa: scegli una sezione cava quadrata quando hai bisogno di rigidità alla flessione prevedibile e connessioni pulite, scegli una sezione cava rettangolare quando una direzione domina il carico, scegli una sezione cava circolare quando i carichi possono arrivare da qualsiasi direzione e conferma sempre il percorso di produzione e la qualità del materiale prima di confrontare i prezzi. Il percorso di produzione influenza lo stress residuo, la tenacità e la curva di instabilità utilizzata nella progettazione, quindi non è solo un dettaglio di produzione.

Cosa sono i profili cavi in ​​acciaio? Tipi e forme base

I profili cavi in acciaio sono formati da un nastro piatto di acciaio o da una billetta rotonda riscaldata in una sezione trasversale chiusa senza bordi liberi. Le tre famiglie standard sono sezioni cave quadrate (SHS), sezioni cave rettangolari (destra) e sezioni cave circolari (CHS). Ogni famiglia ha un carattere portante distinto, quindi il primo passo di qualsiasi processo di selezione è abbinare la forma della sezione trasversale al tipo di carico dominante.

Un profilo cavo è designato dalla sua famiglia, dimensione o dimensioni esterne e spessore della parete, ad esempio SHS 150 x 150 x 8 o RHS 200 x 100 x 6,3. Nella pratica europea i requisiti di fabbricazione e tolleranza sono indicati nella EN 10210 per i profilati finiti a caldo e nella EN 10219 per i profilati saldati formati a freddo. Nella pratica nordamericana ASTM A500 è ancora la specifica più comune per le sezioni strutturali cave saldate in acciaio al carbonio, mentre ASTM A1085 è sempre più specificata dove sono necessarie tolleranze più strette e tenacità costante. In Cina, GB/T6728 copre molti profilati cavi saldati formati a freddo. Sapere con quale standard verrà controllato il tuo progetto è importante quanto conoscere il tipo di acciaio.

Come vengono prodotti i profili cavi in acciaio

Il percorso di produzione modifica lo stato di sollecitazione interna, la posizione del cordone di saldatura, la geometria degli angoli e il comportamento del materiale sotto compressione e fatica. Due profili con dimensioni esterne identiche possono comportarsi diversamente se uno è finito a caldo e l'altro è formato a freddo, quindi non si tratta di una distinzione puramente accademica.

1. Formatura a caldo (percorso EN 10210): l'acciaio viene riscaldato al di sopra della temperatura di ricristallizzazione, modellato in una forma rotonda o quadrata e rifinito a una temperatura che allevia la maggior parte delle sollecitazioni di formatura. Il risultato è una microstruttura più uniforme, uno stress residuo inferiore e una migliore tenacità negli angoli, che possono migliorare le prestazioni di instabilità di una colonna con le stesse dimensioni nominali.
2. Formatura a freddo da nastro (percorso EN 10219 o ASTM A500): una striscia piatta viene laminata a freddo in un tubo tondo, chiuso mediante saldatura a induzione ad alta frequenza, quindi laminata a tamburo in forme quadrate o rettangolari. La formatura a freddo aumenta la resistenza allo snervamento negli angoli a causa dell'incrudimento, ma lascia anche tensioni residue più elevate e le regole di progettazione trattano la sezione in modo diverso nelle verifiche di instabilità.
3. Formatura a caldo dopo la saldatura: alcuni stabilimenti normalizzano o temprano e rinveniscono il tubo saldato per ripristinare duttilità e consistenza. Ciò combina il costo inferiore della produzione basata su nastri con uno stato di stress interno più favorevole, ma la disponibilità è più limitata e i tempi di consegna sono più lunghi.

Per un componente di un ponte che sopporterà carichi accidentali ripetuti, una sezione finita a caldo o normalizzata è spesso il punto di partenza più sicuro perché le prestazioni a fatica dipendono fortemente dal cordone di saldatura e dalle concentrazioni di sollecitazioni negli angoli. Per le opere temporanee, le false opere, i palcoscenici e le strutture non a fatica, una sezione profilata a freddo è generalmente adeguata e più economica. La differenza di prezzo tra sezioni formate a freddo e finite a caldo della stessa dimensione è generalmente compresa tra il 5 e il 10% a seconda del mercato e dello spessore della parete, ma la differenza di prestazioni in un giunto sottoposto a fatica può essere molto maggiore di quella cifra.

Qualità e standard di acciaio che contano

La tabella seguente riassume gli standard comunemente utilizzati per i profili cavi in acciaio e le famiglie di materiali ad essi collegati. La decisione ingegneristica più frequente è tra S235, S275 e S355 in Europa e tra ASTM A500 Grado B e Grado C in Nord America.

Quando si confrontano preventivi di stabilimenti diversi, assicurarsi che lo standard, la qualità e i requisiti di impatto siano scritti sulla stessa riga. Un errore comune è confrontare un profilo S275 formato a freddo con un profilo S355 rifinito a caldo solo in base al prezzo. La sezione formata a freddo può essere più economica per tonnellata, ma la sezione finita a caldo può consentire una parete più sottile e un elemento più leggero in un design a colonna, il che spesso rende la struttura finale fabbricata più economica quando il costo viene confrontato per metro di struttura installata piuttosto che per tonnellata di materia prima.

Proprietà della sezione che guidano la progettazione strutturale

Quando apri un catalogo di profilati cavi, i numeri che contano non sono solo le dimensioni esterne. Le proprietà seguenti sono quelle utilizzate da un ingegnere strutturale per verificare resistenza, rigidità e stabilità. Dovrebbero essere confrontati solo tra sezioni dello stesso percorso di produzione e qualità del materiale.

Il raggio di rotazione merita un'attenzione speciale. Per un'area a sezione trasversale fissa, una sezione cava quadrata o circolare diffonde il materiale più lontano dal baricentro rispetto a una sezione a I aperta della stessa area, che aumenta il raggio di rotazione e diminuisce il rapporto di snellezza per una data lunghezza dell'elemento. In termini semplici, una colonna cava può essere più lunga o più sottile di una colonna a sezione aperta prima che la deformazione governi il progetto. Questo è il motivo per cui i profili cavi in ​​acciaio dominano i telai controventati dei grattacieli, le torri a traliccio e i sistemi di ponti modulari che devono essere trasportati come grandi componenti prefabbricati ed eretti con un lavoro di cantiere minimo.

La torsione è il secondo vantaggio pratico. Una sezione a I aperta distribuisce lo stress torsionale in modo inefficiente e spesso richiede rinforzi aggiuntivi o una scatola chiusa fabbricata saldando insieme le piastre. Una sezione cava quadrata o rettangolare resiste alla torsione direttamente attraverso la sua parete chiusa. Per una piattaforma per la costruzione di un ponte, un telaio di supporto a sbalzo o qualsiasi struttura che riceve vento da direzioni variabili, questo comportamento a sezione chiusa riduce la quantità di acciaio di rinforzo aggiuntivo necessario.

Sezioni cave in ponti modulari in acciaio e strutture pesanti

I ponti modulari in acciaio sono un chiaro esempio di come vengono utilizzati nella pratica i profili cavi in acciaio. Un tipico ponte Bailey o ponte modulare a pannelli si basa su pannelli reticolari collegati a perni ad alta resistenza per le sue travi principali, ma il sistema strutturale circostante utilizza una grande quantità di sezioni cave per travi trasversali, rinforzi laterali, corde del vento, parapetti, corrimano ed elementi di connessione. Gli elementi principali del traliccio spesso non sono sezioni cave perché devono essere fissati e standardizzati per un rapido assemblaggio. Tuttavia, gli elementi secondari e l'intero telaio portante di un ponte modulare sono spesso realizzati con profili SHS e RHS perché resistono alle forze laterali e ai momenti torcenti che si verificano quando i veicoli pesanti attraversano il ponte.

Per la serie CB-100, il sistema utilizza pannelli modulari standardizzati che possono essere assemblati in configurazioni a corsia singola, doppia e rinforzata. Il design a trave passante crea il classico profilo a traliccio, mentre i montanti trasversali e verticali utilizzano sezioni chiuse per mantenere la resistenza al vento più bassa ed evitare la deformazione locale che i sottili canali aperti subiscono sotto carichi pesanti ripetuti. Se si confronta un ponte modulare costruito con controventamento secondario a sezione chiusa con un progetto più vecchio costruito con canali aperti, la versione a sezione chiusa solitamente mostra meno vibrazioni fuori piano e richiede meno manutenzione nel tempo, principalmente perché non ci sono bordi aperti dove si accumulano acqua e sale stradale.

CB 100 (321) Fornitore di sistemi modulari a ponte Bailey Il ponte Bailey CB 100 (321) combina pannelli standardizzati con rinforzi trasversali a sezione chiusa per ridurre la resistenza del vento e le vibrazioni fuori piano, rendendolo un'opzione duratura per layout di ponti temporanei a corsia singola, doppia e rinforzata. Visualizza il prodotto →

Il rapporto tra profilati cavi e ponti modulari funziona in entrambe le direzioni. Da un lato, il sistema di ponti stesso utilizza profili chiusi per la struttura di supporto e gli elementi per carichi pesanti, motivo per cui i ponti modulari ad alta capacità sono misurati non solo dalla profondità della travatura reticolare ma anche dalla controventatura trasversale a sezione chiusa e dagli elementi di distribuzione del carico. D'altro canto, i profili cavi in ​​acciaio sono la materia prima per molti componenti di ponti prefabbricati, inclusi ponti pedonali, ponti di supporto per condutture, rampe temporanee e ponti di accesso in acciaio. Laddove un ponte deve essere resistente alla corrosione e facile da trasportare, la sezione trasversale chiusa riduce la superficie esterna per unità di resistenza, quindi a parità di prestazione si consuma meno vernice o zincatura. Per una revisione del modo in cui le specifiche e i dati di carico vengono gestiti in un ponte modulare standard, la guida alla capacità di carico e le note di confronto del sistema sono utili punti di partenza prima di impegnarsi sulla dimensione della sezione. Per gli attraversamenti più grandi, la serie CB-200 aumenta la resistenza dei pannelli e consente campate più lunghe, e le versioni rinforzate a quattro file mostrano come i sistemi modulari combinino gli stessi principi di controventamento a sezione cava con una maggiore capacità del traliccio.

Nelle strutture a ponte più grandi, i profili cavi sostengono il controvento del ponte inferiore e del sistema laterale superiore. Una sezione cava rettangolare viene spesso utilizzata per gli elementi della corda delle travi a traliccio perché i profili a lati piatti semplificano le connessioni saldate. Le regole di progettazione per i ponti a traliccio trattano la sezione chiusa in modo più favorevole rispetto ad un angolo o canale aperto quando l'elemento è soggetto a compressione e flessione in due direzioni. In alcuni telai di ponti pesanti, come colonne vengono utilizzate sezioni cave circolari riempite di calcestruzzo, che combinano l'elevata resistenza alla compressione del calcestruzzo con l'effetto confinante del tubo d'acciaio, che aumenta la resistenza alla compressione del calcestruzzo sotto carico assiale di circa il 10-20% rispetto allo stesso calcestruzzo in una colonna non rinforzata. Questo miglioramento è documentato nelle disposizioni internazionali sulla progettazione delle colonne composite.

Considerazioni sulla progettazione per gli elementi a sezione cava

Utilizzare correttamente una sezione cava significa comprendere quattro aree di progettazione: classe della sezione trasversale, scelta della curva di instabilità, comportamento del giunto e introduzione del carico locale. Sbagliare uno qualsiasi di questi può trasformare una sezione cava efficiente in una sezione pericolosa.

Classe della sezione trasversale e instabilità locale

Lo spessore della parete di una sezione cava ne determina la classe di sezione trasversale. Una sezione di Classe 1 può sviluppare una cerniera plastica, una sezione di Classe 2 può raggiungere il suo momento plastico, una sezione di Classe 3 raggiunge lo snervamento ma non il momento plastico, e una sezione di Classe 4 vede l'instabilità locale prima che venga raggiunta la tensione di snervamento, quindi è necessario utilizzare un'area efficace o un modulo di sezione efficace. I confini sono solitamente espressi come limite al rapporto larghezza/spessore della parete piana. Come regola pratica, una sezione cava quadrata con uno spessore di parete pari a circa il 5% della dimensione esterna rimane comodamente nella gamma compatta dell'acciaio S355. Per una sezione rettangolare a parete sottile, il rapporto limite della larghezza del piatto è determinato dalla lunghezza della parete piatta più lunga, non dalla media delle due direzioni.

Curva di instabilità e percorso di produzione

Il percorso di produzione influisce sulla curva di instabilità utilizzata nella progettazione. Le sezioni cave finite a caldo generalmente si qualificano per una curva di instabilità più favorevole rispetto alle sezioni formate a freddo con la stessa resistenza nominale, perché il processo di formatura cambia la forma della distribuzione delle tensioni residue e la resistenza allo snervamento degli angoli. Questa differenza è più importante per le colonne di media snellezza, dove la resistenza all'instabilità è tra il 5 e il 15% più alta per l'elemento finito a caldo. In una campata modulare lunga, l'utilizzo di sezioni finite a caldo può ridurre lo spessore della parete richiesto quanto basta per abbassare sia il costo del materiale che il peso del trasporto.

Comportamento dei giunti nelle capriate

In una travatura reticolare costituita da sezioni cave quadrate o rettangolari, la capacità del giunto è solitamente governata dal taglio di punzonamento della parete della corda piuttosto che dalla saldatura. Un elemento di rinforzo che arriva ad un angolo moderato crea una zona di sollecitazione ovale sulla faccia della corda. La verifica di progettazione deve confermare che la faccia della corda può sopportare la forza locale. In una sezione cava circolare lo stesso problema si presenta con un flusso di sollecitazione più uniforme, motivo per cui le connessioni CHS sono talvolta più facili da progettare per carichi assiali elevati, anche se il taglio e il montaggio dei tubi tondi costa di più in fase di fabbricazione. Per i controventi di ponti modulari realizzati con sezioni cave, l'utilizzo di un recente metodo di progettazione delle connessioni porta a un minor numero di fazzoletti e ad una fabbricazione più semplice.

Introduzione al carico locale

Una sezione cava può essere soggetta ad un grande carico concentrato da un cuscinetto, un perno o un altro elemento. La parete chiusa si deforma localmente quando il carico viene introdotto su un'area troppo piccola. Laddove la portata sia elevata, la sezione dovrà essere controllata per verificare il cedimento locale e, se necessario, rinforzata con diaframmi interni o con una parete più spessa nella zona di connessione. È proprio qui che il CB-450 e i sistemi per carichi pesanti mostrano il loro vantaggio: gli elementi a sezione chiusa più pesanti e i pannelli rinforzati sono progettati per accettare le forze concentrate provenienti dall'asse di un camion carico o dal carico mobile di una gru.

Quando una sezione cava è riempita di calcestruzzo, sia la resistenza al fuoco che la resistenza portante locale migliorano significativamente. Il nucleo di cemento impedisce alla parete d'acciaio di deformarsi verso l'interno e il tubo d'acciaio confina il cemento, conferendo alla colonna composita una capacità assiale molto più elevata rispetto alla somma delle sue parti. Le colonne CHS piene sono standard nelle costruzioni a molti piani e stanno diventando sempre più comuni nei pilastri pesanti dei ponti e nelle torri di supporto temporanee. Nelle sottostrutture di ponti temporanei, una sezione cava riempita di cemento può essere riutilizzata dopo aver drenato il calcestruzzo, anche se in pratica la colonna riempita viene solitamente lasciata sul posto perché tagliare l'acciaio per rimuovere il calcestruzzo non è economico.

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Protezione dalla corrosione e trattamento superficiale

Un profilo cavo in acciaio si corrode dall'esterno e, se le estremità non sono sigillate, anche dall'interno. Il sistema protettivo più comune per ponti esterni e strutture pesanti è la zincatura a caldo, in cui l'elemento fabbricato viene pulito, flussato e immerso nello zinco fuso. Il rivestimento di zinco forma uno strato legato metallurgicamente che fornisce sia protezione barriera che protezione catodica in caso di graffi e bordi tagliati. Secondo la specifica di zincatura ISO 1461 ampiamente utilizzata, lo spessore medio minimo del rivestimento per l'acciaio più spesso di 6 mm è di circa 85 micrometri e un tipico elemento di ponte con uno spessore di parete compreso tra 8 e 10 mm riceve tra 85 e 115 micrometri di rivestimento di zinco. Negli ambienti marini, un sistema duplex di zincatura più uno strato di vernice estende l'intervallo di manutenzione fino a circa due o tre volte rispetto a quello della sola vernice.

Esiste un dibattito persistente sull'opportunità di galvanizzare prima o dopo la fabbricazione. Per molte strutture a sezione cava, la risposta corretta è zincare dopo la saldatura e la perforazione, poiché ogni bordo tagliato, foro praticato e cordone di saldatura viene rivestito di zinco. Se la sezione viene zincata prima della fabbricazione, le aree di saldatura perdono il loro zinco e necessitano di una riparazione con vernice spessa ricca di zinco. La sezione cava necessita anche di fori di ventilazione quando è zincata: le pressioni interna ed esterna devono equalizzarsi in modo che il gas caldo all'interno non spinga fuori lo zinco o causi pericolo di esplosione. Un dettaglio comune sono due piccoli fori vicino alle estremità di una sezione chiusa, posizionati in modo che la pioggia non possa entrare e raccogliersi all'interno del tubo.

Per le applicazioni in cui la zincatura non è praticabile a causa delle dimensioni, della temperatura o del costo, un'alternativa è un sistema di verniciatura a due componenti con un primer ricco di zinco. La superficie deve essere preparata secondo standard elevati, come sabbiatura abrasiva fino a un livello di pulizia Sa2.5 e una rugosità superficiale compresa tra circa 40 e 80 micrometri. Lo spessore totale del sistema di verniciatura per un ambiente atmosferico C3 o C4 è generalmente compreso tra 160 e 240 micrometri, a seconda del fornitore del rivestimento e della durata prevista. In ambienti altamente corrosivi come ponti o tunnel costieri, l'acciaio resistente agli agenti atmosferici è un'altra opzione, ma le sezioni chiuse saldate realizzate in acciaio resistente agli agenti atmosferici richiedono un'attenzione particolare al metallo di apporto della saldatura e ai dettagli del separatore d'acqua, poiché l'acqua intrappolata provoca il peggior tipo di corrosione all'interno di un profilo chiuso.

Per i prodotti per ponti prefabbricati, le sezioni cave zincate a zinco sono spesso la soluzione predefinita. La finitura zincata protegge il membro durante il trasporto, lo stoccaggio in cantiere e il montaggio, che è esattamente il momento in cui l'acciaio nudo subisce i maggiori danni da manipolazione e macchie di ruggine. Un rivestimento di zinco applicato in fabbrica significa anche che il cantiere necessita solo di vernice di ritocco sulle connessioni bullonate. La versione zincata del ponte modulare e le soluzioni personalizzate del ponte zincato dimostrano come i profili chiusi in acciaio inossidabile o le sezioni cave zincate possono essere combinati in un pacchetto completo di ponti con un obiettivo di durata di servizio di 50 anni o più. Un punto pratico: quando un profilato cavo zincato deve essere saldato in cantiere, la zona di saldatura perde la protezione di zinco, quindi l'area deve essere pulita e rivestita nuovamente con vernice ricca di zinco subito dopo la saldatura.

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Lista di controllo degli appalti per ingegneri di progetto

L'errore più comune nell'approvvigionamento di profili cavi in acciaio è quello di ordinare un prodotto standard senza fissare i dettagli che controllano le prestazioni strutturali. La seguente lista di controllo copre i punti che dovrebbero essere scritti in qualsiasi specifica di acquisto di profilati cavi in ​​acciaio.

• Confermare prima il percorso di produzione. Scrivere se è accettabile la finitura a caldo, la formatura a freddo o la normalizzazione. Non consentire la sostituzione senza una revisione del progetto.
• Indicare esattamente lo standard e il voto. Ad esempio, EN 10219 S355J2H, ASTM A500 Grado C o GB/T 6728 Q355B. Controllare i gradi equivalenti sul documento di prova della fabbrica prima dell'accettazione.
• Fissare le tolleranze. La dimensione esterna, lo spessore della parete, la rettilineità e la lunghezza della sezione influiscono tutti sull'adattamento alla fabbricazione. Una deviazione di rettilineità dello 0,2% della lunghezza è un requisito comune per le sezioni cave strutturali, ma i progetti con tolleranza elevata potrebbero richiedere lo 0,1%.
• Specificare la preparazione della superficie. Per i sistemi di verniciatura definire lo standard di sabbiatura e la rugosità. Per gli elementi zincati, verificare i requisiti relativi allo spessore del rivestimento e se sono necessari i fori interni.
• Definire l'ambito di fabbricazione. Determinare se il fornitore taglia su misura, prepara smussi, pratica fori e salda le piastre terminali. Ogni operazione aggiunta modifica il piano di ispezione e il costo.
• Elencare i requisiti di ispezione. Per i componenti del ponte specificare la classe di saldatura e l'entità delle prove non distruttive. Una struttura edilizia di routine può accettare controlli visivi, mentre un ponte pedonale o un telaio di supporto pesante possono richiedere l'esame con ultrasuoni o particelle magnetiche delle saldature critiche.
• Controllare i dettagli della sigillatura finale. Decidi se le sezioni cave necessitano di estremità sigillate o fori di drenaggio. Questo piccolo dettaglio previene la corrosione interna e i danni da gelo e disgelo nelle strutture esposte.
• Confronta i preventivi sul costo di installazione, non sul prezzo per tonnellata. Una sezione S355 leggermente più costosa con finitura a caldo può consentire un elemento più piccolo, meno rinforzi e un trasporto più economico grazie al peso ridotto.

In un contesto a ponte, verificare anche che le dimensioni del profilo siano adatte al sistema modulare che si sta utilizzando. Una corda esterna troppo larga di 5 mm può disturbare la geometria di collegamento dell'intera linea di pannelli. L'approccio più sicuro consiste nel selezionare le dimensioni della sezione cava dalla documentazione del sistema a ponte, dove la spaziatura delle connessioni e i diametri dei perni sono già fissati.

Domande frequenti sui profili cavi in acciaio

Qual è la differenza tra SHS, RHS e CHS?

SHS è un profilo quadrato con uguale larghezza e altezza, RHS è un profilo rettangolare con due diverse dimensioni esterne e CHS è un profilo circolare. SHS è preferito per colonne e connessioni momento, RHS è preferito per travi ed elementi con un asse forte e CHS è preferito per colonne caricate da qualsiasi direzione, pali marini e strutture architettoniche a vista. La scelta influisce sul costo della connessione, sull’efficienza di flessione e sulla resistenza alla torsione.

Le sezioni cave sono più economiche o più costose delle sezioni a I?

I profilati cavi generalmente costano di più per tonnellata rispetto ai profilati a I laminati a caldo perché il processo di formatura consuma energia aggiuntiva. Tuttavia, per una colonna o un elemento caricato in due direzioni, una sezione cava della stessa capacità può pesare dal 10 al 30% in meno, quindi il costo totale di fabbricazione può essere inferiore. Il confronto dei costi deve sempre essere effettuato sul costo del componente installato, inclusi fabbricazione, trasporto, trattamento superficiale e collegamenti.

È possibile utilizzare un profilo cavo in acciaio come trave flettente?

SÌ. Una sezione cava rettangolare è un'ottima trave quando il carico è principalmente in una direzione, perché la forma della sezione profonda conferisce un'elevata resistenza al momento e la parete chiusa conferisce stabilità torsionale. Le sezioni quadrate e circolari vengono utilizzate anche come travi nei tralicci e nei telai, ma la loro efficienza di flessione è inferiore a quella di un RHS di larghezza equivalente perché il materiale non è così lontano dall'asse neutro nella direzione di flessione.

Cos'è la classe della sezione trasversale nella progettazione della sezione cava?

La classe della sezione trasversale è un sistema di classificazione che definisce fino a che punto un elemento può spingersi prima che si manifesti un'instabilità locale nelle sue pareti. La Classe 1 consente l'analisi plastica e le cerniere plastiche, la Classe 2 consente il momento resistente plastico, la Classe 3 consente solo il momento resistente elastico e la Classe 4 richiede il calcolo di un'area effettiva. La classe è determinata principalmente dal rapporto larghezza/spessore delle pareti piane e dal carico di snervamento dell'acciaio. In termini semplici, più spessa è la parete in proporzione alla larghezza, maggiore è la classe e maggiore è la capacità di flessione utilizzabile.

Quanto dovrebbe essere spessa la parete di una sezione cava?

Per una tipica colonna quadrata in un edificio, lo spessore della parete è spesso compreso tra il 4 e l'8% della dimensione esterna. Per una trave rettangolare, lo spessore della parete è solitamente compreso tra il 3 e il 6% della dimensione maggiore. Una parete più sottile è consentita se la sezione è di Classe 3 o Classe 4, ma il progetto diventa meno efficiente a causa della ridotta larghezza effettiva. Uno spessore della parete inferiore a 3 mm viene utilizzato raramente nella struttura primaria del ponte perché è vulnerabile ai danni locali e alle imperfezioni geometriche durante la saldatura.

Una sezione cava necessita di fori di drenaggio?

Sì, se il tratto è esposto alle intemperie. Una sezione cava sigillata intrappola la condensa e l'acqua che penetra attraverso cuciture rotte o saldature sigillate in modo improprio. L'acqua interna provoca corrosione dall'interno e può spaccare il tubo in caso di congelamento. Fori di drenaggio di circa 10-15 mm di diametro nei punti più bassi consentono all'acqua di fuoriuscire riducendo al minimo la perdita di area della sezione. Quando un profilato cavo viene utilizzato come elemento esposto esternamente con zincatura, i fori di ventilazione sono necessari anche durante il processo di zincatura stessa.

I profili cavi in ​​acciaio sono adatti per i ponti modulari?

SÌ. I ponti a pannelli modulari utilizzano ampiamente profili chiusi per elementi secondari, controventi, parapetti e telai di supporto. L'elevata resistenza alla torsione di un profilo chiuso è preziosa per resistere ai carichi del vento laterale e alle eccentricità del carico. Inoltre, le sezioni chiuse riducono la superficie e quindi il costo del rivestimento, che è importante in un pacchetto di ponti prefabbricati di grandi dimensioni. I principali correnti reticolari di un ponte Bailey standard non sono sezioni cave perché il design della connessione dei perni si basa su pannelli in acciaio pressato, ma gli elementi di supporto e le varianti portanti più pesanti utilizzano profili chiusi per ottenere capacità più elevate. Il guida alla capacità di carico del ponte Bailey spiega come il sistema viene adattato ai requisiti di campata e carico.

I profili cavi in ​​acciaio non sono un singolo prodotto ma una famiglia di soluzioni strutturali che devono essere selezionate, specificate e protette con la stessa cura di qualsiasi altro componente ingegnerizzato. Il percorso di produzione, la qualità del materiale, lo spessore delle pareti e il trattamento superficiale influenzano ciascuno la capacità finale, la durata e il costo di installazione. Per una colonna, una sezione cava rettangolare o quadrata offre una migliore resistenza alla deformazione rispetto ad una sezione aperta della stessa massa. Per un traliccio, le sezioni cave riducono l'area del vento e semplificano le connessioni. Per un ponte esposto alle intemperie e a carichi ripetuti, le sezioni chiuse zincate resistono alla corrosione e alla fatica meglio della maggior parte delle sezioni aperte. Quando specifichi un profilo cavo in acciaio, inizia con lo scenario di progettazione, conferma il percorso di produzione e la qualità, quindi confronta il costo di installazione per unità funzionale. Questa sequenza produce risultati coerenti per edifici, opere temporanee, strutture di supporto pesanti e ponti modulari.