مقدمة
تُستخدم المقاطع المجوفة الهيكلية على نطاق واسع في الإنشاءات الفولاذية. ومن أهم مزايا استخدام هذه المقاطع قوتها وتعدد استخداماتها الهيكلية.
يُعدّ كلٌّ من المعيارين الأوروبيين EN 10210 وEN 10219 من أشهر المعايير الأوروبية في هذا المجال. تتمثل السمة الأساسية للمعيار EN 10210 في تغطيته للمقاطع المجوفة المُشكّلة على الساخن. في المقابل، يُعدّ المعيار EN 10219 خيارًا مثاليًا للمقاطع المجوفة الملحومة المُشكّلة على البارد. تختلف عمليات تصنيع كلا النوعين من الفولاذ، ويؤثر هذا الاختلاف على خصائص مثل الإجهاد المتبقي، والمتانة، ودقة الأبعاد، والتكلفة.
قد يساعد فهم هذه الاختلافات المهندسين على اختيار المادة المناسبة للتطبيقات الإنشائية. يتضمن المحتوى أدناه مقارنة شاملة بينها، كما يسلط الضوء على عملية التصنيع والخواص الميكانيكية وأنواع الفولاذ والتطبيقات.
نظرة عامة على معيار EN 10210
- EN 10210 هو “معيار أوروبي” ينطبق على المقاطع الهيكلية المجوفة ذات التشطيب الساخن.
- ينطبق هذا المعيار على الفولاذ الإنشائي غير المخلوط والفولاذ ذي الحبيبات الدقيقة. تُمكّن المعالجة الحرارية من استخدام عملية التشكيل الساخن لإنتاج هذا المقطع الإنشائي المجوف.
- تتجاوز هذه الدرجة درجة حرارة إعادة تبلور الفولاذ. يتميز الفولاذ المُنتَج بهذه التقنية التصنيعية ببنية حبيبية أكثر تجانساً.
- إحدى الخصائص الرئيسية لمعيار EN 10210 تتمثل في بنية مجهرية موحدة.
- يتميز هذا المعيار بمتانة وليونة عاليتين. كما يتميز هذا النوع بانخفاض الإجهاد المتبقي فيه.
- يُفضل استخدام معيار EN 10210 للتطبيقات الهيكلية الثقيلة التي تتطلب متطلبات عالية.
- في الهياكل الحاملة للأحمال الثقيلة حيث تكون الموثوقية ضرورية، تلعب منتجات EN 10210 دورًا رئيسيًا.
نظرة عامة على معيار EN 10219
- تغطي مواصفة EN 10219 “المقاطع الهيكلية المجوفة الملحومة المشكلة على البارد”. يتطلب إنشاء المقاطع المجوفة لحام خط التماس. ويساعد ثني شرائح أو صفائح الصلب على تصنيع الأنابيب في درجة حرارة الغرفة.
- تزيد عملية التشكيل على البارد من قوة الفولاذ.
- تتمثل إحدى السمات الرئيسية لمعيار EN 10219 في التصنيع الاقتصادي، حيث يتميز بانخفاض تكلفة التصنيع.
- يتم تصنيع هذا المعيار عن طريق التشكيل على البارد واللحام.
- إن ملاءمتها للهياكل ذات الأحمال الثابتة تجعل معيار EN 10219 أكثر شيوعًا.
- يتميز هذا المعيار بدقة أبعاد عالية وسطح أملس.
- تشمل تطبيقات معيار EN 10219 المباني الإنشائية والمعمارية.
عملية التصنيع
عملية تصنيع EN 10210:
تُستخدم إجراءات درجات الحرارة العالية لتصنيع الأجزاء ذات التشطيب الساخن.
- تُستخدم درجة الحرارة التي تزيد عن 850 درجة مئوية في لحام ألواح أو سبائك الصلب.
- يتم تصنيع EN 10210 عن طريق الدرفلة أو البثق أو التثقيب.
- تتضمن الخطوة التالية إمكانية لحام الأشكال غير الدائرية.
- بعد ذلك، تُنتج المعالجة الحرارية زيادة مستمرة في بنية الفولاذ. وتُزال الإجهادات الداخلية من خلال عملية التشكيل الساخن.
عملية تصنيع EN 10219:
تُستخدم عملية التشكيل على البارد لإنتاج مقاطع EN 10219.
- تتضمن الخطوة الأولى تحضير الشريط أو الصفيحة الفولاذية.
- ثم، تُمكّن عملية اللحام عالية التردد من تشكيل اللفائف في درجة حرارة الغرفة.
- تتضمن الخطوة الأخيرة معايرة الأبعاد.
- قد يتسبب التشوه البلاستيكي في إجهاد داخلي. ومع ذلك، فإن عملية التشكيل على البارد تتيح الحصول على أسطح ناعمة وأبعاد دقيقة.
الخواص الميكانيكية والاختبارات:
بما أن كلا المعيارين يتضمنان بعض “المتطلبات الميكانيكية ومتطلبات المواصفات” للمقاطع الهيكلية المجوفة، فإنهما يخضعان لاختبارات التسطيح. كما تُعد اختبارات الشد والصدم من الاختبارات الشائعة. ويُعتبر الفحص البُعدي والاختبارات غير المتلفة من بين الاختبارات الشائعة أيضاً.
بسبب عملية التشكيل الحراري الشديد، تميل المقاطع المُشكّلة على الساخن إلى إظهار خصائص ميكانيكية أكثر تجانسًا. ويكون الإجهاد الداخلي ضئيلاً نتيجةً لارتفاع درجة الحرارة. ومع ذلك، تتميز المقاطع المُشكّلة على البارد بمقاومة خضوع أعلى، ولكنها أقل مرونة.
التركيب الكيميائي:
تتشابه التركيبات الكيميائية لكلا المعيارين، EN 10210 وEN 10219، تشابهاً كبيراً. ويُستخدم في كليهما فولاذ الكربون الإنشائي. وتكون كميات الكربون والمنغنيز والفوسفور والكبريت متوازنة فيهما.
- تبلغ نسبة الكبريت حوالي 0.03%.
- يوجد حوالي 0.22% من محتوى الكربون.
- تبلغ كمية الفوسفور التقريبية 0.03%.
- يحتوي على حوالي 1.6% من محتوى المنغنيز.
تتيح العناصر المذكورة أعلاه تحقيق توازن بين القوة وقابلية اللحام والمتانة للتطبيقات الهيكلية.
أنواع الفولاذ:
يحتوي كلا المعيارين على عدد من درجات الفولاذ الإنشائي. ومن المفترض أن تلبي هذه الدرجات متطلبات القوة المختلفة.
- تشمل الدرجات الشائعة في معيار EN 10210 كلاً من S355K2H وS355J2H. كما تُعدّ S235JRH وS275J0H وS355J0H من الدرجات الشائعة في أقسام معيار EN 10210.
- تشمل الدرجات الشائعة بموجب معيار EN 10219 كلاً من S355J0H وS355J2H. كما تُعد S235JRH وS275J0H وS275J2H من الدرجات الشائعة في أقسام معيار EN 10219.
تمثل أرقام مثل “355” الحد الأدنى لقوة الخضوع بوحدة ميجا باسكال. يشير الحرف “S” المستخدم في الدرجات أعلاه إلى الفولاذ الإنشائي.
قوة الخضوع
قوة الخضوع هي الإجهاد الذي يبدأ عنده الفولاذ بفقدان شكله الأصلي.
تميل مقاطع EN 10219 المشكلة على البارد إلى امتلاك مقاومة خضوع أعلى. ويعود السبب في ذلك إلى تأثير التصلب الناتج عن عملية التشكيل على البارد.
توفر المقاطع المصنعة بتقنية التشكيل الحراري وفقًا لمعيار EN 10210 اتساقًا أكبر في مقاومة الخضوع، وذلك بفضل المعالجة الحرارية لتخفيف الإجهاد.
- تتمتع الدرجة S355 بقوة خضوع تبلغ “355 ميجا باسكال”.
- قوة الخضوع هي “275 ميجا باسكال” للدرجة S275.
- وتمتلك الدرجة S235 قوة خضوع تبلغ “235 ميجا باسكال”.
قوة الشد:
تميل المواد المصنفة وفقًا للمعيارين EN 10210 و EN 10219 إلى أن تكون ضمن نفس نطاق مقاومة الشد، لكن مطيليتها وتوزيع الإجهاد فيها يختلفان. تمثل مقاومة الشد أعلى مستوى من الإجهاد، وهو الإجهاد الذي يتحمله الفولاذ قبل انكساره.
- في حالة المقاطع الهيكلية المجوفة، تكون قوة الشد للدرجة S355 عادةً 470-630 ميجا باسكال.
- تتميز الأجزاء المصنعة بالتشكيل على الساخن بقدرة استطالة فائقة. وهذا أمر مهم في الهياكل المعرضة لأحمال ديناميكية.
خصائص التأثير:
تُعدّ مقاومة الصدمات اختباراً لقدرة المادة على امتصاص طاقة الصدمات في حالة التحميل المفاجئ.
- يتميز الفولاذ EN 10210 بأداء أفضل من حيث خصائص مقاومة الصدمات. تعمل عملية التشكيل الساخن والمعالجة الحرارية على تحسين البنية المجهرية للفولاذ. تتطلب العديد من درجات EN 10210 طاقة صدمية تبلغ 27 جول عند درجة حرارة -20 درجة مئوية.
- قد تكون مقاومة الصدمات للفولاذ المشكّل على البارد وفقًا للمعيار EN 10219 أقل. يُستخدم هذا النوع في تشييد المباني الجديدة التي لا تتطلب قوى ديناميكية كبيرة.
التطبيقات
التطبيقات النموذجية للمعيار الأوروبي EN 10210:
- يتميز معيار EN 10210 بمستوى عالٍ من المتانة، لذلك يتم استخدامه في الهياكل الحرجة.
- * أحد التطبيقات الشائعة لمعيار EN 10210 هو بناء المباني الصناعية الثقيلة.
- تُعد الجسور والمنشآت البحرية من تطبيقات الفولاذ من الدرجة EN 10210. ويُستخدم هذا النوع من الفولاذ على نطاق واسع في منصات النفط والغاز.
التطبيقات النموذجية للمعيار الأوروبي EN 10219:
- يُعد معيار EN 10219 شائعًا في مجال البناء والتصنيع.
- تشمل التطبيقات الرئيسية لمعيار EN 10219 الهياكل المعمارية والهياكل الجاهزة.
- تشمل الأمثلة الأخرى هياكل المباني والمعدات الزراعية.
كما تُعدّ رفوف التخزين وحواجز الحماية من تطبيقات معيار EN 10219.
يكلف
يُعدّ عامل التكلفة أحد أهم جوانب اختيار المواد.
- تتميز مقاطع EN 10219 بانخفاض تكلفتها نظرًا لانخفاض استهلاكها للطاقة، وسهولة إنتاجها نسبيًا، وانخفاض تكلفة إنتاجها، وسرعة تصنيعها. كما أن توفرها بأحجام قياسية متعددة يجعلها خيارًا شائعًا.
- من ناحية أخرى، تتميز مقاطع EN 10210 بتكلفة إنتاج أعلى نظراً لمعالجتها في درجات حرارة عالية. كما تؤثر المعالجة الحرارية الإضافية على التكلفة.
خاتمة
يُعتبر كل من المعيارين الأوروبيين EN 10210 و EN 10219 معيارين أوروبيين للقطاعات المجوفة الإنشائية. وكلاهما حلان جيدان للاستخدام في بناء المباني الفولاذية، إلا أنهما يختلفان في عمليات التصنيع.
يتعين على المهندسين وفرق المشتريات مراعاة العديد من العوامل عند اختيار هذه المعايير. على سبيل المثال، ينبغي عليهم التركيز على متطلبات التأثير وميزانية المشروع.
وخلاصةً لما سبق، يُعدّ معيار EN 10210 مثاليًا للتطبيقات الإنشائية عالية الأداء. أما معيار EN 10219 فيُستخدم عادةً في الإنشاءات والتصنيع القياسيين ذوي التكلفة المنخفضة.
