Primeiramente, quais são as características das estruturas de aço?
1. Alta resistência e leveza. O aço possui alta resistência e alto módulo de elasticidade. Comparado ao concreto e à madeira, sua relação densidade/resistência ao escoamento é relativamente baixa. Portanto, sob as mesmas condições de tensão, a estrutura de aço apresenta uma seção transversal pequena, é leve, fácil de transportar e instalar, sendo adequada para estruturas com grandes vãos, grandes alturas e cargas pesadas.
2. O aço possui boa tenacidade, plasticidade, uniformidade e alta confiabilidade estrutural. É adequado para suportar impactos e cargas dinâmicas, além de apresentar boa resistência sísmica. A estrutura interna do aço é uniforme e próxima à de um corpo homogêneo isotrópico. O desempenho real de uma estrutura de aço está mais de acordo com a teoria de cálculo. Portanto, a estrutura de aço possui alta confiabilidade.
3. O grau de mecanização da fabricação e instalação de estruturas metálicas é elevado. Os componentes de estruturas metálicas são fáceis de fabricar em fábricas e montar no local. Os produtos acabados de componentes de estruturas metálicas mecanizados, fabricados em fábricas, apresentam alta precisão, alta eficiência de produção, rápida montagem no local e curto prazo de construção. A estrutura metálica é uma das estruturas com o mais alto grau de industrialização.
4. As estruturas de aço possuem bom desempenho de vedação. Como a estrutura soldada pode ser completamente vedada, ela pode ser transformada em recipientes de alta pressão, grandes reservatórios de óleo, tubulações pressurizadas, etc., com boa estanqueidade ao ar e à água.
5. As estruturas de aço são resistentes ao calor, mas não ao fogo. Quando a temperatura está abaixo de 150 °C, as propriedades do aço sofrem pouca alteração. Portanto, as estruturas de aço são adequadas para ambientes quentes, mas quando a superfície da estrutura é submetida à radiação térmica de cerca de 150 °C, deve ser protegida com placas de isolamento térmico. Quando a temperatura atinge 300 °C a 400 °C, a resistência e o módulo de elasticidade do aço diminuem significativamente. Quando a temperatura se aproxima de 600 °C, a resistência do aço tende a zero. Em edifícios com requisitos especiais de proteção contra incêndio, as estruturas de aço devem ser protegidas com materiais refratários para melhorar o nível de resistência ao fogo.
6. As estruturas de aço apresentam baixa resistência à corrosão, especialmente em ambientes úmidos e corrosivos, sendo propensas à ferrugem. Geralmente, as estruturas de aço precisam ser tratadas contra ferrugem, galvanizadas ou pintadas, e receber manutenção regular. Para estruturas de plataformas offshore em água do mar, medidas especiais, como a “proteção por ânodos de zinco”, são necessárias para prevenir a corrosão.
7. Baixo carbono, economia de energia, ecológico e reutilizável. A demolição de edifícios com estrutura de aço praticamente não gera resíduos de construção, e o aço pode ser reciclado e reutilizado.
Em segundo lugar, os requisitos de materiais para estruturas de aço:
1. Resistência: O índice de resistência do aço consiste no limite de elasticidade σe, no limite de escoamento σy e no limite de tração σu. O projeto é baseado no limite de escoamento do aço. Um alto limite de escoamento pode reduzir o peso da estrutura, economizar aço e reduzir os custos de construção. O limite de tração σu é a tensão máxima que o aço pode suportar antes de se romper. Nesse ponto, a estrutura perde sua funcionalidade devido à grande deformação plástica, mas ainda sofre deformações significativas sem colapsar e deve ser capaz de atender aos requisitos de resistência a terremotos raros.
2. Plasticidade: A plasticidade do aço geralmente se refere à propriedade de sofrer deformação plástica significativa sem ruptura após a tensão ultrapassar o limite de escoamento. Os principais indicadores para medir a capacidade de deformação plástica do aço são o alongamento δ e a contração da seção transversal ψ.
3. Desempenho de dobramento a frio: O desempenho de dobramento a frio do aço mede a resistência do aço à fissuração quando ocorre deformação plástica por meio do processo de dobramento à temperatura ambiente. Para avaliar o desempenho de deformação por dobramento a frio do aço, são utilizados testes de dobramento a frio para determinar o grau de curvatura especificado.
4. Resistência ao impacto: A resistência ao impacto do aço refere-se à capacidade do aço de absorver energia cinética mecânica durante o processo de fratura sob carga de impacto. É uma propriedade mecânica que mede a resistência do aço à carga de impacto e à possibilidade de fratura frágil devido à baixa temperatura e à concentração de tensões. O índice de resistência ao impacto do aço é geralmente obtido por meio de ensaios de impacto em corpos de prova padronizados.
5. Desempenho da soldagem: O desempenho da soldagem do aço refere-se à capacidade de obter uma junta soldada com bom desempenho sob determinadas condições do processo de soldagem. O desempenho da soldagem pode ser dividido em desempenho durante a soldagem e desempenho em termos de usabilidade. O desempenho durante a soldagem refere-se à sensibilidade da solda e do metal próximo à solda para não produzir trincas térmicas ou trincas de retração por resfriamento durante a soldagem. Um bom desempenho de soldagem significa que, sob determinadas condições do processo de soldagem, não ocorrem trincas no metal de solda e no material base adjacente. O desempenho em termos de usabilidade refere-se à tenacidade ao impacto na solda e à ductilidade na zona afetada pelo calor. É necessário que as propriedades mecânicas do aço na solda e na zona afetada pelo calor não sejam inferiores às do material base. Meu país adota o método de teste de desempenho da soldagem durante o processo e também o método de teste de desempenho da soldagem em termos de usabilidade.
6. Durabilidade: Muitos fatores afetam a durabilidade do aço. Primeiramente, a resistência à corrosão do aço é baixa, sendo necessário adotar medidas de proteção para evitar a corrosão e a ferrugem. Essas medidas incluem: manutenção regular da pintura do aço, uso de aço galvanizado e medidas especiais de proteção em condições de meios fortemente corrosivos, como ácidos, álcalis e sais. Por exemplo, a estrutura de plataformas offshore adota medidas de "proteção anódica" para evitar a corrosão da jaqueta. Lingotes de zinco são fixados na jaqueta, e o eletrólito da água do mar corroerá automaticamente os lingotes de zinco primeiro, cumprindo assim a função de proteger a jaqueta de aço. Em segundo lugar, como a resistência à ruptura do aço é muito menor do que a resistência a curto prazo sob alta temperatura e carga prolongada, a resistência do aço sob alta temperatura por longo período deve ser medida. O aço se torna automaticamente mais duro e quebradiço com o tempo, o que é o fenômeno de "envelhecimento". A tenacidade ao impacto do aço sob carga de baixa temperatura deve ser testada.
Data da publicação: 22 de janeiro de 2025