回答的问题:钢结构的屈服链接®连接

在这篇文章中,我们通过回答与会者提出的一些有趣的问题,跟进我们的5月2日网络研讨会,地震弹性和风险评估,以获得钢结构的钢结构。

在网络研讨会期间,我们讨论了如何通过我们的钢特殊时刻框架和地震性能预测计划(SP3)对钢结构的地震弹性进行钢结构,由Haselton Baker Risk Broup群体进行抗震性能预测计划。如果您无法加入我们的讨论,您可以观看按需网络研讨会并获得PDHS和CEU在这里

和我们之前的网络研讨会一样,我们以与会者的问答环节结束。我们的代码和合规总监Jeff Ellis,以及来自Haselton Baker风险集团的Curt Haselton和Jared Debock,在允许的时间内尽可能多地回答了问题。现在我们回来回顾一些更常见的问题及其答案。如果你有兴趣看完整的问题列表,点击这里
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NASCC 2018:推出我们最新的收益链接连接

今年这一年NASCC北美钢结构会议将在马里兰州的巴尔的摩举行。该会议是结构钢铁行业的年度教育和交流活动,吸引了来自世界各地的与会者和参展商。今年有130多个会议,会议将为与会者提供学习钢铁行业最新研究、设计、技术和最佳实践的机会。
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热处理如何帮助混凝土锚固产品满足更苛刻的负载要求

Joel Houck是SIMPSON强领赛人基础设施 - 商业工业(ICI)集团万搏manbext手机注册的高级研发工程师,基于新西兰芝加哥,IL位置。他在过去的17年里与辛普森开发了新的机械锚和粘合剂锚固部件,以及开发许多需要测试这些产品的实验室设备。这一经验使他提供了广泛的知识和深入了解混凝土锚固行业,特别是在涉及到锚固的适当功能和性能时。Joel是伊利诺伊州州的专业持牌机械工程师。

有一个在芝加哥说:“如果你不喜欢的天气,只是等待十五分钟。”这是特别真实在春天,当温度可通过在50℃从一天容易地改变到下一个。随着气温陡降到30年代风起云涌的一个晚上之后,在80年代一个阳光明媚的高,我扔在了我的T恤我的夹克,我想起,在温度的大幅波动往往会带来行为的改变也是如此。这是不正确的只是人,但有许多的材料为好,它使我想起一个叫热处理热处理工艺。这是用在一些具体的锚定产品,以使他们更坚强和更持久的过程。你可能听说过这个过程中没有完全理解它是什么,或者为什么它是有用的。在这篇文章中,我会尽量的话题表面刮伤与热处理是如何用于改善混凝土锚的表现非常基本的概况。

根据ASM手册:热处理在美国,热处理是对固体金属或合金加热和冷却以获得所需条件或性能的过程。1实际上,金属(通常在大多数混凝土锚的情况下钢)是热处理的,以便以某种方式在某种程度上改善其基础条件。当在制造过程中形成钢丝的锚固件的复杂形状时,钢需要柔软且可形成;然而,它通常有利于最终锚固产品的性能更加困难,而不是其形成的基钢。这就是热处理的地方。通过以受控方式加热和冷却软钢,对钢的晶体结构进行变化,以改善机械性能,例如硬度,韧性,强度或耐磨性。虽然钢在热处理过程中经历了非常复杂的微观结构变化,但最终结果相当简单 - 一旦软钢变得更加难以与热处理过程决定更强。由于混凝土锚越来越复杂,以满足建筑码和设计者的需求,热处理正在成为高强度锚点的更常见和必要的成分。

图1。钢的微观结构:(a)软钢示例;(b) 热处理钢示例。2

根据期望的结果,有许多不同类型的热处理工艺可以考虑。热处理的类型和使用的参数可以根据钢的类型和特定的锚应用定制。有几种不同类型的热处理通常用于锚。最常见的两种类型是通过硬化(也称为中性硬化)和表面硬化(也称为表面硬化)。

图2.进入热处理炉的紧固件。3.

通过硬化改变钢的机械性能(硬度,强度,延展性等)而不影响其化学成分。为了改变钢的微观结构,将其在炉中加热至非常高的温度,然后快速冷却,然后通常通过将其浸没在液体骤冷介质如水或油中。该过程通常会导致非常坚硬但脆性的材料,因此在淬火后使用称为回火的二次操作。为了回火钢,将其重新加热至较低的温度,然后冷却以除去在原始淬火操作期间产生的应力和脆性。Through hardening is useful where increased strength and toughness are required and surface wear isn’t a big concern, such as in our Crimp Drive® and split-drive anchors, setting tools for drop-in type anchors, high-strength all-thread-rod for adhesive anchors, and gas- or powder actuated fasteners. In order to effectively through harden an anchor, moderate levels of hardening elements must be present in the base steel, usually in the form of carbon. As the carbon content in the steel increases, so does the ability to harden it. The chemical composition of the steel along with the specific heat treating parameters will determine the level of hardness, strength and toughness of the final parts.

表面硬化仅仅通过改变钢表面的化学成分来改变零件表面的钢的硬度。这是通过改变热处理炉的气氛来获得合金元素,通常是碳,扩散到钢的表面.增加的碳含量增加了钢表面的淬透性,但它不能深入到钢中,所以在钢的表面形成一个比零件内部更高强度和硬度的薄外壳。这使得零件在大部分内部都具有高延展性,但也有坚硬、耐磨的表面。这种类型的热处理对重型锚非常有用,在安装过程中,锚的组件相互滑动。它在螺旋锚中也很有用,在螺旋锚中,为了切割混凝土,钢螺纹需要非常坚硬和耐磨,但锚的延展性必须保持,以避免在使用中脆性失效。就像通过硬化一样,锚的表面硬化也有很多变化,这取决于具体的应用。

图3。表面硬化棒的横截面在表面和内部显示不同的硬度区。4

通过使用这两种工艺和其他热处理工艺,我们能够扩大我们的能力,以满足不断发展的行业对锚的更高要求。随着热处理和钢化学的不断创新,我们将继续利用这些发展为我们的客户提供No-Equal混凝土锚栓,以满足我们的高性能和安全性高标准。

机械锚

从复杂的基础设施项目做它自己的企业,辛普森强领带提供多种固定产品,以满足几乎任何需要的。万搏manbext手机注册


1Lampman等人。(1997)。ASM手册:热处理。材料园,OH: ASM国际。

2 “AISI 4340钢的微观结构。”数字图像。研究之门,n.d.网站。2017年6月14日https://www.researchgate.net.

3“热处理炉。”数字图像。ThomasNet Web Solutions, n.d. 2017年6月14日http://www.morganohare.com/heat-treating.html.

4“显示钢的案例深度的宏观照片。“数字图像。科学和教育出版有限公司,N.D。2017年6月14日http://pubs.sciepub.com

高强度钢的氢脆

高强度钢在锚和紧固件中的使用在建筑界并不少见。例如,高强度螺纹杆通常用于减少低碳钢杆的数量,以满足粘性锚的设计荷载。高强度钢对于某些紧固件的功能至关重要,如自钻式紧固件自攻和自攻螺钉。

然而,对于锚和紧固件,由于已知现象,通过增加钢强度可以实现的限制氢脆.氢脆化件是锚和紧固件制造商众所周知的,但它不广为人知的结构工程师。本博客文章的目的是提供这一重要主题的概述,并欣赏到建筑锚和紧固件中使用的钢具具有上强度限制的一个原因。

什么是氢脆?

氢脆是当氢原子在钢和应力施加,可以在某些钢发生强度的显著永久丢失。作为脆化的氢原子迁移到最高应力并导致微裂纹的区域中发生。当裂缝形成时,则氢迁移到裂纹尖端(图1)和原因继续裂纹生长,直到有效紧固件的横截面是这样减少了剩余的横截面过载并且所述紧固件失败。图2,图3和4示出一个失败平面和粗粒状的形态和晶间裂纹(在图3和4的暗线)。这些故障发生突然,毫无预兆,紧固件或杆已经加载了一段时间后。

图1 -氢向裂纹尖端迁移导致进一步开裂的概念。
图1 -氢向裂纹尖端迁移导致进一步开裂的概念。
图2
图2
博客3.
图3.
博客4.
图2,3,4 -扫描电子显微镜图像的晶间裂纹在一个钢螺杆由于氢脆。

氢脆必须具备上述三种条件:

  • 一种易受氢脆脆化的钢
  • 氢原子+离子,不是H2气)
  • 应力,如拧紧或施加的载荷产生的应力

如果应用程序涉及这些,那么就有可能发生氢脆和紧固件失效。失效的可能性和时间取决于这些条件的程度。因此,关注级别应该取决于设计人员期望在应用程序中出现所有这三个条件的程度。


什么钢对氢脆敏感?

紧固件对氢脆的敏感性随着抗拉强度或硬度的提高而增加。一般认为,具有实际(未指定)洛氏C级硬度小于38(抗拉强度小于约170,000 psi)的高质量紧固件通常不容易发生氢脆。紧固件制造商通常建立较低的硬度极限,作为生产中可能发生的可变性的额外安全裕度。

什么时候是氢原子(h+) 展示?

氢原子可以从制造或服务环境引入紧固件中。

从制造氢源:

氢气可以存在于钢制过程中,但优质钢中存在的量低于导致问题的水平。氢气在锚和紧固件制造期间引入的最常见方式是清洁和涂覆工艺。这些方法通常利用产生氢的酸。复合该问题是许多流行的涂层,如锌电镀(ASTM B633)和热浸镀锌(ASTM A153)在紧固件周围产生屏障,其不允许氢气容易地漫射超出紧固件。一些涂层,如机械镀锌(ASTM B695),确实具有足够的孔隙率,即氢气可以在室温下通过涂层扩散。

制造商通过最小化清洗时间,并通过穿过涂层和出所述紧固件的涂覆用于若干小时来帮助漫射氢后烘焙镀紧固件最常用管理内部的氢源。在某些情况下,机械清洗和碱性清洗中使用,以防止氢气被引入。

如果在制造过程中未正确管理内部氢气,则通常会在紧固件安装后48小时内迅速发生故障。

氢的外部来源:

氢气也可以从服务环境中引入。镀锌层可以保护钢在潮湿或潮湿的工作环境中免受腐蚀。然而,这一过程导致电流通过水(H2o)生产氢气(h+)氢氧化物(哦- - - - - -)离子,如图5所示。由于这一过程需要腐蚀才能产生氢气,因此外部产生的氢气导致的故障通常比内部氢气导致的故障要长得多。外部产生的氢气导致钢失效可能需要数周到数年的时间。

图5–通过镀锌层对钢进行电偶保护产生氢(H+)的过程
图5–通过镀锌层对钢进行电偶保护产生氢(H+)的过程

压力过多的压力是多少?

幸运的是,需要非常高强度钢,氢脆风险减少,甚至对于敏感钢,作为应用负载降低产品。对于这样的产品有许多的该紧固件制造商利用在开发和质量控制,以验证氢脆的危险被控制在额定负载的预期应用复杂的测试。

结束思想

如上所述,氢脆是高强度锚固件和紧固件的一个严重问题。设计人员应特别注意防止这种现象可能产生的钢的突然脆性破坏。在这方面,有一些良好的做法可遵循:

  • 不要使用大于170,000 psi的实际拉伸强度(罗克韦尔C级硬度为38),而不仔细考虑氢脆风险的外来的高强度钢。注意,实际的拉伸强度可以高于特定的拉伸强度。
  • 确保指定了高强度紧固件的优质来源。高质量的制造商有设计和制造实践到位,以防止氢脆。
  • 在选择非常高强度的紧固件腐蚀性应用,因为这些条件经常产生氢通过电过程。

在阻燃处理的木材中的连接器和紧固件

在任何给定的年份,Simpson St万搏manbext手机注册rong-Tie都能解决有关压力处理防火木材产品的连接器和紧固件使用的几个问题。最常被问及的问题是,该应用程序是否符合III型建筑的建筑规范要求,以及是否存在对腐蚀的合理担忧。虽然在SE Blog中还没有关于这个话题的任何具体讨论,但是已经有了关于腐蚀来源的相关讨论,例如:腐蚀:问题,规范要求,研究和解决方案沿海环境的腐蚀甲板紧固件 - 甲板板到框架附件这篇文章将探讨我们希望的几个资源,使您能够做出关于哪种类型的压力处理的阻燃处理木材(FRTW),可以选择与钢紧固件和连接器一起使用。

一个因素促成这些问题的频率是目前正在建造的建筑物的高度增加。随着高度增加,对于防火等级提高的要求。为了满足最低耐火等级更高的建筑,建筑规范要求的外墙不燃结构。作为例外,使用不燃结构,2015年国际建筑规范(IBC®)段602.3允许与IBC部分2303.2使用阻燃木结构有关的。这允许使用这里原本所需不燃材料木结构建筑。

在2009年IBC中,对第2304.9.5节“防腐处理和阻燃处理木材中的紧固件”进行了修订,以包括许多小节(2304.9.5.1至2304.9.5.4)在各种类型的环境应用中处理这些木材处理。第2304.9.5.3节讨论了FRTW在外部应用或潮湿或潮湿位置的使用,第2304.9.5.4节讨论了FRTW在内部应用。这些章节转入2012年IBC,并在2015年IBC中移至第2304.10.5节。列出了FRTW在规范内的其他各节中。有关规范内FRTW的更多信息(例如,强度调整、测试、木结构面板、含水量),请参阅西部木材保护协会有几个文件咨询:2009年IBC文件2013年CBC文件.他们还与各种木材协会有许多不同的联系。

如下图1所示,与FRTW一起使用的紧固件(包括螺母和垫圈)在外部条件下或木材的使用条件可能包括潮湿或潮湿位置时,需要使用热浸镀锌镀锌钢、不锈钢、硅青铜或铜。本节不允许使用其他紧固件(不包括钉子、木螺钉、木铆钉和拉力螺钉)应至少按照ASTM B 695 55级进行机械镀锌。如图2所示,紧固件(包括螺母和垫圈)在室内条件下与FRTW一起使用需要符合制造商的建议,或者,如果没有建议,则应符合2304.9.5.3的要求。

Figure 1:  Section 2304.9.5.3 of the 2012 IBC (Source ICC)
图1:2012 IBC第2304.9.5.3(来源ICC)
图2:2012年IBC第2304.9.5.4节(来源ICC)
图2:2012年IBC第2304.9.5.4节(来源ICC)

在III型建筑中,外墙可能是FRTW,根据2012 IBC第602.3节,一个经常出现的问题是,定义的“外墙”是否应符合第2304.9.5.3节或2304.9.5.4节。虽然在这一点上有许多不同的观点,但我们在Simpson Strong-Tie的意见是,第2304.9.5.4节将适用于外墙。万搏manbext手机注册由于建筑围护结构的外部饰面旨在保护空腔内的木材和构件免受外部因素(如雨水或湿气)的影响,墙壁内部将是干燥的。

目前市场上许多FRTW的产品选择;看看美国木材理事会的处理器.不同于防腐剂处理的木材行业,然而,FRTW行业涉及专利配方和保留期限。其结果是,辛普森强领带还没万搏manbext手机注册有评估FRTW产品。在我们当前的连接器和紧固件目录,C-C-2015木连接器施工C-F-14紧固系统您将找到一个新修改的腐蚀电阻分类图表,如下图3所示,可以在每个目录中的第15页上找到。FRTW分类已添加到最后一列中的图表中。各种环境应用中FRTW的腐蚀保护建议设定为中等或高,对应于连接器和紧固件的许多选项,如腐蚀电阻推荐图表所示,如图4所示。这些一般指南建议设置为这些级别有两个原因:(1)市场上有未知的化学品变化,(2)SIMPSON强连接尚未对这些处理过的木材部件进行测试。万搏manbext手机注册

图3:辛普森斯特朗-万搏manbext手机注册铁耐蚀性分类图表
图3:辛普森斯特朗-万搏manbext手机注册铁耐蚀性分类图表
图4:辛普森斯特朗-万搏manbext手机注册铁耐蚀性的建议表
图4:辛普森斯特朗-万搏manbext手机注册铁耐蚀性的建议表

以上信息并不是唯一现成的信息。可以对FRTW进行许多不同的测试,如西部木材保护协会的文件.一种这种腐蚀的测试是军事规范MIL-1914E,其涉及木材和胶合板。另一个是AWPA E12-08,确定与经处理的木材接触的金属腐蚀的标准方法。申请和接受ICC-ES评估报告的FRTW产品的制造商必须提交其特定化学品的测试结果,以与各种类型的钢接触。ICC-ES验收标准66(AC66),阻燃处理木材的验收标准要求申请人提交有关与金属接触的FRTW产品的信息。结果是在每个制造商的评估报告(通常第3.4节)中发布的一节,该部分解决了与金属接触的产品。许多公布的报告含有类似的语言,例如“铝,碳钢,镀锌钢,铜或红色黄铜与木材的腐蚀速率没有增加(制造商名称)当产品按照制造商的建议使用时进行防火处理。”结构工程师应检查建筑师对这种材料的规范。还应检查产品评估报告,以确保适当规格的五金和紧固件涂层,以防止腐蚀。每个评估报告还包含适用的强度调整因子,这些因子因产品而异。

选择适当的FRTW产品用于您的建筑物是至关重要的。有许多不同的选项可用。请务必根据已发布的信息选择产品,并将该信息传达给整个设计团队。评估报告是备受信息的伟大来源,因为原子能机构审查了对制造商的独立目睹测试。最后,了解FRTW化学品及其行为与其他建筑产品接触时会确保您的结构的预期性能。

你对FRTW有什么经验?您在施工文件中提供的最低建议是什么?

但我不设计冷弯型钢...

在我职业生涯的上半年,我的冷成型钢(CFS)的经验包括针对非结构墙的尺寸和红色标记建筑计划的支撑细节。当DOTCOM泡沫爆发时,我的公司需要将其重点从高科技商业和工业转移到更加多型设计工作。我们使用CFS建造的几个开发人员,因此除了设计公寓而不是洁净室,我还在设计CFS。

较少的工程师超过10%有任何接触CFS设计的本科教育的一部分。OK - 所以这是基于对约50同事的非正式调查,但我怀疑如果我聘请了很多钱市场研究公司,我几乎得到同样的答复。

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