November 29, 2021

ASTM A1085: Ein Update zu einer klassischen Materialspezifikation

ASTM A500 ist seit den späten 1970er Jahren die bevorzugte Materialspezifikation in den Vereinigten Staaten für kaltgeformte, geschweißte Kohlenstoffstahl-Hohlprofile (HSS). Im April 2013 wurde eine neue Materialspezifikation, ASTM A1085, für Stahlrohre veröffentlicht, die in strukturellen Anwendungen verwendet werden.

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Die Entwicklung von A1085 dauerte ungefähr sechs Jahre und wurde vom HSS-Marketingkomitee des American Institute of Steel Construction (AISC) geleitet. Ziel des Ausschusses, dem auch HSS-Hersteller angehörten, war es, die Effizienz und Leistung der HSS-Mitglieder in drei Hauptbereichen zu verbessern: Material, seismisches Design und Brückendesign.

Traditionell erlaubte ASTM A500 eine Wanddickentoleranz von -10% des angegebenen Wertes. Daher haben die Hersteller Rohre mit einer Konstruktionsdicke von bis zu 10% weniger als der von der Norm geforderten Nenndicke hergestellt. Diese Materialreduzierung führte zu Empfehlungen, die gemeinsam zwischen AISC und dem Steel Tube Institute (STI) abgegeben wurden, was zu Bestimmungen führte (AISC 2010-Spezifikation für Baustahlgebäude ANSI / AISC 360-10, Abschnitt B4.2), die eine Reduzierung der Nenndicke aller HSS-Elemente um 7% für alle HSS-Profilberechnungen vorschreiben. Im Vergleich dazu strafft A1085 die Wanddickentoleranz auf -5% und fügt eine neue Massentoleranz von -3,5% hinzu. Diese engeren Einschränkungen stimmen die HSS-Toleranzen besser mit anderen Strukturelementen ab und machen den Faktor 0,93 in Berechnungen überflüssig. Offensichtlich führen diese Verbesserungen zu effizienteren Designs bei der Verwendung von HSS.

Konstrukteure sind sich bewusst, dass A500 vier verschiedene Stahlsorten für verschiedene HSS-Profilformen enthält, die jeweils unterschiedliche Streck- und Zugfestigkeiten aufweisen. A1085 vereinfacht diese Werte für den Designer erheblich. Die Spezifikation hat eine Sorte und eine Streckgrenze (von 50 ksi) für alle HSS-Formen. Dieser Wert stellt eine Steigerung gegenüber A500 Grade B dar und bietet ein weiteres Einsparpotenzial.

Das Biegen einer flachen Stahlplatte in eine quadratische oder rechteckige Form erfordert eine sorgfältige Beachtung des Radius der Ecken. Eine zu enge Biegung kann zu Rissen führen, die oft erst sichtbar sind, wenn eine Schweißnaht entlang der Ecke des Elements hergestellt wird und extremer Hitze ausgesetzt ist. A500 listet einen maximalen Eckenradius auf, begrenzt jedoch nicht die Biegung mit minimalem Radius, während A1085 aus den oben aufgeführten Gründen sowohl einen minimalen als auch einen maximalen Radius angibt. Für Material, das kleiner als 0 ist.4 Zoll dick, der Eckenradius darf zwischen 1,6 t und 3,0 t liegen. Bei Material mit einer Dicke von mehr als 0,4 Zoll beträgt die untere Grenze des Eckenradius 1,8 t. Die meisten inländischen Hersteller produzieren Rohre mit einem Eckenradius von 2 t. Daher besteht ein geringer Unterschied in der bearbeitbaren flachen Fläche eines Rohrs.

Eine häufige Anwendung von HSS-Stäben ist in einem verspannten Rahmen, um seismischer Belastung zu widerstehen. HSS-Profile werden aufgrund ihrer Effizienz beim Tragen von Zug- und Drucklasten häufig als Abstützelement verwendet. Diese Effizienz hat ihren Preis, wenn ein Gebäude mit einem Widerstandsfaktor (R) von mehr als 3 entworfen wird. Die seismischen Bestimmungen von AISC 360 erfordern, dass sich ein Ingenieur auf die tatsächliche Kapazität eines Elements konzentriert, um den Ausfallmechanismus des Seitenkraftwiderstandssystems zu steuern. Um die tatsächliche Kapazität einer Stahlstrebe zu realisieren, muss ein Konstrukteur die angegebene Streckgrenze mit einem Überspannungsfaktor (Ry) multiplizieren, um die inhärente Überspannung von Stahlelementen zu berücksichtigen. Ry für A500 ist 1,4, während Ry für A992 ist 1,1. Es ist klar, dass der größere Ry zu einer Erhöhung der Kraft um fast 30% führt, die der Konstrukteur berücksichtigen muss. Der hohe Ry für A500 ist auf die hohe Variabilität der akzeptablen Streckgrenze von Rohren zurückzuführen. A1085 spezifiziert eine obere Grenze auf der Streckgrenze von 70 ksi. Mit der Zeit wird diese Obergrenze logischerweise zu einer besseren Vorhersagbarkeit der Materialfestigkeit, einem niedrigeren Ry-Faktor und wirtschaftlicheren seismischen Konstruktionen unter Verwendung von HSS-Elementen führen.

Historisch gesehen wurden HSS-Elemente nicht häufig in Fußgänger- und Fahrzeugbrücken verwendet, aber die Nachfrage, diese architektonisch ansprechenden Formen in Transportstrukturen zu verwenden, hat zugenommen. Laut der American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) ist eine ausreichende Bruchzähigkeit eine Voraussetzung für primäre Brückenmitglieder. Dementsprechend enthält A1085 eine Charpy-V-Kerb-Testanforderung von 25 ft-lb bei 40 ° F. Dies entspricht einer AASHTO-Temperaturzone 2, die in der Mehrheit der Vereinigten Staaten anwendbar ist. Wenn strengere Anforderungen erfüllt werden müssen, trägt A1085 eine Ergänzung, die spezifiziert werden kann. Daher ermöglicht A1085 die Verwendung von HSS-Formen im Transportbereich, indem es die Anforderungen von AASHTO erfüllt.

A1085 ist bereits eine Option für Designer bei der Auswahl eines Materials für das Design in Softwarepaketen. STI war mit den meisten großen Design-Software-Unternehmen in Kontakt, um sie besser über die Feinheiten und Vorteile neuer Spezifikationen aufzuklären. RISA, SCIA Engineer, RAM Structural System und RAM Elements werden die neuen Material- und Profileigenschaften in ihre Updates aufnehmen, die in naher Zukunft veröffentlicht werden, weitere Softwarepakete werden folgen. AISC hat inländische Hersteller zur A1085-Produktion befragt, und die Ergebnisse dieser Umfrage sind auf der AISC-Website verfügbar (www.aisc.org/hss ) zusammen mit Abschnittseigenschaften und Spaltenlasttabellen für A1085. Des Weiteren, Die neuen Abschnittseigenschaften sind auch auf der Website von STI verfügbar (www.steeltubeinstitute.b. org / hss / tech-Broschüren) und alle Fragen zu A1085 können im Kontaktbereich eingereicht werden, um von den technischen Beratern von STI beantwortet zu werden.▪

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