針對(duì)拓展設(shè)備訓(xùn)練器材所用鋼管的選型建議
關(guān)鍵詞：拓展設(shè)備訓(xùn)練器材 直縫焊管 鋼管結(jié)構(gòu) 應(yīng)用
摘要：文章比較了無(wú)縫管、直縫焊管和螺焊管的各自優(yōu)缺點(diǎn)，提出了拓展設(shè)備訓(xùn)練器材用鋼管的選型建議，綜述了國(guó)內(nèi)外鋼管結(jié)構(gòu)的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了直縫焊管在拓展設(shè)備訓(xùn)練器材中的應(yīng)用前景。
1.前言
拓展設(shè)備訓(xùn)練器材的鋼結(jié)構(gòu)部分直接關(guān)系到訓(xùn)練者的生命安全，拓展設(shè)備訓(xùn)練高空項(xiàng)目一般都在高達(dá)十米的空中進(jìn)行攀爬、行走、跳躍等劇烈運(yùn)動(dòng)，因?yàn)閷?duì)拓展設(shè)備訓(xùn)練器材鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求高。我們根據(jù)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算出拓展設(shè)備訓(xùn)練器材鋼結(jié)構(gòu)力學(xué)理論強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)最低要求數(shù)據(jù)：
1主立管抗力1T以上
2上方鋼絲繩拉力1T以上，接點(diǎn)抗拉力500KG以上。
3花藍(lán)抗拉力500KG以上。
4斜拉線抗拉力500KG以上。
5腳登架承重200KG以上。
6踏步承重200KG以上。
7所有木板承重200KG以上。
8所有施工過(guò)程中使用的鋼鏈及節(jié)點(diǎn)零部件承重標(biāo)準(zhǔn)在500KG以上。
我們知道鋼管因價(jià)格便宜，易于購(gòu)買、便于生產(chǎn)加工等，是目前拓展設(shè)備訓(xùn)練器材生產(chǎn)最常見(jiàn)的型材，因此鋼管種類的選擇及材料力學(xué)計(jì)算尤為重要。
2.鋼管的分類及特點(diǎn)
2.1 鋼管的分類
目前鋼管可按軋制工藝、是否有縫以及截面形狀等方法進(jìn)行分類。按軋制工藝分類，鋼管可分為熱軋鋼管和冷軋鋼管；按鋼管是否有縫分類，鋼管分為無(wú)縫鋼管和焊接鋼管，其中常用焊接鋼管按焊縫種類又可分為高頻焊管、直縫埋弧焊管、螺旋埋弧焊管等3種；按截面形狀分類，鋼管可分為圓管和方矩形管。
2.2 幾種鋼管的比較和選型
無(wú)縫鋼管:無(wú)縫鋼管的壁厚可以較厚，但生產(chǎn)成本高，而且管徑也受到一定程度的限制，用于拓展設(shè)備訓(xùn)練器材生產(chǎn)的市場(chǎng)前景不大。
高頻焊鋼管：高頻焊管管形好，壁厚均勻，焊接產(chǎn)生的內(nèi)外毛刺通過(guò)相應(yīng)刀具刮平，在線通過(guò)無(wú)損檢測(cè)嚴(yán)格控制焊縫質(zhì)量，自動(dòng)化程度很高，生產(chǎn)成本低廉，但壁厚相對(duì)較薄，管徑相對(duì)較小，壁厚一般不超過(guò)10mm，管徑一般不超過(guò)16”，在拓展設(shè)備訓(xùn)練器材鋼結(jié)構(gòu)中特別適合制作橫桿架結(jié)構(gòu)，無(wú)法作為主材料使用。
直縫埋弧焊管：采用雙面埋弧焊焊接工藝，在靜態(tài)條件下焊接，焊縫質(zhì)量高，焊縫短，產(chǎn)生缺陷的幾率很小，鋼管通過(guò)全長(zhǎng)機(jī)械或水壓擴(kuò)徑，管形好，尺寸精確，鋼管壁厚范圍和管徑范圍較寬，管徑范圍可達(dá)16”～72”，壁厚范圍可達(dá)6.0mm～60mm，自動(dòng)化程度較高，相對(duì)于無(wú)縫鋼管，生產(chǎn)成本較低，適合制作拓展設(shè)備訓(xùn)練平臺(tái)等鋼結(jié)構(gòu)承載用立柱、超大跨度拓展設(shè)備訓(xùn)練結(jié)構(gòu)以及要求抗風(fēng)抗震的塔桅結(jié)構(gòu)。
螺旋埋弧焊管：焊縫呈螺旋線分布，焊縫長(zhǎng)，制管時(shí)邊成型邊焊接，處于動(dòng)態(tài)條件下焊接，焊接應(yīng)力大，產(chǎn)生缺陷的幾率很大，且具有延遲性，其抗彎、抗壓和抗扭性能不如直縫埋弧焊管，同時(shí)由于焊接位置限制，產(chǎn)生的馬鞍形和魚(yú)脊形焊縫，影響美觀，另外施工過(guò)程中，螺旋焊母管節(jié)點(diǎn)處的相貫線焊縫割裂了螺旋縫，產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力，因而大大削弱構(gòu)件的安全性能，因此在拓展設(shè)備訓(xùn)練器材鋼結(jié)構(gòu)不宜使用螺旋埋弧焊管。
2.3 鋼管結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)
近年來(lái)拓展設(shè)備訓(xùn)練器材主材料選用鋼管結(jié)構(gòu)之所以倍受人們親睞，和鋼管本身具有的優(yōu)異特性分不開(kāi)，大致可歸納如下：
1) 截面具有雙軸對(duì)稱、截面形心和剪心重合等特點(diǎn)，截面慣性矩對(duì)各軸相同，作為受彎和受壓構(gòu)件的優(yōu)勢(shì)突出。
2) 截面閉合，抗扭剛度大、板件局部穩(wěn)定好。尤其是圓管截面，抵抗扭轉(zhuǎn)特別有效。
3）外觀簡(jiǎn)捷、平滑，桿件可直接焊接于同一點(diǎn)，可不用節(jié)點(diǎn)板，以節(jié)省鋼材。
4）相比開(kāi)口截面而言，截面具有表面平整、無(wú)死角以及外表面積小等特點(diǎn)，有利于節(jié)省防腐和防火涂料，也便于除塵。
5）鋼管截面的風(fēng)阻力系數(shù)小，當(dāng)暴露在流體（如風(fēng)、水流）中時(shí)有著顯著的優(yōu)點(diǎn)。
4.直縫焊管在拓展設(shè)備訓(xùn)練器材中應(yīng)用現(xiàn)狀及前景
目前，在拓展設(shè)備訓(xùn)練器材主管材料常用規(guī)格有Φ140、Φ165、Φ180、Φ219等，其鋼管承壓值＝（抗拉強(qiáng)度×管壁厚×2）/管內(nèi)徑,因此管內(nèi)徑越小，鋼管承壓值越大，因此，決定鋼管承壓值的關(guān)鍵因素是，管壁厚。由于在可用于拓展設(shè)備訓(xùn)練器材鋼管種類上，只存在無(wú)縫管、直縫焊管兩種規(guī)格可選用，但無(wú)縫管無(wú)法做到大直徑，所以選用大直徑管材直縫焊管最為合適。
5.結(jié)語(yǔ)及建議
以鋼管結(jié)構(gòu)為主的拓展設(shè)備訓(xùn)練器材，是近年來(lái)一種新型的戶外運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，具有廣闊的應(yīng)用前景，為從事拓展設(shè)備訓(xùn)練器材研發(fā)企業(yè)的發(fā)展提供了新的機(jī)遇，但在目前的推廣應(yīng)用中仍然有諸多的不利因素，需要用戶、設(shè)計(jì)單位、行業(yè)協(xié)會(huì)與生產(chǎn)廠家多方共同推動(dòng)：
1）已有的規(guī)范有待進(jìn)一步完善。例如規(guī)范冷成型方管中截面圓角效應(yīng)對(duì)承載力的影響；實(shí)際工程中，交錯(cuò)焊縫的影響；殘余應(yīng)力、疲勞破壞和節(jié)點(diǎn)的剛度問(wèn)題等需進(jìn)一步規(guī)范和完善。
2）應(yīng)盡早制訂相關(guān)拓展設(shè)備訓(xùn)練器材鋼管結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)施工規(guī)程、規(guī)范。直縫焊管生產(chǎn)成本低、價(jià)格較合理，且冷彎加工后冷作硬化鋼材強(qiáng)度提高，具有廣闊的應(yīng)用前景。螺旋焊管本身存在著較嚴(yán)重的質(zhì)量隱患，不太安全，在鋼管結(jié)構(gòu)中不宜使用，而無(wú)縫鋼管的生產(chǎn)成本較高，市場(chǎng)的應(yīng)用前景不大。
3）拓展設(shè)備訓(xùn)練器材的鋼管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可考慮采用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼或高鋼級(jí)管線鋼，對(duì)降低工程造價(jià)應(yīng)該大有幫助。
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