מבוא למבנה פלדה - תכנון ובנייה של מסבך צינורות (הצורה המבנית של גאו דאשאנג)

1. מבני מסבך צינורות (הידועים גם כמבני מסבך צינורות פלדה, מסבכי צינורות או מבני צינור) מחולקים למערכות מסבך מישוריות או מרחביות.

ההבדל ממסבכים כלליים טמון באופן שבו הם מחברים צמתים. מבנה הרשת מאמץ צמתים כדוריים מוברגים או כדורים חלולים, בעוד שמבנה מסבך הצינור מאמץ צמתים מצטלבים המרותכים ישירות עם צינורות פלדה (צינורות פלדה עגולים או צינורות פלדה מרובעים) בצמתים.

למבנה מסבך הצינור יש את היתרונות של צורת צומת פשוטה, מראה פשוט ואלגנטי. בינתיים, בשל השימוש בריתוך צולב, הוא מועיל גם למניעת חלודה ותחזוקת הניקיון. עם זאת, לריתוך צולב יש דרישות מסוימות לציוד תהליך ועיבוד, כך שיש גם כמה מגבלות למבנה מסבך הצינור:

1) יש לתכנן את כיוון המיתר של צמתים מצטלבים כך שיהיו עקביים ככל האפשר עם הקוטר החיצוני של צינור הפלדה. עבור חברים עם כוחות פנימיים שונים, לרוב משתמשים באותו קוטר חיצוני של צינור הפלדה ועובי דופן שונים. עובי הדופן לא צריך להשתנות יותר מדי, אחרת כמות השחבור בין צינורות פלדה גדולה מדי. לכן לא ניתן לנצל את חוזק החומר במלואו, מה שמגדיל את כמות הפלדה בשימוש. זו אחת הסיבות מדוע מבני מסבך צינורות משתמשים לעתים קרובות יותר בפלדה מאשר במבני רשת.

2) העיבוד והפריסה של צמתים מצטלבים הם מורכבים, והחריצים בקווים המצטלבים משתנים, מה שמקשה על חיתוך ידני, ובכך דורש דרישות מכניות גבוהות.

3) מבני מסבך הצינור הם כולם צמתים מרותכים, הדורשים שליטה על כיווץ ריתוך ודרישות איכות ריתוך גבוהות. יתר על כן, כולם מרותכים באתר, וכתוצאה מכך עומס ריתוך גדול.

עם הפיתוח של טכנולוגיית חיתוך CNC רב מימדית, התגברו על כמה קשיים בעיבוד מבני מסבך צינורות. נכון לעכשיו, כמה ארגונים מקומיים התקינו טכנולוגיה זו, מה שמאפשר להשתמש במבני מסבך צינור מצטלבים בהנדסה מעשית.

מבנה מסבך הצינור צריך לאמץ צורת מסבך מרחבית בחתך רוחב, המורכב מאקורד עליון, מיתר תחתון ואיבר רשת (איור 2). איבר האקורד נקרא גם הצינור הראשי, ואיבר הרשת נקרא צינור הענף. הצינור הראשי הינו בעל קוטר עבה ומחובר, דבר הנוח להצטלבות וריתוך צינורות הענפים. יש לבחור באופן סביר את פריסת המסבך, הרוחב והגובה כדי להימנע ככל האפשר של קווי ריתוך מתנגשים בין צינורות ענפים סמוכים. ניתן לצייד את מבנה אגירת הפחם במספר מסבכי צינור תלת מימדיים כפי שמוצג באיור 2(א), ומוטות חיבור ותמיכת נטויה יוגדרו בין כל מסבך

המודל המשמש בחישוב וניתוח של מבני מסבך צינור קשור בעיקר לקשיחות של צמתים. ישנם שלושה מודלים של ניתוח המבוססים על רגע הכיפוף בקצה המוט וגודל הקשיחות של הצומת:

① בהנחה שכל החברים הם צירים;

② בהנחה שכל האיברים קשיחים ונחשבים כאלמנטים קרן;

③ בהנחה שהצינור הראשי הוא אלמנט קרן המחובר בקשיחות, צינור הענף תלוי בצירים לצינור הראשי, וצינור הענף נושא רק כוח צירי.

2. צמתי מבנה מסבך צינור פלדה
עבור מבני מסבך צינור פלדה, יש להשתמש בצמתים מיוחדים של מסבך צינורות. צומת מסבך הצינור המוזכר כאן אינו דורש לוחות צומת, כדורים חלולים או חיבורי ברגים. במקום זאת, הכוונה היא לצינורות פלדה (צינורות פלדה עגולים או צינורות פלדה מרובעים) המצטלבים ישירות ומורתכים בצומת המצטלב. רק שני צינורות ראשיים על אותו ציר מחוברים, והאיברים הנותרים (כלומר צינורות ענפים) מעובדים דרך הקו המצטלב הקצה ומולחמים ישירות למשטח החיצוני של האיבר המעבר (כלומר צינור ראשי); לאברים שאינם חודרים עשויים להיות פערים מסוימים (צמתים מסוג פער) או חפיפה חלקית (צמתים מסוג הקפה) במיקום הצומת.
הצורה של צמתים מצטלבים קשורה למספר האיברים המחוברים. כאשר חבר האינטרנט ואיבר האקורד נמצאים באותו מישור, זהו צומת מישור אחד. כאשר חבר האינטרנט ואיבר האקורד אינם באותו מישור, זהו צומת רב ​​מישוריים.

ניקח את מבנה המסבך שבו הצינורות הראשיים והענפים הם שניהם צינורות עגולים המצטלבים כדוגמה

חיתוך קווי חיתוך נחשב בעבר לתהליך ייצור קשה, שכן מספר, זווית וגודל של צינורות פלדה מצטלבים השתנו, וכתוצאה מכך נוצרו צורות שונות של קווי חיתוך וקושי בטיפול בחריצים, מה שהופך אותו למאתגר עוד יותר במבני מסבך מרחביים. אבל עם הפיתוח של טכנולוגיית חיתוך CNC רב מימדית, הקשיים הללו התגברו. נכון לעכשיו, כמה ארגונים מקומיים מצוידים בטכנולוגיה זו, כך שלמבנה מסבך הצינורות יש סיכויי יישום טובים במבנים רחבים.