Panoramica
In questa versione di Industry Insights, abbiamo intervistato Gordon W. Bartlett, Strutturale, Ingegnere petrolifero e CEO di G.W.Bartlett and Associates LLC. Gordon ha una vasta esperienza con i materiali, quindi è in grado di parlare abbastanza bene sull'idea di "Tecnologia leggeraogia" (LWT) come si riferisce agli elementi strutturali e al design. questo Q&A metterà in mostra la sua esperienza e si tufferà nel cosa e nel perché della tecnologia Light Weight.
Gordon Bartlett
CEO di G.W.Bartlett and Associates
Gordon esemplifica la dedizione all'istruzione: ha un B.Sc in Ingegneria Chimica e Ph.D. in Ingegneria del petrolio concentrandosi sulla dinamica strutturale della produzione di petrolio greggio. È un professore in pensione di ingegneria chimica e petrolifera e ha oltre 40 pubblicazioni internazionali sull'argomento. Professionalmente, Gordon era un ex ingegnere di produzione di petrolio greggio, un consulente di ricerca, nonché Consulente Energetico Capo del governo di Trinidad e Tobago.
Il suo obiettivo è stato lo sviluppo di LWT per la costruzione di magazzini e produzione. Questo gli ha permesso di progettare e fornire alloggi a prezzi accessibili per le famiglie a basso reddito nei Caraibi.
Nozioni di base sulla tecnologia del peso leggero
Q: Cosa significa tecnologia leggera??
A: Il nostro significato di "Tecnologia leggera" è una tecnologia o un ramo all'interno dell'ingegneria strutturale che utilizza qualsiasi sezione o sistema in acciaio che possa raggiungere una resistenza strutturale pari a quella del tradizionale sezioni in acciaio con un corrispondente diminuzione di peso superiore a 50 per cento. Va notato che attualmente, ogni tipo di sezione dei sistemi tradizionali in acciaio (per esempio. H,I,Sezioni L e T) è più che 500% più pesante di ogni membro della sezione LWT per una data superficie specifica, consentendo così una logistica di movimentazione notevolmente migliorata durante le operazioni sul campo.
Ad esempio utilizzando una combinazione di due sezioni C-Purlin ciascuna avente un peso di 3.93 libbre/piedi lineari, è possibile costruire un sistema di sezioni avente una resistenza alla flessione uguale a quella di una tradizionale sezione a I di peso di 25.4 libbre/piedi lineari..
Q: In che modo l'industria sta attualmente utilizzando LWT?
A: Una revisione della letteratura sui materiali di ingegneria indica che questi materiali LW vengono utilizzati nel settore delle costruzioni come materiali di supporto strutturale, per controventatura a parete (borchie), supporti per coperture (travi) insieme all'uso limitato tra le tradizionali sezioni di acciaio pesante e/o cemento armato in strutture già esistenti per riparazioni che richiedono un'integrità strutturale bassa o nulla.
Più comunemente, Le sezioni LW sono state utilizzate come elementi singoli solo per il supporto di sezioni ad alta capacità strutturale e non sono state strutturalmente combinate o fabbricate per specifiche attività di costruzione che richiedono una maggiore integrità strutturale rispetto a quella per cui sono state progettate.
È importante notare quindi, che gli elementi LW non sono stati utilizzati per sostituire ampie sezioni della flangia o travi a S ma più come elementi secondari che supportano e/o distribuiscono i carichi agli elementi portanti primari strutturalmente più dominanti.
Costruzione della casa sull'albero in cima alla montagna utilizzando interamente LWT. Disegno di trave/colonna/fazzoletto del tetto mostrato a destra
Riflessioni sullo stato attuale e futuro del settore
Q: Dove vedi che questo settore unico andrà nel prossimo? 5 anni?
A: Nei prossimi cinque anni il settore sarà trainato dal mercato delle abitazioni a basso costo, edilizia commerciale e industriale. Di conseguenza, dove C-arcarecci (la sezione primaria utilizzata per la fabbricazione in loco di colonne a sezione I e H, pile e travi) ora varia tra 1.2 e 1,5 mm di spessore, l'industria si muoverà per aumentare lo spessore fino a 2,5 mm e oltre. Oltre a C e Z- arcarecci, i produttori di arcarecci aggiungeranno più forme geometriche alla loro linea per migliorare le proprietà di inerzia dell'area.
Man mano che si verificano questi miglioramenti, la capacità portante strutturale di questi membri dovrebbe aumentare, consentendo così all'industria di sostituire le sezioni tradizionali più costose con sezioni LW a basso costo. L'effetto complessivo dovrebbe ridurre i costi di costruzione e far sì che i progetti di costruzione precedentemente ritenuti antieconomici si avventurassero come un'impresa economicamente sostenibile..
Per esempio: Un Io raggio fabbricato in loco senza saldatura utilizzando arcarecci a C in acciaio di 2,5 mm di spessore avrà quindi un secondo momento di inerzia uguale a quello di una sezione di acciaio pesante comparabile e avrà un risparmio di peso di quasi 200%.
L'effetto di questi sforzi si spera possa dare origine all'espansione del settore nei prossimi cinque anni.
Q: Quali tecniche utilizzano gli ingegneri per progettare queste sezioni LWT?
A: Subito, le capacità di ricerca di SkyCiv vengono messe a fuoco, per cui l'ingegnere può manovrare la geometria e l'orientamento degli assi di un singolo arcareccio rispetto ad un altro e indagare sugli effetti risultanti di queste modifiche. così, nella progettazione di una singola sezione a I dalla combinazione di 2 arcarecci a C simili o dissimili, o una sezione reticolare dalla combinazione di un numero di C-arcarecci, l'ingegnere può studiare gli effetti del cambiamento delle specifiche della sezione LW e delle condizioni ambientali (vento, pioggia, neve, terremoto ecc.) sul momento dell'area, portante, deflessione e momento flettente.
I rapporti della piattaforma SkyCiv generati da queste analisi alla fine dirigeranno la fabbricazione in loco per la personalizzazione dei membri della sezione LW. Il passaggio finale di questa serie di calcoli dalla piattaforma SkyCiv è ottimizzare il peso rispetto all'integrità strutturale di ciascun membro della sezione, minimizzando così il costo di costruzione attraverso la riduzione di $/lb. di acciaio utilizzato nel processo di costruzione.
Q: I componenti LW sono realizzati con materiali speciali?? Questi materiali sono facilmente disponibili??
A: La buona notizia è che questi componenti LW non sono realizzati con materiali speciali. Lamiere standard zincate a caldo a basso tenore di carbonio di spessore variabile tra 1.2 a 1,5 mm sono formati in componenti LW utilizzando il processo di formatura a freddo nella maggior parte dei casi . Questi processi di formatura sono ben consolidati e i codici per i collegamenti a vite e bulloni standard sono ben documentati nella letteratura di ingegneria strutturale.
L'acciaio a basso tenore di carbonio è attualmente facilmente disponibile in tutti i paesi che acquistano direttamente dai principali fornitori di acciaio del mondo (statunitensi, Brasile, India e Cina).
Fronte oceano di lusso a due piani in costruzione utilizzando 100% LWT; Connessioni uniche pila/colonna/trave solaio mostrate a destra
Quali sono i pro e i contro di LWT?
Q: Altro che riduzione di peso, quali sono alcuni dei lati positivi dell'innovazione LWT?
La maggior parte degli aspetti positivi di questa innovazione sono racchiusi nel tema principale della Light Weight Technology. Tuttavia, alcuni importanti vantaggi indiretti includono:
- La logistica di trasporto e movimentazione di questi materiali da costruzione è notevolmente ridotta e può essere gestita dal lavoro manuale anziché da macchinari pesanti.
- I maggiori risparmi sui costi derivanti dall'utilizzo di questa innovazione hanno portato al riavvio di progetti di costruzione precedentemente antieconomici come generatori di occupazione economicamente sostenibili, specialmente a livello di manodopera da bassa a non qualificata.
- Un notevole effetto collaterale di ciò è che il potenziale per l'occupazione della manodopera è migliorato soprattutto nelle economie depresse dove c'è una grande offerta di manodopera da bassa a non qualificata. Ciò può avere un impatto formidabile sull'allentamento delle crescenti statistiche sulla disoccupazione nel settore delle costruzioni in un posto- Era COVID in cui il FMI nel suo ultimo rapporto su America Latina e Caraibi ha affermato che per queste regioni del mondo il reddito reale e l'occupazione diminuiranno fino a quando 2025, più di qualsiasi altra regione. Inviare 2025, l'occupazione aumenterà marginalmente a meno che non vi siano sforzi vigorosi da parte dei leader mondiali per impedirlo. L'ingegneria strutturale tramite LWT è quindi un ovvio contributo.
- Questa innovazione LWT ha già iniziato a causare un aumento dei progetti fai-da-te domestici e agricoli. Aggiunte, le sostituzioni e le riparazioni sono in aumento con un corrispondente aumento della domanda di elementi strutturali leggeri.
- Dove la sicurezza è sempre la principale preoccupazione in qualsiasi cantiere, incidenti che comportano perdita di tempo, gli infortuni e persino i decessi diminuiranno con l'aumento dell'uso di materiali da costruzione più leggeri. Infatti, Le statistiche OSHA indicano che 20% di tutti i decessi dei lavoratori sono nel settore edile e di quella cifra 28% è causato da: io) essere colpiti o inchiodati sotto acciaio pesante e ii) essere schiacciato da o tra acciaio pesante. LWT può fare la sua parte nel ridurre queste cifre.
Q: Ci sono degli svantaggi in queste sezioni leggere??
- La prima limitazione è l'attuale capacità di sottoporsi a costruzioni su larga scala che coinvolgono grandi carichi vivi e morti. Ad esempio strutture a molti piani superiori a 5 piani, la costruzione di navi industriali e i ponti a lunga campata sono ovvie limitazioni.
- Attualmente i codici per l'uso di LWT sono limitati o non disponibili nella più ampia letteratura di ingegneria strutturale poiché il suo uso non è stato ben o completamente stabilito. Con il tempo e l'uso continuato l'industria svilupperà tale.
- I pacchetti software per il suo utilizzo non sono ancora stati sviluppati poiché la tecnologia è guidata da progetti personalizzati per progetti specifici. L'analisi dell'integrità strutturale degli elementi della trave per le geometrie personalizzate richiede i primi principi ingegneristici che ora sono raggiunti dai modelli matematici molto noiosi per ciascun elemento della sezione che di solito non è standard. I pacchetti informatici per assistere nella progettazione sono quindi in ritardo rispetto all'uso della tecnologia.
Collina Cottage che utilizza LWT; Tetto a capanna Design a traliccio a sinistra
Quale diresti è l'impatto complessivo di LWT sull'industria dell'ingegneria strutturale?
Questa tecnologia utilizza essenzialmente sezioni in acciaio leggero per ottenere una capacità portante di gran lunga superiore a quella per cui sono state progettate. Ciò ha permesso all'industria di estendere l'uso di queste sezioni dal suo ruolo originario di fornire supporto alle sezioni in cemento armato e tradizionali alla creazione di sezioni combinate leggere in grado di fornire strutture autonome a costi notevolmente ridotti. Questo ha avuto un impatto importante sul settore.
Indagando criticamente il parametro intrinseco della superficie per unità di peso delle sezioni in acciaio, l'industria SE può espandere l'uso di parametri di progettazione come Ixx, Iyy e Izz per ottenere sezioni combinate LW con la capacità strutturale di sopportare carichi molto maggiori con una stabilità strutturale corrispondentemente maggiore.
I produttori di arcarecci stanno quindi ampliando i propri strumenti per fornire al mercato dell'ingegneria strutturale arcarecci di maggiore spessore e geometrie variabili per ridurre la quantità di fabbricazione in loco richiesta per i progetti di sezioni personalizzate.
