彈性規(guī)劃是可持續(xù)發(fā)展的一部分,其中重點(diǎn)是人類健康、安全和福祉,并提供資源保護(hù)。雖然彈性的定義多種多樣,但它們都描述了在自然和人為事件中,抵抗或提供快速恢復(fù)的能力,這些事件超出某種系統(tǒng)或材料正常需求水平。
彈性規(guī)劃需要對潛在個(gè)體和組合威脅進(jìn)行評估——例如地震事件可能引發(fā)海嘯或火災(zāi)。彈性材料和系統(tǒng)能保護(hù)人身安全并縮短恢復(fù)時(shí)間。選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾拖到y(tǒng)至關(guān)重要,含鎳不銹鋼有助于提高設(shè)計(jì)的可持續(xù)性和靈活性。
耐腐蝕性
耐腐蝕性對于系統(tǒng)性能至關(guān)重要。設(shè)計(jì)用于抵御地震、爆炸、意外沖擊或提供防火屏障的新材料或系統(tǒng)可能會在部件腐蝕后失效。
澳大利亞研究人員發(fā)現(xiàn),地震后海濱擋墻中的鍍鋅碳鋼錨碇因腐蝕而失效,導(dǎo)致?lián)鯄Υ竺娣e垮塌,從而開始規(guī)定使用不銹鋼圬工錨碇。彈性規(guī)劃需要使用多年后仍能達(dá)到設(shè)計(jì)功能的材料。
海濱防洪堤系統(tǒng)必須能承受多年直接暴露于微咸水或鹽水和沖擊的影響。紐約市曼哈頓島上的到南渡口地鐵站的新入口選用了高耐腐蝕性和高強(qiáng)度雙相2205型(UNS S32205)不銹鋼,能夠經(jīng)受海水的侵蝕和漂浮駁船等其他物體的沖擊。這些最近完工的可密封防水結(jié)構(gòu)可以防止地鐵系統(tǒng)發(fā)生滲水,例如在2012年桑迪颶風(fēng)期間發(fā)生的情況。
可持續(xù)性、彈性和安全性
不銹鋼使用壽命長、維護(hù)要求低和可循環(huán)利用程度高,通過滿足“目前的需求而不影響子孫后代滿足他們自身需求的能力”,有助于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。不銹鋼的沖擊韌性、強(qiáng)度、耐腐蝕性、抗震性能、耐火性、抗強(qiáng)風(fēng)性及其他特性,使之成為適用于苛刻環(huán)境中安全材料。
抗沖擊性、防爆性和抗應(yīng)力性
不銹鋼在抗震、抗沖擊和防爆結(jié)構(gòu)中的設(shè)計(jì)指南是基于對奧氏體和雙相不銹鋼近30年的研究。不銹鋼高強(qiáng)度、良好能量吸收特性和高延展性的組合意味著這種材料在這些不利條件下具有優(yōu)良的性能。不同材料在載荷下的表現(xiàn)不同。
建筑構(gòu)件(如屋頂或結(jié)構(gòu))抗風(fēng)載荷的能力在整體上與其設(shè)計(jì)、耐腐蝕性、強(qiáng)度和在循環(huán)載荷下的性能及抗風(fēng)吹沖擊損傷能力密切相關(guān)。這些都是經(jīng)過測試和量化的已知指標(biāo),可以用于彈性規(guī)劃。不銹鋼的特性說明了其優(yōu)良性能。
達(dá)到失效點(diǎn)時(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線下方的面積與金屬可直接吸收的能量成正比。如圖1所示,雙相和奧氏體不銹鋼曲線下方的面積顯著大于碳鋼和鋁曲線下方的面積,表明了不銹鋼抵抗高水平?jīng)_擊、爆炸和應(yīng)力的卓越能力。
這種性能對于安全屏障、混凝土加固橋墩、防塌墻和海堤、公路護(hù)欄以及多種其他重要的安全相關(guān)應(yīng)用而言至關(guān)重要。
安防和安全
恐怖事件和工業(yè)事故會造成爆炸及其他大沖擊力的風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)構(gòu)焊接奧氏體和雙相不銹鋼在高溫下具有優(yōu)良的沖擊韌性。特別是奧氏體不銹鋼在低溫下仍保持著較高的沖擊韌性,并且在這類應(yīng)用中的表現(xiàn)顯著優(yōu)于碳鋼。在大多數(shù)情況下,它們受到?jīng)_擊時(shí)會彎曲和變形,但不會發(fā)生剪切或斷裂。圖2示出從環(huán)境溫度到極低溫度范圍內(nèi)四個(gè)不銹鋼系列的焊接沖擊韌性。
強(qiáng)度和剛性
304/304L型(S30400/S30403)和316/316L型(S31600/S31603)奧氏體不銹鋼以及2101型(S32101)、2304型(S32304)和2205型(S32205)不銹鋼的防火性能已得到廣泛研究。圖3是高溫下不銹鋼、碳鋼與鋁剛度保持性能的比較。圖4是不銹鋼、碳鋼與鋁強(qiáng)度保持系數(shù)的比較。在800℃的溫度下,含鎳和含鉬的奧氏體不銹鋼的剛度保持性能是碳鋼的六倍。奧氏體不銹鋼還能在600℃以上的溫度下,具備極佳的強(qiáng)度保持系數(shù)。
如果同時(shí)考慮這兩個(gè)因素,不銹鋼立柱和橫梁在火災(zāi)中的總體表現(xiàn)較佳。在板材和帶材應(yīng)用中,鋁、銅及其他低熔點(diǎn)材料會很快失效,作為安全欄護(hù),遠(yuǎn)不如不銹鋼。
在建筑物壽命期內(nèi)的彈性和安全性設(shè)計(jì)中,需要了解材料安裝多年后在極端情形下的表現(xiàn)。含鎳不銹鋼能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)高彈性和可持續(xù)性的目標(biāo)。
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