彈性規劃是可持續發展的一部分,其中重點是人類健康、安全和福祉,并提供資源保護。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的能力,這些事件超出某種系統或材料正常需求水平。
彈性規劃需要對潛在個體和組合威脅進行評估——例如地震事件可能引發海嘯或火災。彈性材料和系統能保護人身安全并縮短恢復時間。選擇適當的材料和系統至關重要,含鎳不銹鋼有助于提高設計的可持續性和靈活性。
耐腐蝕性
耐腐蝕性對于系統性能至關重要。設計用于抵御地震、爆炸、意外沖擊或提供防火屏障的新材料或系統可能會在部件腐蝕后失效。
澳大利亞研究人員發現,地震后海濱擋墻中的鍍鋅碳鋼錨碇因腐蝕而失效,導致擋墻大面積垮塌,從而開始規定使用不銹鋼圬工錨碇。彈性規劃需要使用多年后仍能達到設計功能的材料。
海濱防洪堤系統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度雙相2205型(UNS S32205)不銹鋼,能夠經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構可以防止地鐵系統發生滲水,例如在2012年桑迪颶風期間發生的情況。
可持續性、彈性和安全性
不銹鋼使用壽命長、維護要求低和可循環利用程度高,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”,有助于實現可持續發展的目標。不銹鋼的沖擊韌性、強度、耐腐蝕性、抗震性能、耐火性、抗強風性及其他特性,使之成為適用于苛刻環境中安全材料。
抗沖擊性、防爆性和抗應力性
不銹鋼在抗震、抗沖擊和防爆結構中的設計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良的性能。不同材料在載荷下的表現不同。
建筑構件(如屋頂或結構)抗風載荷的能力在整體上與其設計、耐腐蝕性、強度和在循環載荷下的性能及抗風吹沖擊損傷能力密切相關。這些都是經過測試和量化的已知指標,可以用于彈性規劃。不銹鋼的特性說明了其優良性能。
達到失效點時應力-應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沖擊、爆炸和應力的卓越能力。
這種性能對于安全屏障、混凝土加固橋墩、防塌墻和海堤、公路護欄以及多種其他重要的安全相關應用而言至關重要。
安防和安全
恐怖事件和工業事故會造成爆炸及其他大沖擊力的風險。結構焊接奧氏體和雙相不銹鋼在高溫下具有優良的沖擊韌性。特別是奧氏體不銹鋼在低溫下仍保持著較高的沖擊韌性,并且在這類應用中的表現顯著優于碳鋼。在大多數情況下,它們受到沖擊時會彎曲和變形,但不會發生剪切或斷裂。圖2示出從環境溫度到極低溫度范圍內四個不銹鋼系列的焊接沖擊韌性。
強度和剛性
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、碳鋼與鋁強度保持系數的比較。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,具備極佳的強度保持系數。
如果同時考慮這兩個因素,不銹鋼立柱和橫梁在火災中的總體表現較佳。在板材和帶材應用中,鋁、銅及其他低熔點材料會很快失效,作為安全欄護,遠不如不銹鋼。
在建筑物壽命期內的彈性和安全性設計中,需要了解材料安裝多年后在極端情形下的表現。含鎳不銹鋼能夠同時實現高彈性和可持續性的目標。
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責任編輯:殷鵬飛
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