Като инженер, моята работа е да проектирам и изграждам конструкции, които са не само полезни, но и безопасни и издържат дълго време.
Разбирането на якостта на лагера е важна част от структурното инженерство.
Когато разделите ефективната носеща площ на максималното натоварване, което една колона, стена, основа или фуга може да издържи, докато не се счупи, получавате якостта на лагера.
Това предпазва сградите ми от падане.
Като студент по инженерство или като инженер ще трябва да проектирате структури, които могат да устоят както на природните, така и на човешките сили.
Ето защо трябва да знам много за носещата якост, за да съм сигурен, че моите сгради са безопасни и ще издържат дълго време.
В тази статия ще се потопя по-дълбоко в света на якостта на лагерите, изследвайки различните фактори, които я влияят и как инженерите могат да изчислят и осигурят структурна стабилност.
Така че, сложете каската и шапката си за мислене и нека заедно изследваме очарователния свят на носещата сила!
Разбиране на якостта на лагера
Официална дефиниция:
Максималното натоварване, което колона, стена, основа или фуга ще понесе до повреда, разделено на ефективната носеща площ.
Носещата якост е много важна идея в инженерството, особено в области като изграждане и проектиране на самолети.
Отнася се до максималното количество тегло или натиск, което една конструкция може да издържи, преди да се срути.
В тази статия ще говорим за якост на носене, якост на провлачване и крайна якост на лагеруване.
Носеща якост
Максималното натоварване на лагера, което може да бъде поставено върху конструкция, преди тя да се повреди, разделено на площта, която поддържа товара, е известно като якост на лагера.
Както вече беше казано, носещата якост на конструкцията не е максималното тегло или натиск, който може да издържи, преди да се разпадне.
Вместо това, това е ефективната носеща площ, разделена на максималното натоварване, което колона, стена, основа или фуга може да издържи, докато не се счупи.
Якостта на лагера може да бъде измерена чрез якост на опън, натиск, огъване и огъване, както и твърдост на лагера.
Въпреки това е изключително важно да се разбере, че якостта на опън, натиск и огъване не са пряко свързани с якостта на лагера.
При строителството е важно да знаете носещата якост на конструкции като стени и колони, за да сте сигурни, че могат да издържат натоварванията, които са предназначени да поддържат.
По същия начин, когато се проектира въздухоплавателно средство, носещата якост на корпуса на самолета трябва да може да издържа на различни налягания и сили, които се прилагат върху него по време на излитане, летене, изкачване, кацане и други оперативни маневри.
Провлачване
Друг важен начин за измерване на силата на нещо е неговата граница на провлачване.
Определя се като максималното напрежение, което твърдият материал може да издържи, когато се деформира в границите на своята еластичност.
Граница на провлачване е максималното напрежение или натоварване, което твърдият материал може да издържи, когато се деформира до своята граница на еластичност, което означава, че той може да се върне в първоначалната си форма, когато товарът бъде премахнат.
Напрежението или натоварването, което е необходимо за трайна промяна на формата на даден материал, се нарича неговата граница на провлачване.
След тази точка материалът няма да се върне към начина, по който беше.
При пластичните материали границата на провлачване е много по-ниска от крайната якост, докато при крехките материали няма граница на провлачване и следователно няма граница на провлачване.
Максимална носеща якост
Крайната якост на носене е най-голямото налягане, което твърдият материал може да понесе, преди да се счупи.
Често се използва по същия начин като "крайна якост на опън". Крайната якост на носене и крайната якост на опън са двата начина да говорим за това колко напрежение може да понесе един твърд материал, преди да се счупи.
От тестове на лагери можете да разберете напрежението на провлачане на лагера и неговото крайно напрежение.
Якостта на провлачване на лагера (BYS) се намира чрез начертаване на линия, успоредна на началния наклон на кривата на деформация на напрежението на лагера при деформация на изместване от 0,002.
В крайна сметка здравината на лагера, якостта на провлачване и крайната якост на лагера са важни идеи в инженерството.
Носещата якост е най-голямото тегло, което една конструкция може да издържи, преди да се счупи, а якостта на провлачване е най-голямото напрежение, което материалът може да понесе, преди да започне да променя формата си за постоянно.
Крайната якост на носене и крайната якост на опън са двата начина да говорим за това колко напрежение може да понесе даден материал, преди да се счупи.
Като разбират тези идеи, инженерите могат да създават конструкции и материали, които са безопасни и надеждни.
Преминаване на границите: Значението на носещата якост в проектирането на сгради
Все още трудно за разбиране? Да променя малко гледната точка:
Ако искате да проектирате сграда, която няма да се разпадне като къща от карти, ключът е да сте сигурни, че тя може да издържи тежестта на всичките ви неразумни очаквания, неразумни изисквания и неизбежни грешки.
Защото нека си признаем, ако не прекрачвате границите на носещата сила на вашата сграда, наистина ли живеете пълноценен живот?
Добре, това беше просто шега, направена да изглежда като телевизионна реклама.
Сега да се върнем към обяснението.
Фактори, влияещи върху якостта на лагера
Почвени фактори
Едно от най-важните неща, които влияят на здравината на една конструкция, е колко тегло може да издържи.
Следните почвени фактори влияят върху носещата способност на почвата:
- Якост на срязване: Якостта на срязване на почвата е начин да се измери колко добре почвата може да устои на сили, които се опитват да я разкъсат.
- Ширина и дълбочина на основата: Ширината и дълбочината на основата могат да имат голям ефект върху това колко тегло може да издържи.
Като цяло основата може да издържи повече тежест, ако е по-широка и по-дълбока.
- Тегло на почвата и всяко допълнително тегло върху нея: Теглото на почвата и всяко допълнително тегло върху нея може да повлияе колко тегло може да издържи почвата.
Якост на натиск на бетона
Друго нещо, което влияе върху якостта на лагера, е колко здрав е бетонът, когато е компресиран.
Якостта на натиск на бетона след 28 дни се използва за проектиране на стенни основи и е важно да се използва бетонна смес с правилната якост за предназначението на конструкцията.
Форма и размери на конструкцията
Силата на конструкцията може също да бъде повлияна от нейната форма и размер, като нейната ширина, дължина и дебелина.
Конструкция с по-голяма площ като цяло ще има по-висока носеща способност.
Разпределение на товара и вид на товара
Силата на конструкцията може да бъде повлияна от вида на натоварването, което ще бъде поставено върху нея.
Силата на конструкцията може да бъде повлияна от живи натоварвания, мъртви натоварвания и натоварвания от вятър.
Местоположение и ориентация на структурата
Силата на конструкцията също може да бъде повлияна от това къде се намира и как е настроена.
Способността на почвата да поддържа тегло може да бъде повлияна от неща като вида на почвата и нивото на подземните води.
Носещата якост на конструкцията може също да бъде повлияна от времето, като вятър, дъжд и промени в температурата.
Международен кодекс за строителство
Международният строителен кодекс съдържа предложения за това каква основа да се използва и как трябва да бъде построена.
Сред тези предложения, но не всички, са следните:
- Капацитет на естествена или уплътнена почва да издържи тегло.
- Разпоредби за намаляване на въздействието на почви, които се движат много.
- Дълбочина на линията на замръзване.
- Минимално армиране за фундаменти от бетон.
- Минимални дълбочини за дървени стълбове, които трябва да бъдат поставени в бетонни основи.
Коефициент на безопасност на лагера
Коефициентът на безопасност на лагера се използва за осигуряване на структурна стабилност.
Коефициентът на безопасност е съотношението на максималното натоварване, което може да бъде поставено върху лагера, към максималното натоварване, което може да бъде поставено върху него.
Смята се, че повреда ще се случи, когато коефициентът на безопасност е по-малък от 1.
Можете да разберете допустимата носеща способност с уравнение, което отчита параметрите на почвата и формата на основата.
Стандарти за оценка
Качеството на разузнаването на терена, вземането на почвени проби и тестовете за срязване могат да повлияят на точността на изчисленията за стабилност.
За да се гарантира, че факторът на безопасност е правилен и надежден, са направени стандарти за оценка на фактора на безопасност в анализа на стабилността на фундамента.
В крайна сметка има много неща, които влияят на това колко здрава е една колона, стена, основа или фуга.
Инженерите трябва да помислят за почвата, якостта на натиск на бетона, формата и размера на конструкцията, как се разпределя натоварването и какъв вид натоварване е, къде и как е поставена конструкцията и какво представлява Международният строителен кодекс казва.
Освен това коефициентът на безопасност на лагера се използва за осигуряване на структурна стабилност и са въведени стандарти за оценка, за да се осигурят точни и надеждни изчисления.
Определяне на носещата якост на материалите
Фактори, влияещи върху якостта на лагера
Здравината на колона, стена, основа или фуга зависи от редица неща, като например почвата, дизайна на основата, формата и размера на конструкцията, как се разпределя натоварването и околната среда.
Фактори на почвата: Носещата способност на почвата се определя от три фактора на почвата: якост на срязване, ширина и дълбочина на основата и тегло на почвата и допълнително натоварване.
Когато основа се постави върху почва, която не се слепва, нейната способност да издържа тежест зависи от това колко е широка.
Изчисленията за стабилност могат да бъдат грешни, ако проучването на терена, вземането на почвени проби и тестовете за срязване не са направени добре.
Проектиране на фундаменти: Международният строителен кодекс предоставя препоръки за типа фундамент и критерии за проектиране, включително, но не само, носеща способност на естествена или уплътнена почва, разпоредби за смекчаване на въздействието на експанзивни почви, дълбочина на линията на замръзване, минимална армировка за бетонни основи и минимални дълбочини на вграждане на дървени стълбове в бетонни основи.
Размери и форма на сградата: Стените и колоните трябва да се поддържат възможно най-близо до центъра на основата, за да се предотврати еднопосочно разрушаване (греда) при срязване, което се случва, когато гредата се счупи под ъгъл от около 45 градуса спрямо стената .
Разпределението на товара е начинът, по който товарите на конструкцията, като активни товари, мъртви товари и товари от вятъра, се разпределят.
Факторите на околната среда включват местоположението и ориентацията на сградата, както и условията на земята и доколко е изложена на неща като вятър, дъжд и промени в температурата.
Определяне на носещата якост на материалите
Дървото, стоманата и медта например имат различни якости на носене, които зависят от тяхната якост на опън, якост на натиск, твърдост, пластичност, еластичност и други свойства, които са уникални за всеки материал.
Например носещата якост на дървото зависи от зърното, плътността и количеството влага, докато носещата якост на стоманата зависи от неща като състава на сплавта, термичната обработка и физическите размери, като външния диаметър, дебелината на стената, и дължина.
Якост на опън: Якостта на опън на материала е количеството сила, което е необходимо, за да го разкъса, докато се счупи.
Якост на натиск: За да разберете якостта на натиск на материала, измервате колко сила е необходима, за да го смачкате, докато се счупи.
Якост на стоманени тръби
Външният диаметър, дебелината на стената и дължината на стоманената тръба, както и свойствата на материала на стоманата, като нейната граница на провлачване и крайна якост на опън, определят колко тегло може да носи.
Калкулаторът може да се използва от всеки, който знае изискванията за натоварване на своето приложение и дали тръбата ще се използва като греда или колона, за да разбере какъв размер тръба е необходима.
Носещата якост на стоманените тръби може да се изчисли с помощта на математически уравнения или компютърни програми, които вземат предвид всички тези неща.
Например, товароносимостта на стоманена тръба може да се изчисли с помощта на формулата на Ойлер, която взема предвид дължината на тръбата, дължината без опора и инерционния момент.
Други уравнения, като формулата AISC от Американския институт по стоманени конструкции, могат да се използват, за да се разбере колко здрава е една стоманена тръба при различни натоварвания.
Изпитване на почвата за носеща способност
Изпитването на почвата е важен начин да разберете колко здрава е основата на сградата и колко тегло може да издържи.
Това включва подлагане на проби от почва чрез тестове в лабораторията, за да се установят какви са техните свойства и използване на други методи, за да се установи колко стабилна е почвата.
Лабораторни изследвания за свойствата на почвата:
Почвените проби могат да бъдат подложени на редица тестове в лабораторията, за да се установят техните свойства.
Тези тестове включват Тест за консолидиран недрениран (CU), Тест за неограничена компресия, Тест за триаксиална компресия, Тест за срязване, Тест за лопатки, Тест за консолидация, Тест за набъбване и засмукване, Тест за пропускливост и Химически анализи.
Тези тестове са необходими, за да се опише и класифицира почвата и да се отчете цвета, структурата и консистенцията както на нарушените, така и на ненарушените проби от мястото.
Начини да разберете колко силна е почвата:
Могат да се използват различни начини за определяне на носещата способност на почвата, като теорията за крайната носимоспособност на Terzaghi, която определя крайната носимоспособност за плитки непрекъснати основи.
Той използва уравнение, което отчита параметри на почвата като кохезия, ефективно единично тегло, дълбочина на основата и ширина на основата.
Друг начин да разберете колко тегло може да издържи една ненаситена финозърнеста почва е да използвате якостта на срязване от неограничени тестове за компресия.
Уравнението за носеща способност (източено) работи само за плитки основи, които поддържат вертикални натоварвания, които не са ексцентрични.
Използване на неограничената якост на натиск за оценка на носещата способност:
Неограничената якост на натиск работи само за почви, които се слепват.
Не може да се използва, за да се определи колко тегло може да издържи несвързана почва, защото се нуждае от различен набор от параметри.
Изпитването на почвата е важен начин да разберете колко здрава е основата на сградата и колко тегло може да издържи.
Свойствата на почвата се откриват чрез лабораторни тестове и има различни начини да разберете колко тегло може да издържи една почва въз основа на нейните свойства.
За кохезионни и несвързани почви е важно да се използват правилните методи и да се вземат предвид различните параметри на почвата за всеки метод.
Носеща якост на зидарията
Максимална използваема деформация за бетонна зидария
При екстремно компресионно влакно на бетонна зидария най-голямото напрежение, което може да се използва, е 0,0025.
Армирана зидария
За армирана зидария напреженията на натиск и опън в армировката под определената граница на провлачване са равни на модула на еластичност на армировката, умножен по деформацията на стоманата.
Капацитет на срязване на зидария
Можете също да разберете номиналната носеща якост на зидарията, като погледнете колко може да издържи при напрежение.
В обикновена греда, капацитетът на срязване варира от 0 при опората до безкрайност в средата.
В съответните кодове и указания за проектиране можете да намерите формулата за определяне на капацитета на срязване като функция на M/Vd.
Важни съображения за проектиране на зидария
Важно е да запомните, че тези изчисления се основават на определени предположения и кодове за проектиране.
Когато проектирате зидария, трябва да помислите внимателно за неща като видовете натоварвания, свойствата на материалите и как е настроена конструкцията.
Преди да правите каквито и да е изчисления или да вземете каквито и да е дизайнерски решения за зидани конструкции, най-добре е да проверите съответните кодове и насоки за проектиране.
Въздействие на високата температура върху стоманата
Стоманата често се използва в строителството и инженерството, но когато стане твърде гореща, тя губи способността си да поддържа тегло.
Около 425°C е най-високата температура, над която стоманата започва да губи способността си да държи тегло.
Между 600°C и 650°C стоманата ще загуби половината от своята здравина и в зависимост от тежестта, която носи, може да се счупи.
Около 500°C здравината на горещовалцуваната структурна стомана губи голяма част от товароносимостта си при стайна температура.
При 1100°F (593,33°C) стоманата все още има около 50% от здравината си.
Когато стоманата се разтопи при около 2700°F (1482,22°C), тя губи цялата си здравина.
През повечето време при проектирането се приема, че целият капацитет се губи при около 2200°F (1204,44°C).
Въздействие на огъня върху конструкционната стомана
В стомана клас S275 по BS EN 10025, профил от горещо валцована структурна стомана клас S275, който е бил в огън и е станал по-горещ от 600°C, може да загуби някои от свойствата си, след като се охлади.
Без значение колко горещ е огънят обаче, напрежението на провлачване при стайна температура или подмяна няма да са необходими, ако елементът отговаря на всички други инженерни изисквания, като например да е прав.
Когато конструкционна стомана от клас S355 се нагрее до над 600°C при пожар, нейната остатъчна граница на провлачване и якост на опън също намаляват.
Якост на срязване на болта - Изчисления на лагер, разкъсване и капацитет на натоварване при срязване
Съвет: Включете бутона за надписи, ако имате нужда от него. Изберете „автоматичен превод“ в бутона за настройки, ако не сте запознати с говоримия език. Може да се наложи първо да щракнете върху езика на видеоклипа, преди любимият ви език да стане достъпен за превод.
Използване на носеща якост
Строителство на сгради:
Сградите и конструкциите от всякакъв вид трябва да бъдат достатъчно здрави, за да издържат теглото си.
Той показва колко тегло може да издържи колона, стена, основа или фуга, преди да се счупи.
Инженерите използват изчисления, наречени "носеща якост", за да се уверят, че сградата може да издържи собственото си тегло, както и допълнителното тегло, което идва от хора, оборудване и околната среда.
Дизайн на моста:
Мостовете трябва да бъдат построени така, че да могат да се справят с тежки товари като коли, вятър и земетресения.
Носещата якост на основата и опорните конструкции, като колони и опори, е ключов фактор при определяне колко тегло могат да издържат.
Инженерите също използват якост на лагера, за да разберат колко тегло може да издържи греда, греда или кабел.
Математическо инженерство:
В машиностроенето якостта на лагера е много важна, защото се използва, за да се определи колко тегло могат да издържат зъбните колела, лагерите и валовете.
Инженерите използват изчисления на якостта на носене, за да се уверят, че частите могат да се справят със силите и напреженията на приложението, като например в тежки машини, превозни средства и самолети.
Аерокосмически бизнес:
Носещата якост също е важна в космическата индустрия, където се използва, за да се разбере колко тегло могат да издържат части като крила, фюзелажи и колесници.
Инженерите използват изчисления, наречени „носеща якост“, за да се уверят, че самолетът може да се справи със силите и напреженията, които идват от летенето, като турбуленция, излитане и кацане.
Офшорни сгради:
При проектиране и изграждане на структури като петролни платформи, вятърни турбини и платформи, които са в морето, носещата якост е важен фактор.
Тези сгради трябва да могат да издържат на лошо време, като силни ветрове, вълни и течения.
Носещата якост се използва, за да се определи колко тегло могат да издържат основата и опорните конструкции, както и колко тегло могат да издържат най-много оборудването и машините.
Минният бизнес:
В минната промишленост носещата якост е много важна, защото се използва, за да се определи колко тегло може да бъде поставено върху подземни опорни конструкции като стълбове и греди.
Инженерите използват изчисления, наречени "носеща якост", за да се уверят, че конструкциите могат да се справят с теглото на скалата отгоре, както и със силите и напреженията, причинени от минния процес, като взривяване и сондиране.
Заключение
Докато приключваме да говорим за якостта на лагера, важно е да запомните, че тази идея е важна не само в инженерството, но и в живота като цяло.
Точно както една сграда се нуждае от здрава основа, за да стои висока, ние се нуждаем от здрава основа, за да посрещнем предизвикателствата на живота.
Трябва да сме вкоренени в нашите вярвания, ценности и принципи, за да се противопоставим на нещата, които се опитват да ни съборят.
Сградите не са единственото нещо, което трябва да бъде здраво. Нашият живот също трябва да бъде силен.
Трябва да разберем колко тежест можем да носим, да намерим правилната помощ и да се уверим, че имаме здрава основа, на която да стъпим.
Така че, преди да напуснете тази статия, отделете минута, за да помислите колко сте силни.
На какво строите къщата си? Колко можете да носите? И как можете да сте сигурни, че имате помощта, от която се нуждаете, за да се справите с предизвикателствата на живота? Не забравяйте, че добре проектираният живот може да продължи толкова дълго, колкото една добре проектирана сграда.
Така че излезте и изградете живот, който може да поддържа мечтите ви.
Връзки и препратки
ACI 318-14 Изисквания на строителния кодекс за структурен бетон и коментар
Глава 3: Проектни товари за жилищни сгради
Препоръчителни минимални изисквания за изграждане на зидани стени
Сподели на…
