Kao inženjer, moj je posao da dizajniram i gradim strukture koje su ne samo korisne već i sigurne i dugo traju.
Razumijevanje nosivosti je važan dio građevinskog inženjerstva.
Kada podijelite efektivnu površinu ležaja sa maksimalnim opterećenjem koje stub, zid, temelj ili spoj mogu podnijeti dok se ne slomi, dobivate snagu ležaja.
To je ono što sprečava moje zgrade da se sruše.
Kao student inženjerstva ili kao inženjer, morat ćete dizajnirati strukture koje mogu izdržati i prirodne i ljudske sile.
Zato moram da znam mnogo o nosivosti kako bih bio siguran da su moje zgrade sigurne i da traju dugo.
U ovom članku ću zaroniti dublje u svijet nosivosti, istražujući različite faktore koji na nju utiču i kako inženjeri mogu izračunati i osigurati stabilnost konstrukcije.
Dakle, stavite kačket i kapu za razmišljanje i hajde da zajedno istražimo fascinantan svijet nosivosti!
Razumijevanje nosivosti
Formalna definicija:
Maksimalno opterećenje koje će stub, zid, temelj ili spoj izdržati do loma, podijeljeno efektivnom površinom ležaja.
Snaga nosivosti je vrlo važna ideja u inženjeringu, posebno u oblastima poput izgradnje i projektovanja aviona.
Odnosi se na maksimalnu količinu težine ili pritiska koju struktura može izdržati prije nego što se uruši.
U ovom članku ćemo govoriti o snazi nosivosti, granici tečenja i konačnoj snazi ležaja.
Bearing Strength
Maksimalno opterećenje koje se može postaviti na konstrukciju prije nego što ona pokvari, podijeljeno s površinom koja nosi opterećenje, poznato je kao nosivost.
Kao što je već rečeno, nosivost konstrukcije nije maksimalna težina ili pritisak koji može izdržati prije nego što se raspadne.
Umjesto toga, to je efektivna nosiva površina podijeljena s maksimalnim opterećenjem koje stub, zid, temelj ili spoj mogu podnijeti dok se ne slomi.
Čvrstoća ležaja se može mjeriti zateznom, kompresijskom, savijanjem i čvrstoćom na savijanje, kao i tvrdoćom ležaja.
Međutim, ključno je razumjeti da vlačna, tlačna i čvrstoća na savijanje nisu direktno povezane s nosivom čvrstoćom.
U građevinarstvu je važno znati nosivost konstrukcija kao što su zidovi i stupovi kako biste bili sigurni da mogu izdržati opterećenja koja su namijenjena da podrže.
Na isti način, prilikom projektovanja aviona, nosivost konstrukcije aviona mora biti u stanju da izdrži različite pritiske i sile koje se na njega deluju tokom poletanja, leta, penjanja, sletanja i drugih operativnih manevara.
Snaga prinosa
Još jedan važan način da se izmjeri koliko je nešto jako je po granici tečenja.
Definira se kao maksimalno naprezanje koje čvrsti materijal može izdržati kada se deformira unutar svoje granice elastičnosti.
Granica tečenja je maksimalno naprezanje ili opterećenje koje čvrsti materijal može podnijeti kada je deformiran do svoje granice elastičnosti, što znači da se može vratiti u prvobitni oblik kada se opterećenje ukloni.
Napon ili opterećenje koje je potrebno za trajnu promjenu oblika materijala naziva se napon tečenja.
Nakon ove tačke, materijal se više neće vratiti na staro.
Kod duktilnih materijala, granica popuštanja je mnogo niža od granične čvrstoće, dok kod krhkih materijala nema granice popuštanja, a samim tim ni granice tečenja.
Najveća nosivost
Konačna čvrstoća ležaja je najveći pritisak koji čvrsti materijal može podnijeti prije nego što se slomi.
Često se koristi na isti način kao i "krajnja zatezna čvrstoća". Konačna nosivost i krajnja vlačna čvrstoća su oba načina govorenja o tome koliko naprezanja čvrsti materijal može podnijeti prije nego što se slomi.
Iz testova ležajeva možete saznati napon tečenja ležaja i njegov krajnji napon.
Jačina tečenja ležaja (BYS) se nalazi povlačenjem linije paralelne s početnim nagibom krivulje deformacije naprezanja ležaja pri pomaku od 0,002.
Na kraju, nosivost, granica popuštanja i krajnja nosivost su sve važne ideje u inženjerstvu.
Nosivost je najveća težina koju konstrukcija može izdržati prije nego što se slomi, a čvrstoća popuštanja je najveći napon koji materijal može podnijeti prije nego što počne trajno mijenjati oblik.
Konačna čvrstoća nosivosti i krajnja vlačna čvrstoća su oba načina govorenja o tome koliko naprezanja materijal može podnijeti prije nego što se slomi.
Razumijevanjem ovih ideja, inženjeri mogu napraviti strukture i materijale koji su sigurni i pouzdani.
Pomicanje granica: važnost nosive čvrstoće u projektovanju zgrada
Još uvijek je teško razumjeti? Dozvolite mi da malo promijenim tačku gledišta:
Ako želite da dizajnirate zgradu koja se neće raspasti kao kuća od karata, ključ je da budete sigurni da može izdržati težinu svih vaših nerazumnih očekivanja, nerazumnih zahteva i neizbežnih grešaka.
Jer da se razumemo, ako ne pomerate granice nosivosti svoje zgrade, da li zaista živite život punim plućima?
U redu, to je bila samo šala napravljena da izgleda kao TV reklama.
Vratimo se sada na objašnjenje.
Faktori koji utječu na čvrstoću ležaja
Faktori tla
Jedna od najvažnijih stvari koja utiče na čvrstoću konstrukcije je kolika težina može da izdrži.
Sljedeći faktori tla utiču na nosivost tla:
- Čvrstoća na smicanje: Smična čvrstoća tla je način da se izmjeri koliko dobro tlo može odoljeti silama koje pokušavaju da ga razdvoje.
- Širina i dubina temelja: Širina i dubina temelja mogu imati veliki utjecaj na to koliko težine može izdržati.
Općenito, temelj može izdržati veću težinu ako je širi i dublji.
- Težina tla i svaka dodatna težina na njoj: Težina tla i bilo koja dodatna težina na njoj mogu utjecati na težinu tla.
Tlačna čvrstoća betona
Još jedna stvar koja utječe na čvrstoću nosivosti je koliko je beton čvrst kada je sabijen.
Tlačna čvrstoća betona nakon 28 dana koristi se za projektovanje zidnih postolja, a važno je koristiti betonsku mješavinu odgovarajuće čvrstoće za svrhu konstrukcije.
Oblik i dimenzije konstrukcije
Na snagu strukture može uticati i njen oblik i veličina, kao što su širina, dužina i debljina.
Konstrukcija s većom površinom općenito će imati veću nosivost.
Raspodjela opterećenja i vrsta opterećenja
Na čvrstoću konstrukcije može uticati vrsta opterećenja koje će biti na njoj.
Na čvrstoću konstrukcije mogu uticati živa opterećenja, mrtva opterećenja i opterećenja vjetrom.
Lokacija i orijentacija objekta
Na snagu strukture može uticati i to gde se nalazi i kako je postavljena.
Na sposobnost tla da zadrži težinu mogu uticati stvari kao što su tip tla i nivo podzemnih voda.
Na nosivost konstrukcije mogu uticati i vremenske prilike, kao što su vetar, kiša i promene temperature.
Međunarodni kodeks gradnje
Međunarodni građevinski kodeks ima prijedloge o tome koju vrstu temelja koristiti i kako ga treba izgraditi.
Među ovim prijedlozima, ali ne svi, su sljedeći:
- Kapacitet prirodnog ili zbijenog tla da izdrži težinu.
- Odredbe za smanjenje uticaja tla koje se mnogo kreće.
- Dubina linije mraza.
- Minimalna armatura za temelje od betona.
- Minimalne dubine za postavljanje drvenih stubova u betonske podloge.
Faktor sigurnosti ležaja
Faktor sigurnosti ležaja se koristi za osiguranje stabilnosti konstrukcije.
Faktor sigurnosti je omjer maksimalnog opterećenja koje se može staviti na ležaj i maksimalnog opterećenja koje se može staviti na njega.
Smatra se da će se kvar dogoditi kada je faktor sigurnosti manji od 1.
Dopuštenu nosivost možete odrediti pomoću jednadžbe koja uzima u obzir parametre tla i oblik temelja.
Standardi evaluacije
Kvalitet terenskog izviđanja, uzorkovanja tla i ispitivanja smicanja mogu utjecati na točnost proračuna stabilnosti.
Kako bi se osiguralo da je faktor sigurnosti ispravan i pouzdan, napravljeni su standardi za procjenu faktora sigurnosti u analizi stabilnosti temelja.
Na kraju, postoji mnogo stvari koje utiču na to koliko je jak stub, zid, podnožje ili spoj.
Inženjeri moraju razmišljati o tlu, tlačnoj čvrstoći betona, obliku i veličini konstrukcije, kako je opterećenje raspoređeno i kakvo je opterećenje, gdje i kako je konstrukcija postavljena i koji je Međunarodni građevinski kodeks kaže.
Dodatno, faktor sigurnosti ležaja se koristi da bi se osigurala stabilnost konstrukcije, a standardi evaluacije su na snazi kako bi se osigurali tačni i pouzdani proračuni.
Određivanje nosivosti materijala
Faktori koji utječu na čvrstoću ležaja
Čvrstoća stupa, zida, temelja ili spoja ovisi o nizu stvari, kao što su tlo, dizajn temelja, oblik i veličina konstrukcije, kako je opterećenje raspoređeno i okoliš.
Faktori tla: Nosivost tla određuju tri faktora tla: čvrstoća na smicanje, širina i dubina temelja, te težina tla i dodatak.
Kada se podloga postavi na tlo koje se ne lijepi, njegova sposobnost da izdrži težinu ovisi o tome koliko je široka.
Proračuni stabilnosti mogu biti pogrešni ako terensko izviđanje, uzorkovanje tla i testovi smicanja nisu dobro obavljeni.
Projektiranje temelja: Međunarodni kodeks gradnje pruža preporuke za tip temelja i kriterije dizajna, uključujući, ali ne ograničavajući se na nosivost prirodnog ili zbijenog tla, odredbe za ublažavanje efekata ekspanzivnog tla, dubinu mraza, minimalnu armaturu za betonske temelje i minimalnu dubine ugradnje drvenih stubova u betonske temelje.
Dimenzije i oblik zgrade: Zidovi i stubovi treba da budu oslonjeni što je moguće bliže centru temelja kako bi se sprečilo jednosmerno smicanje (greda), koje se dešava kada se greda lomi pod uglom od oko 45 stepeni u odnosu na zid. .
Raspodjela opterećenja je način na koji se opterećenja konstrukcije, kao što su živa opterećenja, mrtva opterećenja i opterećenja vjetrom, raspoređuju.
Faktori okoline uključuju lokaciju i orijentaciju zgrade, kao i uslove tla i koliko je izložen stvarima poput vjetra, kiše i promjena temperature.
Određivanje nosivosti materijala
Drvo, čelik i bakar, na primjer, imaju različite čvrstoće nosivosti koje ovise o njihovoj vlačnoj čvrstoći, čvrstoći na pritisak, tvrdoći, duktilnosti, elastičnosti i drugim svojstvima koja su jedinstvena za svaki materijal.
Na primjer, nosivost drveta ovisi o njegovoj zrnatosti, gustoći i količini vlage, dok nosivost čelika ovisi o stvarima kao što su sastav legure, toplinska obrada i fizičke dimenzije, kao što su vanjski prečnik, debljina stijenke, i dužina.
Vlačna čvrstoća: Vlačna čvrstoća materijala je količina sile koja je potrebna da se razdvoji dok se ne slomi.
Čvrstoća na pritisak: Da biste utvrdili čvrstoću materijala na pritisak, mjerite koliko je sile potrebno da se zgnječi dok se ne slomi.
Čvrstoća ležaja čelične cijevi
Vanjski promjer, debljina stijenke i dužina čelične cijevi, kao i svojstva materijala čelika, kao što su čvrstoća tečenja i krajnja vlačna čvrstoća, određuju koliku težinu može podnijeti.
Kalkulator može koristiti svako ko zna zahtjeve opterećenja za njihovu primjenu i da li će se cijev koristiti kao greda ili stup da bi se utvrdilo koja je veličina cijevi potrebna.
Nosivost čeličnih cijevi može se izračunati uz pomoć matematičkih jednadžbi ili kompjuterskih programa koji sve ove stvari uzimaju u obzir.
Na primjer, nosivost čelične cijevi može se izračunati korištenjem Eulerove formule, koja uzima u obzir dužinu cijevi, dužinu bez oslonca i moment inercije.
Druge jednadžbe, poput AISC formule iz Američkog instituta za čeličnu konstrukciju, mogu se koristiti da se utvrdi koliko je čelična cijev jaka pod različitim opterećenjima.
Ispitivanje nosivosti tla
Ispitivanje tla je važan način da se utvrdi koliko je čvrst temelj zgrade i koliku težinu može izdržati.
To uključuje ispitivanje uzoraka tla u laboratoriji kako bi se saznalo koja su njihova svojstva i korištenje drugih metoda kako bi se utvrdilo koliko je tlo stabilno.
Laboratorijski testovi za svojstva tla:
Uzorci tla mogu se podvrgnuti brojnim testovima u laboratoriji kako bi se saznalo o njihovim svojstvima.
Ovi testovi uključuju konsolidovani nedreniran (CU) test, test neograničene kompresije, test troosne kompresije, test kutije smicanja, test lopatice, test konsolidacije, test bubrenja i usisavanja, test propusnosti i hemijske analize.
Ovi testovi su potrebni da se opiše i klasifikuje tlo i da se zabilježi boja, tekstura i konzistencija poremećenih i neporemećenih uzoraka sa lokacije.
Načini da saznate koliko je tlo jako:
Mogu se koristiti različiti načini za određivanje nosivosti tla, kao što je Terzagijeva teorija krajnje nosivosti, koja utvrđuje konačnu nosivost za plitke kontinuirane temelje.
Koristi jednačinu koja uzima u obzir parametre tla kao što su kohezija, efektivna jedinična težina, dubina temelja i širina temelja.
Drugi način da se utvrdi koliku težinu može izdržati nezasićeno sitnozrno tlo je korištenje otpornosti na smicanje iz testova neograničenog pritiska.
Jednadžba nosivosti (odvod) radi samo za plitke podloge koje podržavaju vertikalna opterećenja koja nisu ekscentrična.
Korištenje neograničene tlačne čvrstoće za procjenu nosivosti:
Neograničena tlačna čvrstoća funkcionira samo za tla koja se lijepe.
Ne može se koristiti da se utvrdi koliku težinu nekohezivno tlo može izdržati jer mu je potreban drugačiji skup parametara.
Ispitivanje tla je važan način da se utvrdi koliko je čvrst temelj zgrade i koliku težinu može izdržati.
Svojstva tla pronalaze se laboratorijskim testovima, a postoje različiti načini da se utvrdi koliku težinu tlo može izdržati na osnovu njegovih svojstava.
Za kohezivna i nekohezivna tla važno je koristiti prave metode i uzeti u obzir različite parametre tla za svaku metodu.
Nosivost zidanja
Maksimalno upotrebljivo naprezanje za betonske zidove
Kod ekstremnog kompresijskog vlakna betonskog zida, najveća deformacija koja se može koristiti je 0,0025.
Ojačano zidanje
Za armirani zid, tlačna i zatezna naprezanja u armaturi ispod navedene granice popuštanja jednaka su modulu elastičnosti armature pomnoženoj sa deformacijom čelika.
Smična sposobnost zidanja
Također možete odrediti nominalnu nosivost zida gledajući koliko može izdržati pod naprezanjem.
U jednostavnoj gredi raspona, kapacitet smicanja ide od 0 na nosaču do beskonačnosti u sredini.
U relevantnim projektnim kodovima i smjernicama možete pronaći formulu za određivanje posmičnog kapaciteta kao funkcije M/Vd.
Važna razmatranja za zidanje dizajna
Važno je zapamtiti da se ovi proračuni zasnivaju na određenim pretpostavkama i kodovima dizajna.
Kada projektujete zidanje, morate pažljivo razmisliti o stvarima kao što su vrste opterećenja, svojstva materijala i način postavljanja konstrukcije.
Prije izvođenja bilo kakvih proračuna ili donošenja bilo kakvih odluka o dizajnu zidanih konstrukcija, najbolje je provjeriti relevantne dizajnerske kodove i smjernice.
Efekti visoke temperature na čelik
Čelik se često koristi u građevinarstvu i inženjeringu, ali kada postane prevruć, gubi sposobnost da zadrži težinu.
Oko 425°C je najviša temperatura iznad koje čelik počinje gubiti svoju sposobnost zadržavanja težine.
Između 600°C i 650°C, čelik će izgubiti polovinu svoje čvrstoće i, ovisno o tome koliku težinu nosi, može se slomiti.
Oko 500°C, čvrstoća toplo valjanog konstrukcijskog čelika gubi u velikoj mjeri svoju nosivost na sobnoj temperaturi.
Na 1100°F (593,33°C), čelik još uvijek ima oko 50% svoje čvrstoće.
Kada se čelik topi na oko 2700°F (1482,22°C), gubi svu svoju snagu.
Većinu vremena, prilikom projektovanja, pretpostavlja se da se sav kapacitet gubi na oko 2200°F (1204,44°C).
Utjecaj vatre na konstrukcijski čelik
U čeliku S275 po BS EN 10025, toplo valjani profil od konstrukcijskog čelika razreda S275 koji je bio u vatri i zagrijao se od 600°C može izgubiti neke od svojih svojstava nakon što se ohladi.
Bez obzira na to koliko je vatra vruća, napon tečenja na sobnoj temperaturi ili zamjena neće biti potrebni ako element ispunjava sve ostale inženjerske zahtjeve, kao što je ravan.
Kada se konstrukcijski čelik razreda S355 zagrije na preko 600°C u vatri, njegova zaostala čvrstoća tečenja i vlačna čvrstoća također se smanjuju.
Smična čvrstoća vijka - proračuni nosivosti ležaja, kidanja i posmičnog opterećenja
Savjet: Uključite dugme za titl ako vam je potrebno. Odaberite "automatski prijevod" u gumbu za podešavanja, ako niste upoznati sa govornim jezikom. Možda ćete morati prvo kliknuti na jezik videozapisa prije nego što vaš omiljeni jezik postane dostupan za prijevod.
Upotreba snage nosivosti
Izgradnja zgrada:
Zgrade i strukture svih vrsta moraju biti dovoljno jake da izdrže svoju težinu.
Ona govori koliku težinu stub, zid, podnožje ili zglob može izdržati prije nego što se slomi.
Inženjeri koriste proračune nazvane "snaga nosivosti" kako bi bili sigurni da zgrada može izdržati vlastitu težinu, kao i dodatnu težinu koja dolazi od ljudi, opreme i okoline.
Dizajn mosta:
Mostovi moraju biti izgrađeni tako da mogu podnijeti teška opterećenja poput automobila, vjetra i zemljotresa.
Nosivost temelja i potpornih konstrukcija, poput stubova i upornjaka, ključni je faktor u određivanju koliku težinu mogu izdržati.
Inženjeri također koriste snagu nosivosti kako bi utvrdili koliku težinu može podnijeti greda, nosač ili kabel.
matematičko inženjerstvo:
U mašinstvu, čvrstoća ležaja je veoma važna jer se koristi da se utvrdi koliku težinu mogu da izdrže zupčanici, ležajevi i vratila.
Inženjeri koriste proračune nosivosti kako bi bili sigurni da dijelovi mogu podnijeti sile i naprezanja primjene, kao što su teške mašine, vozila i avioni.
Vazduhoplovstvo:
Čvrstoća ležaja je također važna u avio-industriji, gdje se koristi za određivanje težine dijelova poput krila, trupa i stajnih trapa.
Inženjeri koriste proračune nazvane "snaga nosivosti" kako bi se uvjerili da avion može podnijeti sile i naprezanja koja dolaze s letenjem, poput turbulencije, polijetanja i slijetanja.
Offshore zgrade:
Prilikom projektovanja i izgradnje konstrukcija kao što su naftne platforme, vetroturbine i platforme koje su na moru, nosivost je važan faktor.
Ove zgrade moraju biti sposobne da izdrže loše vrijeme, poput jakih vjetrova, valova i struja.
Nosivost se koristi da bi se utvrdilo koliku težinu mogu izdržati temelji i potporne konstrukcije, kao i koliku težinu najviše mogu izdržati oprema i mašine.
Rudarski biznis:
U rudarskoj industriji, nosivost je vrlo važna jer se koristi da se utvrdi kolika težina može biti stavljena na podzemne potporne konstrukcije poput stupova i greda.
Inženjeri koriste proračune pod nazivom "snaga nosivosti" kako bi bili sigurni da strukture mogu podnijeti težinu stijene iznad, kao i sile i naprezanja uzrokovane procesom rudarenja, poput miniranja i bušenja.
Zaključak
Kada završimo razgovor o snazi nosivosti, važno je zapamtiti da je ova ideja važna ne samo u inženjerstvu, već iu životu općenito.
Baš kao što je zgradi potrebna jaka osnova da bi bila visoka, nama je potrebna jaka osnova za suočavanje sa izazovima života.
Moramo biti ukorijenjeni u svojim uvjerenjima, vrijednostima i principima kako bismo se suprotstavili stvarima koje nas pokušavaju srušiti.
Zgrade nisu jedina stvar koja mora biti jaka. Naši životi takođe moraju biti jaki.
Moramo shvatiti koliku težinu možemo nositi, pronaći pravu pomoć i pobrinuti se da imamo jaku osnovu na kojoj možemo stajati.
Dakle, prije nego što napustite ovaj članak, razmislite o tome koliko ste jaki.
Na čemu gradite svoju kuću? Koliko možete nositi? I kako možete osigurati da imate pomoć koja vam je potrebna da se suočite sa životnim izazovima? Zapamtite da dobro osmišljen život može trajati jednako dugo kao i dobro osmišljena zgrada.
Zato izađite i izgradite život koji može podržati vaše snove.
Linkovi i reference
ACI 318-14 Zahtjevi građevinskog koda za strukturalni beton i komentari
Poglavlje 3: Projektna opterećenja za stambene zgrade
Preporučeni minimalni zahtjevi za zidane zidove
Podijelite na…
