Jako inženýr je mým úkolem navrhovat a stavět konstrukce, které jsou nejen užitečné, ale také bezpečné a dlouho vydrží.
Pochopení únosnosti je důležitou součástí stavebního inženýrství.
Když vydělíte efektivní nosnou plochu maximálním zatížením, které sloup, stěna, patka nebo spoj zvládne, dokud se nezlomí, získáte nosnou pevnost.
To brání mým budovám před pádem.
Jako student inženýrství nebo jako inženýr budete muset navrhnout konstrukce, které odolají přírodním i lidským silám.
Proto potřebuji hodně vědět o nosnosti, abych se ujistil, že moje budovy jsou bezpečné a dlouho vydrží.
V tomto článku se ponořím hlouběji do světa pevnosti ložisek, prozkoumám různé faktory, které ji ovlivňují a jak mohou inženýři vypočítat a zajistit stabilitu konstrukce.
Takže si nasaďte přilbu a myšlenkovou čepici a pojďme společně prozkoumat fascinující svět nosné síly!
Porozumění nosné síle
Formální definice:
Maximální zatížení, které sloup, stěna, patka nebo spoj vydrží až do selhání, děleno efektivní nosnou plochou.
Pevnost ložisek je velmi důležitou myšlenkou ve strojírenství, zejména v oborech, jako je stavba a navrhování letadel.
Vztahuje se na maximální množství hmotnosti nebo tlaku, které může konstrukce udržet před zhroucením.
V tomto článku budeme hovořit o pevnosti ložiska, meze kluzu a maximální pevnosti ložiska.
Síla ložiska
Maximální nosné zatížení, které může být umístěno na konstrukci před jejím selháním, děleno plochou, která nese zatížení, se nazývá únosnost.
Jak již bylo řečeno, nosná síla konstrukce není maximální množství hmotnosti nebo tlaku, které může udržet, než se rozpadne.
Místo toho je to efektivní nosná plocha dělená maximálním zatížením, které sloup, stěna, základ nebo spoj zvládne, dokud se nezlomí.
Pevnost ložiska lze měřit pevností v tahu, tlaku, ohybu a ohybu a také tvrdostí ložiska.
Je však důležité pochopit, že pevnost v tahu, tlaku a ohybu přímo nesouvisí s pevností ložiska.
Při stavbě je důležité znát nosnost konstrukcí, jako jsou stěny a sloupy, abyste se ujistili, že udrží zatížení, které mají nést.
Stejně tak při návrhu letadla musí nosnost draku letadla odolat různým tlakům a silám, které na něj působí při vzletu, letu, stoupání, přistání a dalších provozních manévrech.
Mez kluzu
Dalším důležitým způsobem, jak měřit, jak je něco silné, je jeho mez kluzu.
Je definováno jako maximální napětí, které může pevný materiál odolat, když je deformován v rámci své meze pružnosti.
Mez kluzu je maximální napětí nebo zatížení, které může pevný materiál zvládnout, když je deformován až na mez pružnosti, což znamená, že se může vrátit do svého původního tvaru, když je zatížení odstraněno.
Napětí nebo zatížení, které je potřeba k trvalé změně tvaru materiálu, se nazývá jeho mez kluzu.
Po tomto okamžiku se materiál nevrátí do původního stavu.
U tvárných materiálů je mez kluzu mnohem nižší než mez kluzu, zatímco u křehkých materiálů neexistuje žádná mez kluzu, a tudíž žádná mez kluzu.
Maximální nosná síla
Konečná pevnost ložiska je největší tlak, který může pevný materiál vydržet, než se zlomí.
Často se používá stejným způsobem jako „konečná pevnost v tahu“. Maximální nosná pevnost a konečná pevnost v tahu jsou oba způsoby, jak mluvit o tom, kolik napětí může pevný materiál vydržet, než se zlomí.
Ze zkoušek ložisek můžete zjistit mez kluzu ložiska a jeho mezní napětí.
Mez kluzu ložiska (BYS) se zjistí nakreslením čáry rovnoběžné s počátečním sklonem křivky deformace napětí ložiska při posunutí deformace 0,002.
Pevnost ložiska, mez kluzu a konečná pevnost ložiska jsou nakonec všechny důležité myšlenky ve strojírenství.
Pevnost ložiska je největší hmotnost, kterou může konstrukce udržet, než se zlomí, a mez kluzu je největší namáhání, které může materiál vydržet, než začne trvale měnit tvar.
Maximální nosná pevnost a konečná pevnost v tahu jsou oba způsoby, jak mluvit o tom, kolik napětí může materiál vydržet, než se zlomí.
Po pochopení těchto myšlenek mohou inženýři vytvářet konstrukce a materiály, které jsou bezpečné a spolehlivé.
Posouvání limitů: Důležitost únosnosti při navrhování budov
Stále těžké pochopit? Dovolím si trochu změnit úhel pohledu:
Pokud chcete navrhnout budovu, která se nerozpadne jako domeček z karet, klíčové je ujistit se, že unese váhu všech vašich nepřiměřených očekávání, nepřiměřených požadavků a nevyhnutelných chyb.
Protože přiznejme si, že pokud neposouváte hranice únosnosti své budovy, žijete opravdu naplno?
Dobře, to byl jen vtip, který vypadal jako televizní reklama.
Nyní se vraťme k vysvětlení.
Faktory ovlivňující pevnost ložiska
Půdní faktory
Jednou z nejdůležitějších věcí, která ovlivňuje pevnost konstrukce, je to, jak velkou váhu dokáže udržet.
Únosnost půdy ovlivňují následující půdní faktory:
- Pevnost ve smyku: Pevnost ve smyku půdy je způsob, jak měřit, jak dobře může půda odolávat silám, které se ji snaží roztrhnout.
- Šířka a hloubka základu: Šířka a hloubka základu může mít velký vliv na to, jakou váhu unese.
Obecně platí, že základ unese větší váhu, pokud je širší a hlubší.
- Hmotnost půdy a jakákoli další hmotnost na ní: Hmotnost půdy a jakákoli další hmotnost na ní může ovlivnit, jakou váhu půda unese.
Pevnost betonu v tlaku
Další věcí, která ovlivňuje únosnost, je pevnost betonu, když je stlačen.
Pevnost betonu v tlaku po 28 dnech se používá pro návrh základových patek a je důležité použít betonovou směs se správnou pevností pro daný účel konstrukce.
Tvar a rozměry konstrukce
Pevnost konstrukce může být ovlivněna také jejím tvarem a velikostí, jako je její šířka, délka a tloušťka.
Konstrukce s větší plochou bude mít obecně vyšší únosnost.
Rozložení a typ zatížení
Pevnost konstrukce může být ovlivněna typem zatížení, které na ni bude kladeno.
Pevnost konstrukce může být ovlivněna živým zatížením, stálým zatížením a zatížením větrem.
Umístění a orientace konstrukce
Pevnost konstrukce může být ovlivněna také tím, kde se nachází a jak je nastavena.
Schopnost půdy udržet váhu může být ovlivněna věcmi, jako je typ půdy a hladina podzemní vody.
Únosnost konstrukce může být také ovlivněna počasím, jako je vítr, déšť a změny teploty.
Mezinárodní stavební zákon
Mezinárodní stavební zákon obsahuje návrhy, jaký druh základů použít a jak by měl být postaven.
Mezi tyto návrhy, ale ne všechny, patří následující:
- Kapacita přírodní nebo zhutněné půdy udržet váhu.
- Opatření ke zmírnění účinků půd, které se hodně pohybují.
- Hloubka čáry mrazu.
- Minimální výztuž pro betonové patky.
- Minimální hloubky dřevěných sloupků pro osazení do betonových patek.
Bezpečnostní faktor ložiska
Součinitel bezpečnosti ložisek se používá k zajištění stability konstrukce.
Faktor bezpečnosti je poměr maximálního zatížení, které může být na ložisko vystaveno, k maximálnímu zatížení, které na něj může být vyvíjeno.
Předpokládá se, že k selhání dojde, když je faktor bezpečnosti menší než 1.
Přípustnou únosnost můžete zjistit pomocí rovnice, která bere v úvahu parametry půdy a tvar základu.
Hodnotící standardy
Kvalita terénní rekognoskace, vzorkování půdy a smykové zkoušky mohou ovlivnit přesnost výpočtů stability.
Aby se zajistilo, že bezpečnostní faktor je správný a spolehlivý, byly vytvořeny hodnotící standardy pro faktor bezpečnosti v analýze stability základů.
Nakonec existuje mnoho věcí, které ovlivňují, jak silný je sloup, zeď, základ nebo spoj.
Inženýři musí myslet na zeminu, pevnost betonu v tlaku, tvar a velikost konstrukce, jak je zatížení rozloženo a jaký druh zatížení je, kde a jak je konstrukce umístěna a co Mezinárodní stavební zákon říká.
Kromě toho se k zajištění stability konstrukce používá faktor bezpečnosti ložisek a jsou zavedeny hodnotící normy, které zajišťují přesné a spolehlivé výpočty.
Stanovení únosnosti materiálů
Faktory ovlivňující pevnost ložiska
Pevnost sloupu, stěny, patky nebo spoje závisí na řadě věcí, jako je půda, provedení základů, tvar a velikost konstrukce, rozložení zatížení a prostředí.
Půdní faktory: Únosnost půdy je určena třemi půdními faktory: pevností ve smyku, šířkou a hloubkou základu a hmotností půdy a přitížením.
Když se základna položí na půdu, která se nelepí, její schopnost udržet váhu závisí na tom, jak je široká.
Výpočty stability mohou být chybné, pokud průzkum v terénu, odběr vzorků půdy a smykové testy nejsou provedeny dobře.
Návrh základů: Mezinárodní stavební předpis poskytuje doporučení pro typ základu a kritéria návrhu, včetně, ale bez omezení na únosnost přírodní nebo zhutněné zeminy, opatření pro zmírnění účinků rozpínavých zemin, hloubku linie mrazu, minimální vyztužení betonových patek a minimální kotevní hloubky pro dřevěné sloupky v betonových patkách.
Rozměry a tvar budovy: Stěny a sloupy by měly být podepřeny co nejblíže středu základových patek, aby se zabránilo jednosměrnému (nosníku) smykovému porušení, ke kterému dochází, když se trám zlomí pod úhlem asi 45 stupňů ke stěně .
Rozložení zatížení je způsob, jakým se rozloží zatížení konstrukce, jako jsou živá zatížení, vlastní zatížení a zatížení větrem.
Mezi faktory prostředí patří umístění a orientace budovy a také půdní podmínky a to, jak je vystavena věcem, jako je vítr, déšť a změny teploty.
Stanovení únosnosti materiálů
Například dřevo, ocel a měď mají různou únosnost, která závisí na jejich pevnosti v tahu, pevnosti v tlaku, tvrdosti, tažnosti, pružnosti a dalších vlastnostech, které jsou pro každý materiál jedinečné.
Například nosnost dřeva závisí na jeho zrnitosti, hustotě a množství vlhkosti, zatímco nosnost oceli závisí na věcech, jako je složení slitiny, tepelné zpracování a fyzikální rozměry, jako je vnější průměr, tloušťka stěny, a délka.
Pevnost v tahu: Pevnost materiálu v tahu je množství síly, které je potřeba k roztažení, dokud se nerozbije.
Pevnost v tlaku: Chcete-li zjistit pevnost materiálu v tlaku, změřte, jakou sílu je zapotřebí k jeho rozdrcení, dokud se nerozbije.
Pevnost ložiska ocelových trubek
Vnější průměr, tloušťka stěny a délka ocelové trubky, stejně jako materiálové vlastnosti oceli, jako je její mez kluzu a konečná pevnost v tahu, určují, jakou hmotnost může nést.
Kalkulátor může použít každý, kdo zná požadavky na zatížení své aplikace a zda bude trubka použita jako nosník nebo sloup, aby zjistil, jaká velikost trubky je potřeba.
Nosnost ocelových trubek lze vypočítat pomocí matematických rovnic nebo počítačových programů, které všechny tyto skutečnosti zohledňují.
Například nosnost ocelové trubky lze vypočítat pomocí Eulerova vzorce, který bere v úvahu délku trubky, délku bez podpěry a moment setrvačnosti.
Jiné rovnice, jako je vzorec AISC od Amerického institutu ocelových konstrukcí, lze použít k určení toho, jak silná je ocelová trubka při různém zatížení.
Testování únosnosti půdy
Testování půdy je důležitým způsobem, jak zjistit, jak pevný je základ budovy a jakou váhu unese.
Zahrnuje testování vzorků půdy v laboratoři, aby se zjistilo, jaké jsou jejich vlastnosti, a použití dalších metod ke zjištění, jak je půda stabilní.
Laboratorní testy na vlastnosti půdy:
Vzorky půdy mohou být podrobeny řadě testů v laboratoři, aby se zjistily jejich vlastnosti.
Mezi tyto testy patří Consolidated Undrained (CU) Test, Unconfined Compression Test, Triaxiální kompresní test, Shear Box Test, Vane Test, Consolidation Test, Bobtnaní a sání, Test propustnosti a Chemické analýzy.
Tyto testy jsou potřebné k popisu a klasifikaci půdy a ke zjištění barvy, textury a konzistence narušených i nenarušených vzorků z lokality.
Způsoby, jak zjistit, jak silná je půda:
Ke zjištění únosnosti půdy lze použít různé způsoby, jako je teorie konečné únosnosti Terzaghi, která určuje konečnou únosnost pro mělké souvislé základy.
Používá rovnici, která bere v úvahu parametry půdy, jako je soudržnost, efektivní jednotková hmotnost, hloubka základu a šířka základu.
Dalším způsobem, jak zjistit, jakou váhu unese nenasycená jemnozrnná zemina, je použít pevnost ve smyku z neomezených tlakových zkoušek.
Rovnice únosnosti (odvodněná) funguje pouze pro mělké základy, které nesou svislá zatížení, která nejsou excentrická.
Použití neomezené pevnosti v tlaku k odhadu únosnosti:
Neomezená pevnost v tlaku funguje pouze u zemin, které se drží pohromadě.
Nelze jej použít ke zjištění, jakou váhu nesoudržná zemina unese, protože potřebuje jinou sadu parametrů.
Testování půdy je důležitým způsobem, jak zjistit, jak pevný je základ budovy a jakou váhu unese.
Vlastnosti půdy se zjišťují pomocí laboratorních testů a existují různé způsoby, jak zjistit, jakou váhu půda unese na základě jejích vlastností.
Pro soudržné a nesoudržné zeminy je důležité používat správné metody a u každé metody zohledňovat jiné parametry zeminy.
Nosnost zdiva
Maximální použitelné napětí pro betonové zdivo
Při extrémním stlačení vlákna betonového zdiva je největší napětí, které lze použít, 0,0025.
Vyztužené zdivo
U vyztuženého zdiva se tlaková a tahová napětí ve výztuži pod specifikovanou mezí kluzu rovnají modulu pružnosti výztuže krát přetvoření oceli.
Smyková kapacita zdiva
Nominální únosnost zdiva můžete také zjistit tak, že se podíváte na to, jak moc vydrží pod napětím.
U jednoduchého nosníku rozpětí se smyková kapacita pohybuje od 0 u podpory do nekonečna uprostřed.
V příslušných konstrukčních předpisech a směrnicích můžete najít vzorec pro určení smykové kapacity jako funkce M/Vd.
Důležité aspekty při navrhování zdiva
Je důležité si uvědomit, že tyto výpočty jsou založeny na určitých předpokladech a konstrukčních předpisech.
Při navrhování zdiva musíte pečlivě přemýšlet o věcech, jako jsou typy zatížení, vlastnosti materiálů a jak je struktura nastavena.
Před prováděním jakýchkoli výpočtů nebo jakýchkoli návrhových rozhodnutí o zděných konstrukcích je nejlepší zkontrolovat příslušné návrhové předpisy a směrnice.
Účinky vysoké teploty na ocel
Ocel se často používá ve stavebnictví a strojírenství, ale když se příliš zahřeje, ztrácí schopnost udržet váhu.
Asi 425 °C je nejvyšší teplota, nad kterou ocel začíná ztrácet svou schopnost udržet váhu.
Mezi 600°C a 650°C ocel ztratí polovinu své pevnosti a v závislosti na tom, jakou váhu nese, by se mohla zlomit.
Kolem 500°C ztrácí pevnost za tepla válcované konstrukční oceli při pokojové teplotě hodně na své nosnosti.
Při 1100 °F (593,33 °C) má ocel stále asi 50 % své pevnosti.
Když se ocel roztaví při teplotě asi 2700 °F (1482,22 °C), odevzdá veškerou svou pevnost.
Při navrhování se většinou předpokládá, že veškerá kapacita je ztracena při teplotě asi 2200 °F (1204,44 °C).
Vliv ohně na konstrukční ocel
V oceli S275 třídy BS EN 10025 může za tepla válcovaný profil z konstrukční oceli S275, který byl v ohni a dostal se na teplotu vyšší než 600 °C, po ochlazení ztratit některé ze svých vlastností.
Bez ohledu na to, jak horký je oheň, mez průtažnosti při pokojové teplotě nebo výměna nebudou potřeba, pokud prvek splňuje všechny ostatní technické požadavky, jako je rovný.
Když se konstrukční ocel třídy S355 zahřeje na teplotu vyšší než 600 °C v ohni, její zbytková mez kluzu a pevnost v tahu se rovněž sníží.
Pevnost šroubu ve smyku – Výpočty únosnosti ložiska, vytržení a smyku
Tip: Pokud potřebujete, zapněte tlačítko titulků. Pokud nejste obeznámeni s mluveným jazykem, vyberte v tlačítku nastavení „automatický překlad“. Než bude váš oblíbený jazyk dostupný pro překlad, možná budete muset nejprve kliknout na jazyk videa.
Využití pevnosti ložisek
Konstrukce budov:
Budovy a stavby všeho druhu musí být dostatečně pevné, aby udržely jejich váhu.
Udává, jakou váhu může sloup, zeď, základ nebo spoj unést, než se zlomí.
Inženýři používají výpočty nazývané „nosná síla“, aby se ujistili, že budova unese svou vlastní váhu i extra váhu, která pochází od lidí, zařízení a životního prostředí.
Design mostu:
Mosty musí být postaveny tak, aby zvládly těžké náklady, jako jsou auta, vítr a zemětřesení.
Únosná síla základových a podpůrných konstrukcí, jako jsou pilíře a opěry, je klíčovým faktorem při zjišťování, jakou váhu mohou udržet.
Inženýři také používají nosnou sílu, aby zjistili, jakou hmotnost nosník, nosník nebo lano unese.
Matematické inženýrství:
Ve strojírenství je pevnost ložisek velmi důležitá, protože se používá k určení toho, jakou hmotnost ozubená kola, ložiska a hřídele udrží.
Inženýři používají výpočty únosnosti ložisek, aby se ujistili, že díly zvládnou síly a namáhání při aplikaci, jako jsou těžké stroje, vozidla a letadla.
Letecký průmysl:
Pevnost ložisek je také důležitá v leteckém průmyslu, kde se používá k určení toho, jakou hmotnost části, jako jsou křídla, trupy a podvozky, udrží.
Inženýři používají výpočty nazývané "nosná síla", aby se ujistili, že letadlo zvládne síly a namáhání, které přicházejí s létáním, jako jsou turbulence, vzlet a přistání.
Offshore budovy:
Při navrhování a stavbě konstrukcí, jako jsou ropné plošiny, větrné turbíny a plošiny na moři, je důležitým faktorem pevnost ložiska.
Tyto budovy musí být schopny odolat drsnému počasí, jako je silný vítr, vlny a proudy.
Pevnost ložisek se používá k určení toho, jakou váhu unese základ a nosné konstrukce a také jakou váhu maximálně udrží zařízení a stroje.
Těžební podnikání:
V těžebním průmyslu je pevnost ložisek velmi důležitá, protože se používá ke zjištění, jakou váhu lze přiložit na podzemní podpůrné konstrukce, jako jsou pilíře a trámy.
Inženýři používají výpočty nazývané "únosná síla", aby se ujistili, že konstrukce zvládnou váhu horniny nad nimi a také síly a napětí způsobené těžebním procesem, jako je odstřel a vrtání.
Závěr
Když skončíme povídání o pevnosti ložisek, je důležité si uvědomit, že tato myšlenka je důležitá nejen ve strojírenství, ale v životě obecně.
Stejně jako budova potřebuje silnou základnu, aby stála vysoko, potřebujeme silnou základnu, abychom čelili výzvám života.
Musíme být zakořeněni ve svých přesvědčeních, hodnotách a zásadách, abychom se postavili věcem, které se nás snaží srazit dolů.
Budovy nejsou to jediné, co musí být silné. Náš život také potřebuje být silný.
Musíme zjistit, jakou váhu uneseme, najít správnou pomoc a ujistit se, že máme pevnou základnu, na které můžeme stát.
Než tedy opustíte tento článek, věnujte chvíli přemýšlení o tom, jak jste silní.
Na čem stavíte svůj dům? Kolik toho uneseš? A jak se můžete ujistit, že máte potřebnou pomoc, abyste čelili výzvám života? Pamatujte, že dobře navržený život může trvat stejně dlouho jako dobře navržená budova.
Vydejte se tedy ven a vybudujte si život, který může podpořit vaše sny.
Odkazy a odkazy
ACI 318-14 Požadavky na stavební beton pro konstrukční beton a komentář
Kapitola 3: Návrhová zatížení pro obytné budovy
Doporučené minimální požadavky na stavbu zděných stěn
Sdílet na…
