Insenerina on minu tööks projekteerida ja ehitada konstruktsioone, mis pole mitte ainult kasulikud, vaid ka ohutud ja kestavad kaua.
Kandevõime mõistmine on ehituskonstruktsiooni oluline osa.
Kui jagate efektiivse kandepinna maksimaalse koormusega, mida sammas, sein, alus või liigend kuni purunemiseni talub, saate kandevõime.
See hoiab mu hooneid maha kukkumast.
Inseneriüliõpilasena või insenerina peate projekteerima struktuure, mis taluvad nii loodus- kui ka inimjõude.
Seetõttu pean ma kandevõime kohta palju teadma, et olla kindel, et mu hooned on ohutud ja kestavad kaua.
Selles artiklis sukeldun sügavamale kandevõime maailma, uurides erinevaid tegureid, mis seda mõjutavad ja kuidas insenerid saavad arvutada ja tagada konstruktsiooni stabiilsuse.
Niisiis, pange pähe oma kaitsekübar ja mõttemüts ning avastame koos kandejõu põnevat maailma!
Kandevõime mõistmine
Ametlik määratlus:
Maksimaalne koormus, mida sammas, sein, alus või liigend talub kuni rikkeni, jagatud efektiivse kandepinnaga.
Kandevõime on väga oluline idee inseneritöös, eriti sellistes valdkondades nagu lennukite ehitamine ja projekteerimine.
See viitab maksimaalsele raskusele või rõhule, mida konstruktsioon suudab enne kokkuvarisemist hoida.
Selles artiklis räägime kandevõimest, voolavuspiirist ja ülimast kandevõimest.
Kandevõime
Maksimaalset laagrikoormust, mida saab konstruktsioonile enne selle purunemist rakendada, jagatud koormust kandva alaga, nimetatakse kandevõimeks.
Nagu juba öeldud, ei ole konstruktsiooni kandevõime maksimaalne kaal või surve, mida see suudab enne lagunemist hoida.
Selle asemel on see efektiivne kandepind jagatuna maksimaalse koormusega, mida sammas, sein, alus või liigend talub kuni purunemiseni.
Kandetugevust saab mõõta tõmbe-, surve-, painde- ja paindetugevuse ning laagrite kõvaduse järgi.
Siiski on oluline mõista, et tõmbe-, surve- ja paindetugevus ei ole otseselt seotud kandejõuga.
Ehitamisel on oluline teada selliste konstruktsioonide nagu seinad ja sammaste kandevõimet, et olla kindel, et need taluvad koormust, mida nad peavad kandma.
Samamoodi peab õhusõiduki projekteerimisel lennuki kere kandevõime taluma erinevaid rõhku ja jõudu, mis sellele õhkutõusmisel, lendamisel, ronimisel, maandumisel ja muudel töömanöövritel avaldatakse.
Saagikuse tugevus
Teine oluline viis millegi tugevuse mõõtmiseks on voolavuspiir.
Seda määratletakse kui maksimaalset pinget, mida tahke materjal suudab vastu pidada, kui see deformeerub elastsuse piirides.
Voolutugevus on maksimaalne pinge või koormus, mida tahke materjal suudab taluda, kui see on deformeerunud kuni elastsuse piirini, mis tähendab, et see võib koormuse eemaldamisel taastada oma esialgse kuju.
Pinge või koormus, mis on vajalik materjali kuju püsivaks muutmiseks, nimetatakse selle voolavuspingeks.
Pärast seda hetke ei lähe materjal enam endiseks.
Plastilistes materjalides on voolavuspiir palju väiksem kui lõplik tugevus, samas kui rabedates materjalides puudub voolavuspiir ja seega ka voolavuspiir.
Ülim laagritugevus
Ülim kandevõime on suurim rõhk, mida tahke materjal võib enne purunemist taluda.
Seda kasutatakse sageli samamoodi nagu "ülim tõmbetugevus". Ülim kandevõime ja ülim tõmbetugevus on mõlemad viisid, kuidas rääkida sellest, kui palju pinget võib tahke materjal enne purunemist taluda.
Laagritestide põhjal saate teada laagri voolavuspinge ja selle lõpliku pinge.
Bearing Yield Strength (BYS) leitakse, tõmmates joone, mis on paralleelne laagri pinge deformatsioonikõvera algse kaldega, nihke deformatsiooniga 0,002.
Lõppkokkuvõttes on laagri tugevus, voolavuspiir ja ülim kandevõime kõik olulised ideed inseneritöös.
Kandevõime on suurim kaal, mida konstruktsioon suudab enne purunemist taluda, ja voolavuspiir on suurim pinge, mida materjal võib taluda enne, kui see hakkab püsivalt kuju muutma.
Ülim kandevõime ja ülim tõmbetugevus on mõlemad viisid, kuidas rääkida sellest, kui palju pinget materjal võib enne purunemist taluda.
Nende ideede mõistmisel saavad insenerid luua ohutuid ja usaldusväärseid struktuure ja materjale.
Piiride ületamine: kandevõime tähtsus hoonete projekteerimisel
Ikka raske mõista? Lubage mul veidi vaatenurka muuta:
Kui soovite kujundada hoonet, mis ei laguneks nagu kaardimajake, on oluline tagada, et see taluks kõiki teie ebamõistlikke ootusi, põhjendamatuid nõudmisi ja vältimatuid vigu.
Sest olgem ausad, kui te ei nihuta oma hoone kandevõime piire, kas elate siis tõesti täiel rinnal?
Olgu, see oli lihtsalt telereklaami moodi nali.
Nüüd pöördume tagasi selgituse juurde.
Kandevõimet mõjutavad tegurid
Pinnase tegurid
Üks olulisemaid asju, mis konstruktsiooni tugevust mõjutab, on see, kui palju raskust see talub.
Pinnase kandevõimet mõjutavad järgmised mullategurid:
- Nihketugevus: pinnase nihketugevus on viis, kuidas mõõta, kui hästi muld talub jõudu, mis üritavad seda lahti tõmmata.
- Vundamendi laius ja sügavus: Vundamendi laius ja sügavus võivad oluliselt mõjutada selle raskust.
Üldiselt talub vundament rohkem kaalu, kui see on laiem ja sügavam.
- Mulla kaal ja selle peal olev lisaraskus: pinnase kaal ja selle peal olev lisaraskus võivad mõjutada pinnase raskust.
Betooni survetugevus
Teine asi, mis mõjutab kandevõimet, on see, kui tugev on betoon kokkusurumisel.
Seinataldade kujundamisel kasutatakse betooni survetugevust 28 päeva pärast ning oluline on kasutada konstruktsiooni otstarbeks sobiva tugevusega betoonisegu.
Konstruktsiooni kuju ja mõõtmed
Konstruktsiooni tugevust võivad mõjutada ka selle kuju ja suurus, näiteks laius, pikkus ja paksus.
Suurema pindalaga konstruktsioonil on üldjuhul suurem kandevõime.
Koormuse jaotus ja koormuse tüüp
Konstruktsiooni tugevust võib mõjutada sellele rakendatav koormus.
Konstruktsiooni tugevust võivad mõjutada pinge-, tühi- ja tuulekoormused.
Struktuuri asukoht ja suund
Konstruktsiooni tugevust võib mõjutada ka see, kus see asub ja kuidas see on üles seatud.
Pinnase kaalu taluvust võivad mõjutada sellised asjad nagu pinnase tüüp ja põhjavee tase.
Konstruktsiooni kandevõimet võivad mõjutada ka ilm, näiteks tuul, vihm ja temperatuurimuutused.
Rahvusvaheline ehituskoodeks
Rahvusvahelises ehitusseadustikus on soovitused, millist vundamenti kasutada ja kuidas seda ehitada.
Nende soovituste hulgas, kuid mitte kõigis, on järgmised:
- Loodusliku või tihendatud pinnase raskuse taluvus.
- Sätted palju liikuvate muldade mõju vähendamiseks.
- Külmajoone sügavus.
- Minimaalne armatuur betoonist aluste jaoks.
- Minimaalne sügavus betoonalustesse paigaldatavate puitpostide jaoks.
Laagrite ohutustegur
Laagri ohutustegurit kasutatakse konstruktsiooni stabiilsuse tagamiseks.
Ohutustegur on laagrile antava maksimaalse koormuse ja laagrile avaldatava maksimaalse koormuse suhe.
Arvatakse, et rike juhtub siis, kui ohutustegur on väiksem kui 1.
Lubatud kandevõime saate arvutada võrrandiga, mis võtab arvesse pinnase parameetreid ja vundamendi kuju.
Hindamisstandardid
Väliluure, pinnaseproovide võtmise ja nihkekatsete kvaliteet võib mõjutada stabiilsusarvutuste täpsust.
Ohutusteguri õigsuse ja usaldusväärsuse tagamiseks on koostatud vundamendi stabiilsusanalüüsi ohutusteguri hindamisstandardid.
Lõppkokkuvõttes mõjutavad paljud asjad, kui tugev on sammas, sein, alus või liigend.
Insenerid peavad mõtlema pinnasele, betooni survetugevusele, konstruktsiooni kujule ja suurusele, sellele, kuidas koormus jaotub ja mis koormusega on tegu, kuhu ja kuidas konstruktsioon asetatakse ning milline on rahvusvaheline ehitusseadustik. Ütleb.
Lisaks kasutatakse konstruktsiooni stabiilsuse tagamiseks laagrite ohutustegurit ning täpsete ja usaldusväärsete arvutuste tagamiseks on kehtestatud hindamisstandardid.
Materjalide kandevõime määramine
Kandevõimet mõjutavad tegurid
Samba, seina, talla või vuugi tugevus sõltub mitmest asjast, nagu pinnas, vundamendi konstruktsioon, konstruktsiooni kuju ja suurus, koormuse jaotus ja keskkond.
Pinnase tegurid: Pinnase kandevõime määravad kolm pinnase tegurit: nihketugevus, vundamendi laius ja sügavus ning pinnase kaal ja lisatasu.
Kui alus asetatakse pinnasele, mis ei kleepu kokku, sõltub selle raskuse taluvus selle laiusest.
Stabiilsuse arvutused võivad olla valed, kui väliuuringud, mullaproovide võtmine ja nihkekatsed ei ole hästi tehtud.
Vundamendi projekt: Rahvusvaheline ehitusseadustik annab soovitusi vundamendi tüübi ja projekteerimiskriteeriumide kohta, sealhulgas, kuid mitte ainult, loodusliku või tihendatud pinnase kandevõime, sätted paisuva pinnase mõju leevendamiseks, külmapiiri sügavus, betoonaluste minimaalne tugevdus ja minimaalne. Puitpostide kinnitussügavused betoonalustesse.
Hoone mõõtmed ja kuju: Seinad ja sambad tuleks toetada võimalikult aluste keskpunkti lähedale, et vältida ühesuunalist (tala) nihkekahjustust, mis tekib tala purunemisel seina suhtes umbes 45 kraadise nurga all. .
Koormuse jaotus on konstruktsiooni koormuse, näiteks pinge-, tühikoormuse ja tuulekoormuse, hajutamise viis.
Keskkonnategurid hõlmavad hoone asukohta ja orientatsiooni, samuti maapinna tingimusi ja seda, kui palju see on avatud sellistele asjadele nagu tuul, vihm ja temperatuurimuutused.
Materjalide kandevõime määramine
Näiteks puidul, terasel ja vasel on erinevad kandevõimed, mis sõltuvad nende tõmbetugevusest, survetugevusest, kõvadusest, plastilisusest, elastsusest ja muudest omadustest, mis on iga materjali jaoks ainulaadsed.
Näiteks sõltub puidu kandevõime selle terasest, tihedusest ja niiskuse hulgast, terase kandevõime aga sellistest asjadest nagu selle sulami koostis, kuumtöötlus ja füüsikalised mõõtmed, nagu välisläbimõõt, seina paksus, ja pikkus.
Tõmbetugevus: materjali tõmbetugevus on jõud, mis kulub selle lahti tõmbamiseks, kuni see puruneb.
Survetugevus: materjali survetugevuse väljaselgitamiseks mõõdate, kui palju jõudu kulub selle purustamiseks, kuni see puruneb.
Terastoru laagri tugevus
Terasest toru välisläbimõõt, seina paksus ja pikkus, samuti terase materjali omadused, nagu voolavuspiir ja maksimaalne tõmbetugevus, määravad, kui palju raskust see võib kanda.
Kalkulaatorit saavad kasutada kõik, kes teavad oma rakenduse koormusnõudeid ja seda, kas toru kasutatakse tala või sambana, et välja selgitada, millise suurusega toru on vaja.
Terastorude kandevõimet saab arvutada matemaatiliste võrrandite või arvutiprogrammide abil, mis kõiki neid asju arvesse võtavad.
Näiteks terastoru kandevõimet saab arvutada Euleri valemi abil, mis võtab arvesse toru pikkust, pikkust ilma toeta ja inertsimomenti.
Teisi võrrandeid, nagu Ameerika Teraseehitusinstituudi AISC valemit, saab kasutada selleks, et välja selgitada, kui tugev on terastoru erinevatel koormustel.
Pinnase kandevõime testimine
Pinnase testimine on oluline viis välja selgitada, kui tugev on hoone vundament ja kui palju raskust see talub.
See hõlmab mullaproovide katsetamist laboris, et teada saada, millised on nende omadused, ja muude meetodite kasutamist, et teada saada, kui stabiilne muld on.
Laboratoorsed testid mulla omaduste kohta:
Mullaproove saab laboris läbi viia mitmeid katseid, et teada saada nende omadustest.
Need testid hõlmavad konsolideeritud tühjendamata (CU) testi, piiramata survekatset, kolmeteljelist survekatset, nihkekasti testi, labakatset, konsolideerumiskatset, paisumise ja imemise testi, läbilaskvustesti ja keemilisi analüüse.
Neid katseid on vaja pinnase kirjeldamiseks ja klassifitseerimiseks ning paigast võetud nii häiritud kui ka häirimata proovide värvi, tekstuuri ja konsistentsi arvessevõtmiseks.
Pinnase tugevuse väljaselgitamise viisid:
Pinnase kandevõime väljaselgitamiseks saab kasutada erinevaid viise, näiteks Terzaghi ülima kandevõime teooriat, mis selgitab välja madalate pidevate vundamentide maksimaalse kandevõime.
See kasutab võrrandit, mis võtab arvesse pinnase parameetreid, nagu ühtekuuluvus, efektiivne ühiku kaal, aluse sügavus ja aluspinna laius.
Veel üks viis küllastumata peeneteralise pinnase raskuse väljaselgitamiseks on kasutada vaba survekatsete nihketugevust.
Kandevõime võrrand (tühjendamine) töötab ainult madalatel alustel, mis toetavad vertikaalseid koormusi, mis ei ole ekstsentrilised.
Piiramatu survetugevuse kasutamine kandevõime hindamiseks:
Piiramatu survetugevus töötab ainult kokkukleepuvate muldade puhul.
Seda ei saa kasutada mittesiduva pinnase raskuse väljaselgitamiseks, kuna see vajab teistsugust parameetrite komplekti.
Pinnase testimine on oluline viis välja selgitada, kui tugev on hoone vundament ja kui palju raskust see talub.
Mulla omadused leitakse laboritestide abil ja on erinevaid viise, kuidas välja selgitada, kui palju kaalu muld selle omaduste põhjal talub.
Kohesiivsete ja mittesidusvate muldade puhul on oluline kasutada õigeid meetodeid ja arvestada iga meetodi puhul erinevaid mullaparameetreid.
Müüritise kandevõime
Betooni müüritise maksimaalne kasutatav pinge
Betoonist müüritise äärmusliku survekiu puhul on kõige suurem pinge, mida saab kasutada, 0,0025.
Tugevdatud müüritis
Armeeritud müüritise puhul on armatuuri surve- ja tõmbepinged, mis jäävad alla kindlaksmääratud voolavuspiiri, sarruse elastsusmooduli ja terase deformatsiooni korda.
Müüritise nihkejõud
Samuti saate müüritise nominaalse kandevõime välja selgitada, vaadates, kui palju see pinge all vastu peab.
Lihtsa spantala puhul ulatub nihkejõud 0-st toes kuni lõpmatuseni keskel.
Asjakohastest projekteerimiskoodidest ja juhistest leiate valemi nihkejõu määramiseks M/Vd funktsioonina.
Olulised kaalutlused müüritise kujundamisel
Oluline on meeles pidada, et need arvutused põhinevad teatud eeldustel ja kujunduskoodidel.
Müüritise projekteerimisel peate hoolikalt mõtlema sellistele asjadele nagu koormuste liigid, materjalide omadused ja konstruktsiooni ülesehitus.
Enne müüritiskonstruktsioonide arvutuste või projekteerimisotsuste tegemist on kõige parem kontrollida asjakohaseid projekteerimiskoode ja juhiseid.
Kõrge temperatuuri mõju terasele
Terast kasutatakse sageli ehituses ja inseneritöös, kuid kui see liiga kuumaks läheb, kaotab see oma kaalu hoidmise võime.
Umbes 425°C on kõrgeim temperatuur, millest kõrgemal hakkab teras kaotama oma kaalu hoidmise võimet.
Temperatuuril 600–650 °C kaotab teras poole oma tugevusest ja võib sõltuvalt sellest, kui palju raskust see kannab, puruneda.
Umbes 500°C juures kaotab kuumvaltsitud konstruktsiooniterase tugevus toatemperatuuril palju oma kandevõimet.
Temperatuuril 1100 °F (593,33 °C) on terasel endiselt umbes 50% selle tugevusest.
Kui teras sulab umbes 1482,22 °C (2700 °F) juures, annab see kogu oma tugevuse ära.
Enamasti eeldatakse projekteerimisel, et kogu võimsus kaob umbes 1204,44 °C (2200 °F) juures.
Tule mõju konstruktsiooniterasele
BS EN 10025 klassi S275 terase klassi S275 kuumvaltsitud konstruktsiooniterasektsioon, mis on põlenud ja kuumenenud üle 600 °C, võib pärast jahtumist kaotada mõned omadused.
Olenemata sellest, kui kuum tuli on, ei ole ruumitemperatuuri voolavuspinget ega vahetust vaja, kui element vastab kõigile muudele tehnilistele nõuetele, näiteks on sirge.
Kui S355 konstruktsiooniterast kuumutatakse tulekahjus üle 600 °C, vähenevad ka selle jääkvoolavuspiir ja tõmbetugevus.
Poldi nihketugevus – laagrite, rebenemise ja nihkekoormuse arvutused
Nõuanne. Lülitage subtiitrite nupp sisse, kui seda vajate. Valige seadete nupust "automaattõlge", kui te ei ole kõnekeelega tuttav. Võimalik, et peate esmalt klõpsama video keelel, enne kui teie lemmikkeel muutub tõlkimiseks kättesaadavaks.
Kandetugevuse kasutusalad
Hoonete ehitus:
Igat tüüpi hooned ja rajatised peavad olema piisavalt tugevad, et oma raskust taluda.
See näitab, kui palju raskust sammas, sein, alus või liigend talub, enne kui see puruneb.
Insenerid kasutavad arvutusi, mida nimetatakse kandevõimeks, et veenduda, et hoone suudab vastu pidada nii oma raskusele kui ka inimestest, seadmetest ja keskkonnast tulenevale lisaraskusele.
Silla disain:
Sillad tuleb ehitada nii, et need taluksid suuri koormusi, nagu autod, tuul ja maavärinad.
Vundamendi ja tugikonstruktsioonide, nagu muulide ja tugistruktuuride, kandevõime on võtmetegur nende raskuse väljaselgitamisel.
Insenerid kasutavad ka kandevõimet, et välja selgitada, kui palju raskust tala, tala või kaabel talub.
Matemaatiline tehnika:
Masinaehituses on laagrite tugevus väga oluline, kuna seda kasutatakse hammasrataste, laagrite ja võllide raskuse väljaselgitamiseks.
Insenerid kasutavad kandevõime arvutusi tagamaks, et osad taluvad rakendusest tulenevaid jõude ja pingeid, näiteks rasketes masinates, sõidukites ja lennukites.
Lennundusäri:
Kandevõime on oluline ka kosmosetööstuses, kus seda kasutatakse selleks, et välja selgitada, kui palju raskusi osad, nagu tiivad, kered ja telikud, taluvad.
Insenerid kasutavad arvutusi, mida nimetatakse "kandevõimeks", et veenduda, et lennuk suudab taluda lendamisega kaasnevaid jõude ja pingeid, nagu turbulents, õhkutõus ja maandumine.
Avamerehooned:
Konstruktsioonide, nagu naftapuurtornide, tuuleturbiinide ja merel asuvate platvormide projekteerimisel ja ehitamisel on kandevõime oluline tegur.
Need hooned peavad taluma karmi ilma, nagu tugev tuul, lained ja hoovused.
Kandevõimet kasutatakse selleks, et välja selgitada, kui palju raskust vundament ja tugikonstruktsioonid taluvad ning kui palju raskust seadmed ja masinad maksimaalselt taluvad.
Kaevandusäri:
Kaevandustööstuses on kandevõime väga oluline, kuna seda kasutatakse selleks, et välja selgitada, kui palju raskust saab panna maa-alustele tugikonstruktsioonidele nagu sambad ja talad.
Insenerid kasutavad arvutusi, mida nimetatakse kandevõimeks, et veenduda, et konstruktsioonid taluvad ülaltoodud kivimi raskust ning kaevandamisprotsessist, nagu lõhkamine ja puurimine, põhjustatud jõude ja pingeid.
Järeldus
Kui me lõpetame rääkimise kandevõimest, on oluline meeles pidada, et see idee pole oluline mitte ainult inseneriteaduses, vaid ka elus üldiselt.
Nii nagu hoone vajab tugevat alust, et püsti püsida, on meil vaja tugevat alust, et tulla toime elu väljakutsetega.
Peame juurduma oma uskumustesse, väärtustesse ja põhimõtetesse, et seista vastu asjadele, mis üritavad meid maha lüüa.
Hooned pole ainsad, mis peavad olema tugevad. Ka meie elu peab olema tugev.
Peame välja mõtlema, kui palju raskust suudame kanda, leidma õige abi ja tagama, et meil oleks tugev alus, millel seista.
Nii et enne sellest artiklist lahkumist mõelge hetkeks, kui tugev te olete.
Millele sa oma maja ehitad? Kui palju saate kanda? Ja kuidas saate tagada, et teil on elu väljakutsetega toimetulemiseks vajalik abi? Pidage meeles, et hästi läbimõeldud elu võib kesta täpselt sama kaua kui hästi kavandatud hoone.
Nii et minge välja ja looge elu, mis toetab teie unistusi.
Lingid ja viited
ACI 318-14 ehitusseadustiku nõuded konstruktsioonibetoonile ja kommentaaridele
3. Peatükk: Elamute projekteerimiskoormused
Müüriseina ehitamise soovitatavad miinimumnõuded
Jaga…
