エンジニアとして、役に立つだけでなく、安全で長持ちする構造物を設計し、構築することが私の仕事です。
支持強度を理解することは、構造工学の重要な部分です。
柱、壁、フーチング、またはジョイントが壊れるまで耐えられる最大荷重で有効支持面積を割ると、支持強度が得られます。
それは私の建物が倒れるのを防いでいるものです。
工学の学生として、またはエンジニアとして、自然の力と人間の力の両方に耐えられる構造を設計する必要があります。
だからこそ、建物が安全で長持ちするためには、耐力について多くのことを知る必要があります。
この記事では、ベアリング強度の世界に深く入り込み、ベアリング強度に影響を与えるさまざまな要因と、エンジニアが構造安定性を計算して確保する方法を探ります。
さあ、安全帽と思考力を身につけて、力を支える魅力的な世界を一緒に探検しましょう!
ベアリングの強度を理解する
正式な定義:
柱、壁、フーチング、またはジョイントが破損するまで耐える最大荷重を有効支持面積で割った値。
ベアリングの強度は、エンジニアリング、特に航空機の製造や設計などの分野において非常に重要な概念です。
これは、構造物が崩壊する前に保持できる重量または圧力の最大量を指します。
この記事では、ベアリング強度、降伏強度、および極限ベアリング強度について説明します.
ベアリング強度
構造物が破損する前に構造物にかけることができる最大の支持荷重を、荷重を支えている面積で割った値を支持強度と呼びます。
すでに述べたように、構造物の支持強度は、崩壊する前に保持できる最大の重量や圧力ではありません。
代わりに、柱、壁、フーチング、またはジョイントが壊れるまで処理できる最大荷重で割った有効支持面積です。
ベアリング強度は、ベアリングの硬度だけでなく、引張り、圧縮、曲げ、および曲げ強度によっても測定できます。
ただし、引張強度、圧縮強度、および曲げ強度が軸受強度に直接関係していないことを理解することが重要です。
建築では、壁や柱などの構造物の支持強度を把握して、それらが支えるべき荷重を確実に保持できるようにすることが重要です。
同様に、航空機を設計する場合、機体の支持強度は、離陸、飛行、上昇、着陸、およびその他の操作操作中にかかるさまざまな圧力と力に耐えることができなければなりません。
降伏強さ
何かの強度を測定するもう 1 つの重要な方法は、降伏強度です。
これは、固体材料が弾性限界内で変形したときに耐えることができる最大応力として定義されます。
降伏強度は、固体材料が弾性限界まで変形したときに処理できる最大応力または負荷です。つまり、負荷が取り除かれると元の形状に戻ることができます。
材料の形状を永久に変化させるために必要な応力または負荷は、降伏応力と呼ばれます。
この時点以降、材料は元の状態には戻りません。
延性材料では、降伏強度は極限強度よりもはるかに低くなりますが、脆性材料では降伏点がないため、降伏強度はありません。
究極のベアリング強度
究極のベアリング強度は、固体材料が壊れる前に耐えることができる最大の圧力です。
「究極の引張強度」と同じ意味で使われることが多い。究極のベアリング強度と究極の引張強度はどちらも、固体材料が壊れる前にどれだけの応力を受けることができるかを表す方法です.
ベアリング試験から、ベアリングの降伏応力と極限応力を知ることができます。
ベアリングの降伏強度 (BYS) は、オフセットひずみ 0.002 でのベアリング応力変形曲線の最初の勾配に平行な線を引くことによって求められます。
結局、ベアリング強度、降伏強度、および極限ベアリング強度はすべて、工学における重要なアイデアです。
耐力は、構造が壊れる前に保持できる最大の重量であり、降伏強度は、材料が永久に形状を変え始める前に受けることができる最大の応力です。
極限耐力と極限引張強さはどちらも、材料が壊れる前にどれだけの応力を受けることができるかを表す方法です。
これらの考え方を理解することで、技術者は安全で信頼できる構造や材料を作ることができます。
限界に挑む: 建築設計における耐力の重要性
まだわかりにくい？少し視点を変えてみましょう：
トランプの家のようにバラバラにならない建物を設計したい場合、鍵となるのは、不当な期待、不当な要求、避けられない間違いのすべての重さに耐えることができるかどうかを確認することです.
建物の耐力の限界を押し上げていないのであれば、あなたは本当に人生を最大限に生きているでしょうか?
わかりました、それはテレビコマーシャルのように見せかけた冗談です。
では、説明に戻りましょう。
軸受強度に影響する要因
土壌因子
構造物の強度に影響を与える最も重要なことの 1 つは、それが保持できる重量です。
次の土壌要因は、地耐力に影響を与えます。
- せん断強度: 土壌せん断強度は、土壌を引き離そうとする力に土壌がどれだけ抵抗できるかを測定する方法です。
- 土台の幅と深さ：土台の幅と深さは、支えられる重量に大きな影響を与える可能性があります.
一般に、ファンデーションは、幅が広く、深ければ、より多くの重量を保持できます。
- 土の重さとその上の余分な重さ: 土の重さとその上の余分な重さは、土が保持できる重量に影響を与える可能性があります。
コンクリートの圧縮強度
支持強度に影響を与えるもう 1 つのことは、コンクリートが圧縮されたときの強度です。
28 日後のコンクリートの圧縮強度は、壁基礎の設計に使用され、構造の目的に適した強度のコンクリート ミックスを使用することが重要です。
構造物の形状と寸法
構造物の強度は、幅、長さ、厚さなどの形状やサイズによっても影響を受けます。
表面積が大きい構造は、一般に支持力が高くなります。
負荷分散と負荷の種類
構造物の強度は、それにかかる荷重の種類によって影響を受ける可能性があります。
構造物の強度は、活荷重、死荷重、風荷重の影響を受ける可能性があります。
構造の位置と向き
構造の強度は、構造の場所と設定方法によっても影響を受ける可能性があります。
土壌の重量を保持する能力は、土壌の種類や地下水のレベルなどの影響を受ける可能性があります。
構造物の耐力は、風や雨、気温の変化などの天候によっても影響を受けることがあります。
国際建築基準法
国際建築基準には、どのような種類の基礎を使用し、どのように構築すべきかについての提案があります。
これらの提案の中には、すべてではありませんが、次のようなものがあります。
- 自然または圧縮された土の重量を保持する能力。
- 動き回る土壌の影響を軽減するための規定。
- フロスト ラインの深さ。
- コンクリート製のフーチングの最小限の補強。
- コンクリート基礎に設置する木製支柱の最小深さ。
ベアリング安全係数
軸受の安全率は、構造上の安定性を確保するために使用されます。
安全率は、ベアリングにかけることができる最大荷重に対するベアリングにかけることができる最大荷重の比率です。
安全率が 1 未満になると故障が起こると考えられています。
土壌パラメータと基礎の形状を考慮した式を使用して、許容支持力を計算できます。
評価基準
フィールド偵察、土壌サンプリング、せん断試験の品質は、安定性計算の精度に影響を与える可能性があります。
安全率が正確で信頼できるものであることを確認するために、基礎安定解析における安全率の評価基準が作成されています。
結局、柱、壁、基礎、または接合部の強度に影響を与える多くの要因があります。
エンジニアは、土、コンクリートの圧縮強度、構造物の形状とサイズ、荷重の分散方法と荷重の種類、構造物をどこにどのように配置するか、国際建築基準法とは何かについて考える必要があります。と言う。
さらに、ベアリングの安全係数を使用して構造の安定性を確保し、評価基準を設けて正確で信頼性の高い計算を保証します。
材料の耐力の決定
軸受強度に影響する要因
柱、壁、フーチング、ジョイントの強度は、土、基礎の設計、構造物の形状とサイズ、荷重の分散方法、環境など、さまざまな要因によって異なります。
土壌因子: 土壌の支持力は、せん断強度、基礎の幅と深さ、および土壌の重量と追加料金の 3 つの土壌因子によって決まります。
くっつかない土の上に足場を置いた場合、その重量を支える能力はその幅に依存します。
現地調査、土壌サンプリング、せん断試験がうまく行われていない場合、安定性の計算は間違っている可能性があります。
基礎の設計: 国際建築基準は、基礎のタイプと設計基準に関する推奨事項を提供します。これには、自然または圧縮された土壌の支持力、膨張土壌の影響を緩和するための規定、霜の線の深さ、コンクリート基礎の最小限の補強、および最小限のコンクリート基礎の木製支柱の埋込み深さ。
建物の寸法と形状: 壁と柱は、壁に対して約 45 度の角度で梁が壊れたときに発生する一方向 (梁) のせん断破壊を防ぐために、できるだけフーチングの中心に近づけて支持する必要があります。 .
荷重分散は、活荷重、死荷重、風荷重などの構造物の荷重が分散される方法です。
環境要因には、建物の位置と向き、地面の状態、風、雨、気温の変化などにさらされる度合いが含まれます。
材料の耐力の決定
たとえば、木材、鋼鉄、銅は、それぞれの材料に固有の引張強度、圧縮強度、硬度、延性、弾性、およびその他の特性に応じて異なる支持強度を持っています。
たとえば、木材の耐力は木目、密度、水分量に依存しますが、鋼の耐力は合金組成、熱処理、外径、肉厚などの物理的寸法などに依存します。そして長さ。
引張強度: 材料の引張強度は、材料が壊れるまで引っ張るのに必要な力の量です。
圧縮強度: 材料の圧縮強度を把握するには、材料が壊れるまで押しつぶすのに必要な力を測定します。
スチールチューブのベアリング強度
鋼管の外径、肉厚、長さ、および降伏強度や極限引張強度などの鋼の材料特性によって、耐えられる重量が決まります。
電卓は、アプリケーションの荷重要件と、チューブがビームとして使用されるか柱として使用されるかを知っていれば、必要なサイズのチューブを把握するために使用できます。
鋼管の耐荷重強度は、これらすべてを考慮した数式またはコンピュータ プログラムを使用して計算できます。
たとえば、鋼管の耐荷重能力は、管の長さ、支持されていない長さ、および慣性モーメントを考慮したオイラーの公式を使用して計算できます。
米国鋼構造協会の AISC 公式などの他の方程式を使用して、さまざまな荷重下での鋼管の強度を計算できます。
支持力の土壌試験
地盤調査は、建物の基礎の強度と耐荷重を把握するための重要な方法です。
これには、土壌のサンプルを実験室でテストして、その特性が何であるかを調べ、他の方法を使用して土壌がどれほど安定しているかを調べることが含まれます.
土壌の特性に関する実験室試験:
土壌サンプルは、ラボでいくつかのテストを実施して、その特性を調べることができます。
これらの試験には、連結非排水 (CU) 試験、一軸圧縮試験、三軸圧縮試験、せん断ボックス試験、ベーン試験、圧密試験、膨潤および吸引試験、透過性試験、および化学分析が含まれます。
これらのテストは、土壌を説明および分類し、サイトからの乱れたサンプルと乱されていないサンプルの両方の色、テクスチャ、および一貫性に注意するために必要です。
土の強さを知る方法：
土壌の支持力を計算するには、さまざまな方法を使用できます。例えば、浅く連続した基礎の究極の支持力を計算する Terzaghi Ultimate Bearing Capacity Theory などがあります。
凝集力、有効単位重量、フーチングの深さ、フーチングの幅などの土壌パラメーターを考慮した方程式を使用します。
不飽和の細粒土が保持できる重量を把握する別の方法は、一軸圧縮試験のせん断強度を使用することです。
支持力の式 (排水) は、偏心していない垂直荷重を支える浅い基礎に対してのみ機能します。
一軸圧縮強度を使用して支持力を推定します。
無制限の圧縮強度は、互いにくっついている土壌に対してのみ機能します。
異なるパラメーター セットが必要なため、非粘着性の土壌がどれだけの重量を保持できるかを把握するために使用することはできません。
地盤試験は、建物の基礎の強度と耐荷重量を調べる重要な方法です。
土壌の特性は実験室でのテストを通じて発見され、その特性に基づいて土壌がどれだけの重量を保持できるかを把握するさまざまな方法があります.
粘着性および非粘着性土壌の場合、適切な方法を使用し、各方法のさまざまな土壌パラメーターを考慮することが重要です。
組積造の支持力
コンクリート石材の最大使用可能ひずみ
コンクリート石材の極度の圧縮繊維では、使用できる最大のひずみは 0.0025 です。
強化石積み
補強された石積みの場合、指定された降伏強度を下回る補強材の圧縮応力と引張応力は、補強材の弾性率に鋼のひずみを掛けた値に等しくなります。
石材のせん断耐力
また、ストレス下でどれだけ耐えられるかを調べることで、石積みの公称支持強度を把握することもできます.
単純なスパン ビームでは、せん断容量はサポートの 0 から中央の無限大になります。
関連する設計基準とガイドラインでは、せん断能力を M/Vd の関数として計算する式を見つけることができます。
組積造設計に関する重要な考慮事項
これらの計算は、特定の仮定と設計コードに基づいていることに注意してください。
組積造を設計するときは、荷重の種類、材料の特性、構造の設定方法などを慎重に検討する必要があります。
石積み構造に関する計算や設計上の決定を行う前に、関連する設計基準とガイドラインを確認することをお勧めします。
鋼に対する高温の影響
鋼は建築やエンジニアリングでよく使用されますが、熱くなりすぎると重量を保持する能力が失われます。
約 425°C は、鋼が重量を保持する能力を失い始める最高温度です。
600°C から 650°C の間で、鋼はその強度の半分を失い、重量によっては壊れる可能性があります。
熱間圧延された構造用鋼の強度は、500°C 付近で、室温での負荷容量の多くを失います。
1100°F (593.33°C) では、鋼の強度はまだ約 50% です。
鋼が約 2700°F (1482.22°C) で溶けると、強度がすべて失われます。
ほとんどの場合、設計時には、すべての容量が約 2200°F (1204.44°C) で失われると想定されています。
構造用鋼に対する火災の影響
BS EN 10025 グレード S275 鋼では、グレード S275 の熱間圧延された構造用鋼のセクションは、火の中にあり、600°C を超えて熱くなり、冷却後にその特性の一部を失う可能性があります。
ただし、部材がまっすぐであるなど、他のすべてのエンジニアリング要件を満たしている場合は、火がどれほど熱くなっても、室温降伏応力や交換は必要ありません。
グレード S355 の構造用鋼が火災で 600°C 以上に加熱されると、残留降伏強度と引張強度も低下します。
ボルトせん断強度 - ベアリング、ティアアウト、およびせん断負荷容量の計算
ヒント: 必要に応じてキャプション ボタンをオンにします。話し言葉に慣れていない場合は、設定ボタンで「自動翻訳」を選択してください。お気に入りの言語が翻訳可能になる前に、まずビデオの言語をクリックする必要がある場合があります。
ベアリング強度用途
建物の建設:
あらゆる種類の建物や構造物は、その重量を支えるのに十分な強度が必要です。
柱、壁、フーチング、またはジョイントが壊れる前にどれだけの重量を保持できるかを示します。
エンジニアは、「耐力」と呼ばれる計算を使用して、建物が自重だけでなく、人、設備、および環境から生じる余分な重量を確実に保持できるようにします。
橋の設計:
橋は、車、風、地震などの重い負荷を処理できるように構築する必要があります。
橋脚や橋台などの基礎と支持構造の支持強度は、それらがどれだけの重量を保持できるかを判断する上で重要な要素です。
エンジニアはまた、支持強度を使用して、梁、桁、またはケーブルが保持できる重量を計算します。
数理工学：
機械工学では、ギア、ベアリング、およびシャフトがどれだけの重量を保持できるかを把握するために使用されるため、ベアリングの強度は非常に重要です。
エンジニアは、ベアリング強度の計算を使用して、部品が重機、車両、飛行機などのアプリケーションの力と応力を処理できることを確認します。
航空宇宙事業：
ベアリングの強度は、航空宇宙産業でも重要であり、翼、胴体、着陸装置などの部品がどれだけの重量を保持できるかを把握するために使用されます。
エンジニアは、「ベアリング強度」と呼ばれる計算を使用して、乱気流、離陸、着陸などの飛行に伴う力とストレスを飛行機が処理できるようにします。
オフショアの建物:
海上にある石油リグ、風力タービン、プラットフォームなどの構造物を設計および構築する場合、ベアリング強度は重要な要素です。
これらの建物は、強風、波、海流などの荒天に耐えることができなければなりません。
支持力は、基礎と支持構造がどれだけの重量を保持できるか、および機器と機械が最大でどれだけの重量を保持できるかを把握するために使用されます。
鉱業事業:
鉱業では、柱や梁などの地下の支持構造物にどれだけの重量をかけることができるかを把握するために使用されるため、支持強度は非常に重要です。
エンジニアは、「支持強度」と呼ばれる計算を使用して、構造物が上の岩の重量だけでなく、発破や掘削などの採掘プロセスによって引き起こされる力や応力を処理できることを確認します。
結論
ベアリング強度についての話が終わったら、この考え方はエンジニアリングだけでなく、生活全般において重要であることを覚えておくことが重要です。
建物が高く立つには強い土台が必要なように、人生の課題に立ち向かうには強い土台が必要です。
私たちは、私たちを倒そうとするものに立ち向かうために、私たちの信念、価値観、原則に根ざしている必要があります。
強くなければならないのは建物だけではありません。私たちの生活も強くなければなりません。
どれだけの重荷を運ぶことができるかを把握し、適切な助けを見つけて、立つための強力な基盤があることを確認する必要があります。
ですから、この記事を終える前に、自分がどれだけ強いかを考えてみてください。
あなたは何の上に家を建てますか？あなたはどのくらい運ぶことができますか？また、人生の課題に立ち向かうために必要な支援を確実に受けられるようにするにはどうすればよいでしょうか。よく設計された生活は、よく設計された建物と同じくらい長く続くことを忘れないでください。
ですから、あなたの夢をサポートできる人生を築いてください。
リンクと参照
ACI 318-14 構造コンクリートの建築基準法要件と解説
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