Heb je je als ingenieur of ingenieur ooit afgevraagd hoe bruggen, steunmuren en pijlers bestand zijn tegen de enorme horizontale krachten van wind, water of bodemdruk? Het antwoord ligt in de slimme manier waarop slagstapels worden gemaakt.
Wanneer deze speciale funderingsstukken onder een hoek ten opzichte van de verticaal worden geheid, geven ze de constructies die ze ondersteunen de weerstand en stabiliteit die ze nodig hebben om veilig te zijn en lang mee te gaan.
Of je nu geïnteresseerd bent in civiele, structurele of geotechnische engineering, weten hoe beslagpalen werken en waarvoor ze kunnen worden gebruikt, is belangrijk voor je carrière.
In dit artikel leer ik meer over slagstapels, inclusief hun doel, hun voordelen en de belangrijkste dingen om over na te denken bij het ontwerpen ervan.
Maak je klaar om meer te weten te komen over een interessant onderdeel van techniek dat de manier waarop ik leef al honderden jaren heeft veranderd.
Inleiding tot slagmanstapel
Formele definitie:
Een paal die schuin ten opzichte van de verticaal is geheid om weerstand te bieden tegen horizontale krachten.
Een slagstapel is een soort stapel die onder een hoek met de verticaal is opgesteld, zodat deze krachten van opzij kan weerstaan.
In de techniek wordt dit type paal vaak gebruikt om offshore constructies, torens en bruggen te ondersteunen.
Het kan ook worden gebruikt om lasten onder een hoek te verplaatsen en krachten in een rechte lijn.
In dit artikel zullen we het hebben over wat een slagboom is en hoe deze wordt gebruikt in engineering.
Basisconcepten van beslagstapel
Beslaghoek:
De slagmanhoek is de hoek tussen de verticaal en de as van de stapel.
De slaghoek kan voor elke constructie verschillen, afhankelijk van het type gebouw, de bodemgesteldheid en andere ontwerpfactoren.
De maximale uittrekcapaciteit van een slagstapel gaat omhoog naarmate de slaghoek omhoog gaat, tot een maximale waarde die wordt bereikt wanneer de slaghoek ongeveer 20° is.
Na deze hoek daalt het maximale uittrekvermogen.
Buigmomenten:
Slagpalen kunnen doorbuigen door hun eigen gewicht of door krachten van buiten de stapel.
Hoe groot het buigend moment is, hangt af van de lengte, breedte en hellingshoek van de paal.
Bij het ontwerpen van een slagpaal moet rekening worden gehouden met het buigend moment om ervoor te zorgen dat de paal de verwachte belastingen aankan.
De schokkende waarheid over gekantelde funderingen: hoe slagpalen uw constructies kunnen redden
Nog steeds moeilijk te begrijpen? Laat me het standpunt een beetje veranderen:
Ben je het beu om de gebouwen en bruggen waar je zo hard aan hebt gewerkt naar beneden te zien vallen bij de minste horizontale kracht? Nou, maak je geen zorgen! Wij hebben het antwoord op uw bouwproblemen: hei uw palen gewoon schuin.
Ja, dat klopt, vergeet lang te zijn en omarm de wondere wereld van beslagstapels! Wie heeft er een sterke basis nodig als je er een kunt hebben die gekanteld is? Oké, oké, voordat je je begint af te vragen of ik gek ben, laten we eens kijken naar de wetenschap en techniek achter deze benadering die tegen het gezond verstand lijkt in te gaan.
Laten we nu teruggaan naar de uitleg.
Doel en voordelen van Batter Pile
Het doel van slagpalen is om het kantelmoment over te brengen op een combinatie van verticale en slagpalen die zowel druk- als trekkrachten aankunnen.
Lastverdeling en weerstand tegen horizontale krachten
In het voorlopig ontwerp wordt meestal gedacht aan de belasting op de slagboom in axiale richting.
Ladingen kunnen worden verdeeld tussen slagstapels en verticale stapels in een groep met behulp van een grafiek of door analytische methoden te gebruiken.
Batter-palen kunnen veel zijdelingse kracht aan, en ze geven die zijdelingse kracht gedeeltelijk door in de vorm van axiale kracht in plaats van alleen buigen en schuiven.
Horizontale krachten worden gestopt door de passieve weerstand van de slagboom, die gebaseerd is op het horizontale deel van de axiale belasting.
Uittrekcapaciteit van slagstapels
De hoeveelheid gewicht die een beslagstapel kan dragen, hangt af van hoe deze is gevormd en hoe steil deze is.
Vierkante of rechthoekige palen kunnen gemakkelijker worden uitgetrokken dan ronde palen.
Wanneer de dichtheid van het zand omhoog gaat, daalt de verhouding tussen ruw en glad uittrekvermogen.
De slankheidsverhouding (L/d) van een hellende paal is van invloed op de uiteindelijke uittrekcapaciteit.
Naarmate de slankheidsverhouding stijgt, neemt de uiteindelijke uittrekcapaciteit af.
Buigend moment en afwikkeling van omringende bodem
Op zichzelf staande slagpalen kunnen doorbuigen door hun eigen gewicht of door krachten van buitenaf.
Als gevolg van de beweging van de grond eromheen, kunnen beslaghopen in losse vulling of afzettingen die steeds krapper worden, zijdelings worden belast.
Zo moet er bij het harden van klei een permanente omhulling worden aangebracht.
Voordelen van stapelbeslag
Stapelbeslag is belangrijk omdat het extra steun kan geven aan gebouwen die worden geraakt door zaken als aardbevingen, wind en golven.
Stapelbeslag kan het ook moeilijker maken om palen in zand uit de grond te trekken, en het kan helpen om hellingen stabieler te maken.
Ook kan paalbeslag de beweging van de paalkap en bovenbouw verminderen, terwijl grote rotaties mogelijk zijn.
Over het algemeen kunnen beslagpalen constructies stabieler en veerkrachtiger maken, waardoor ze beter bestand zijn tegen zijdelingse krachten en ervoor zorgen dat ze lang meegaan.
Gebruik van Batter Pile in constructie en engineering
In de bouw en techniek worden slagpalen vaak gebruikt om constructies steun en weerstand te bieden tegen zijdelingse krachten.
Deze palen worden onder een hoek met het verticale vlak geheid.
Dit maakt ze sterk genoeg om kantelmomenten te weerstaan die worden veroorzaakt door wind- of aardbevingsbelastingen.
In dit gedeelte zullen we het hebben over de verschillende manieren waarop slagpalen kunnen worden gebruikt in de bouw en techniek.
Ondersteuning van offshore-constructies
Batter-palen worden vaak gebruikt om constructies te bouwen zoals olieplatforms, windturbines en drijvende constructies die zich op zee bevinden.
Sterke golf- en windkrachten drukken op deze constructies, wat grote zijdelingse belastingen kan veroorzaken die moeten worden gestopt.
Om deze constructies de nodige zijdelingse weerstand te geven en stabiel te houden, worden slagpalen gebruikt.
Ondersteunende torens
Torens, zoals zendmasten en communicatietorens, worden ook gebouwd met behulp van slagpalen.
Meestal zijn deze torens lang en dun, waardoor ze kwetsbaar zijn voor wind- en aardbevingsbelastingen.
Batter-palen worden gebruikt om de constructie stabiel te houden onder deze belastingen en om ervoor te zorgen dat deze veilig is en lang meegaat.
Ondersteunende bruggen
Bij het bouwen van bruggen worden vaak slagpalen gebruikt om landhoofden, pijlers en andere delen van de constructie die onderhevig zijn aan zijdelingse belastingen te ondersteunen.
Het gebruik van slagpalen zorgt ervoor dat de brug stabiel en veilig is, vooral op plaatsen waar veel aardbevingen of harde wind zijn.
Ondersteunende mariene constructies
Batter-palen worden ook gebruikt om dingen te bouwen zoals steigers, werven en golfbrekers die op het water liggen.
Op deze constructies worden vaak sterke golfkrachten uitgeoefend, die grote zijdelingse belastingen kunnen veroorzaken.
Om deze constructies de nodige zijdelingse weerstand te geven en stabiel te houden, worden slagpalen gebruikt.
Weerstand tegen laterale verspreiding
In de geotechnische constructie kunnen ook slagpalen worden gebruikt om grondverspreiding tegen te gaan.
Op plaatsen met een slappe bodem of veel aardbevingen kan zijwaartse verspreiding veel schade aan gebouwen aanrichten.
Batterpalen worden gebruikt om de constructie de nodige zijdelingse weerstand te geven en stabiel te houden.
Vergelijking van slagstapels en verticale palen
Gedrag onder zijdelingse belastingen
In vergelijking met verticale en positieve slagstapels, is gebleken dat negatieve slagstapels het beste zijdelingse belastingen aankunnen.
Bij dezelfde belasting heeft een positieve slagstapel 19% meer kans om te buigen dan een verticale stapel.
De stapel kan niet zoveel gewicht dragen als een uniforme laag grof zand, omdat er een dunne laag fijn zand bovenop zit, waardoor hij minder resistent is.
Wrijving en passieve-aarde-druk
Voor zowel verticale als slagpalen wordt de passieve gronddruk beïnvloed door hoeveel het oppervlak van de paal tegen de grond wrijft.
Het typische beslag (horizontaal tot verticaal) van schuine palen varieert van 1:5 tot 1:3, afhankelijk van de bodemgesteldheid en de behoeften van de structuur.
Weerstand tegen zijdelingse belastingen
Paalgroepen met zowel slag- als verticale palen zijn beter bestand tegen zijdelingse belastingen in de richting van de slagman of tegen de slagman dan paalgroepen met alleen verticale palen.
Een groep met negatieve slagstapels is resistenter dan een vergelijkbare groep met positieve slagstapels.
Factoren die de optimale slagboomhoek beïnvloeden
Factoren die de optimale slagboomhoek in engineering beïnvloeden
De beste slagmanhoek voor een project hangt af van een aantal factoren die uniek zijn voor dat project.
In dit gedeelte zullen we het hebben over de dingen die van invloed zijn op de beste hoek voor een slagboom voor een bepaald project.
Stapel Slenderness Ratio
De slankheidsverhouding (L/d) van een hellende paal bepaalt hoeveel deze kan worden uitgetrokken.
De ultieme uittrekcapaciteit neemt af naarmate de slankheidsverhouding stijgt.
Zand Dichtheid
Tot 20 graden beslaghoek gaat de uittrekcapaciteit van een beslagstapel in zand omhoog.
Daarna begint het af te nemen.
De verhouding tussen ruw en glad uittrekvermogen neemt af naarmate de dichtheid van het zand toeneemt.
Andere factoren
Naast de verhouding tussen paalbreedte en -diepte en de dichtheid van het zand, kan de optimale slagboomhoek ook worden beïnvloed door:
- Bodemcondities.
- Structurele eisen.
- De grootte en richting van lasten aan de zijkant.
- Hoek van interfacewrijving.
- Vochtgehalte.
Grootte en vorm van de korrels.
Beslag begrijpen bij heien
Stapeltypes zoals slagpalen worden onder een hoek met de verticale as geheid om horizontale krachten te weerstaan.
In deze sectie zullen we het hebben over de verschillende onderdelen van beslagpalen die worden gebruikt bij het heien.
Meting van de slaghoek
Meestal wordt op het veld een sjabloon gebruikt om de hoek van de slagman in een slagman te meten.
De beste slaghoek voor een bepaald project hangt af van een aantal projectspecifieke factoren, zoals de bodemgesteldheid, de behoeften van de constructie en de grootte en richting van zijdelingse belastingen.
Lateraal laden en vestigen
Batter-palen worden gebruikt om schuine lasten en horizontale krachten te verplaatsen, en ze kunnen zijdelings worden belast als de grond eromheen verschuift.
Bij het uitzoeken van de beste slagmanhoek voor een project, is het belangrijk om goed na te denken over de bodemgesteldheid en de structurele behoeften van het project.
Gevolgen voor apparatuur
Bij het gebruik van slaghamers slijten de zuiger en cilinder meer waardoor ze minder lang mee kunnen gaan.
Bij het heien van slagbomen kan een cilinderverlenging nodig zijn om slijtage te verminderen en de zaken veiliger te maken.
Lading distributie
In het voorlopige ontwerp wordt meestal gedacht dat de ladingen van de slagbomen axiaal zijn.
Ladingen kunnen worden verdeeld tussen slagstapels en verticale stapels in een groep met behulp van een grafiek of door analytische methoden te gebruiken.
Er moet rekening worden gehouden met secundaire buiging en beweging van de paalkap, vooral wanneer de paalkap stijf is.
Veldmeting van Batter Pile
Veldmeting van de slagmanhoek van een stapel
Een sjabloon kan in het veld worden gebruikt om de hoek van het beslag op een stapel te meten.
Om de hoek te meten, kunt u een hellingsmeter of een digitale waterpas gebruiken.
U kunt ook een meetlint en een schietlood gebruiken om de diepte en afstand tussen twee punten op de stapel te meten.
Met deze informatie kun je de hoek van de stapel bepalen.
U kunt ook een totaalstation met een concentrische cirkeldradenkruis gebruiken om de slaghoek van een paal nauwkeurig te meten zonder de constructie te stoppen.
Gedragskenmerken van slagpalen onder verticale belasting
Onderzoekers hebben onderzocht hoe enkele slagstapels werken wanneer ze van bovenaf worden geladen.
Naarmate de hoek van het beslag omhoog gaat, gaat de uittrekcapaciteit van ruwe stapels die in dicht zand zijn gebouwd omhoog en bereikt zijn maximale waarde.
De verhouding van de uiteindelijke uittrekcapaciteit tussen ruwe en gladde palen neemt af naarmate de dichtheid van het zand toeneemt.
Optimalisatie- en aanpassingsmethode voor paaloriëntatie
Er is ook een genetisch algoritme gebruikt om een methode te maken om de oriëntatie van palen te optimaliseren en aan te passen.
Met deze methode kunnen de beslagpalen voor een paalondersteunde kade worden gedraaid zodat ze elkaar niet in de ruimte kruisen.
Door ervoor te zorgen dat de slagpalen zo goed mogelijk worden opgesteld, kan de stabiliteit en veiligheid van de werf worden verbeterd.
Over het algemeen zijn er verschillende manieren om de slaghoek van een paal in het veld te meten, en er is onderzoek gedaan om meer te weten te komen over hoe slagpalen zich gedragen onder verticale belasting.
De stabiliteit en veiligheid van constructies die worden ondersteund door slagpalen kan ook worden verbeterd door een manier te bedenken om de richting van de palen te optimaliseren en aan te passen.
Sequentie van het heiwerk op zee
Tip: Schakel de ondertitelingsknop in als je die nodig hebt. Kies "automatische vertaling" in de instellingenknop, als u de gesproken taal niet kent. Mogelijk moet u eerst op de taal van de video klikken voordat uw favoriete taal beschikbaar komt voor vertaling.
Conclusie
Concluderend, beslagpalen zijn een fascinerend en belangrijk onderdeel van engineering dat onze aandacht en waardering verdient.
Van de oudheid tot vandaag hebben ze aangetoond dat ze belangrijk zijn om ervoor te zorgen dat onze gebouwen veilig en stabiel zijn.
Nu we met nieuwe problemen worden geconfronteerd, zoals klimaatverandering, groeiende steden en nieuwe technologieën, worden slagbomen een nog belangrijker onderdeel van onze toekomstige infrastructuur.
Als ingenieursstudent of ingenieur heb je de kracht en de verantwoordelijkheid om iets toe te voegen aan deze erfenis van uitmuntendheid en innovatie.
Dus de volgende keer dat je over een brug loopt, langs een steunmuur rijdt of naar een hoog gebouw kijkt, denk dan eens aan de slagbomen.
Zij zijn de onbezongen helden die al deze dingen mogelijk maken.
Stapel voor stapel, laten we de grenzen van techniek blijven verleggen.
Links en referenties
Woordenboek van architectuur en constructie
Delen op…
