În calitate de inginer, treaba mea este să proiectez și să construiesc structuri care nu sunt doar utile, ci și sigure și să reziste mult timp.
Înțelegerea rezistenței lagărului este o parte importantă a ingineriei structurale.
Când împărțiți suprafața efectivă de rezemare la sarcina maximă pe care o poate suporta o coloană, un perete, o bază sau o îmbinare până când se rupe, obțineți rezistența lagărului.
Este ceea ce împiedică clădirile mele să cadă.
Ca student la inginerie sau ca inginer, va trebui să proiectați structuri care să reziste atât la forțele naturale, cât și la cele umane.
De aceea trebuie să știu multe despre rezistența suportului pentru a mă asigura că clădirile mele sunt în siguranță și durează mult timp.
În acest articol, mă voi scufunda mai adânc în lumea rezistenței rulmenților, explorând diferiții factori care o afectează și modul în care inginerii pot calcula și asigura stabilitatea structurală.
Așadar, îmbrăcați-vă casca și șapca de gândire și haideți să explorăm împreună lumea fascinantă a puterii purtătoare!
Înțelegerea rezistenței portante
Definiție formală:
Sarcina maximă pe care o va suporta o coloană, un perete, o bază sau o îmbinare până la defectare, împărțită la suprafața efectivă de rezemare.
Rezistența portantă este o idee foarte importantă în inginerie, în special în domenii precum construirea și proiectarea avioanelor.
Se referă la cantitatea maximă de greutate sau presiune pe care o poate menține o structură înainte de a se prăbuși.
Vom vorbi despre rezistența la rulment, puterea de curgere și rezistența maximă la rulment în acest articol.
Rezistenta la purtare
Sarcina maximă portantă care poate fi plasată pe o structură înainte ca aceasta să cedeze, împărțită la suprafața care susține sarcina, este cunoscută sub numele de rezistență portantă.
După cum s-a spus deja, rezistența unei structuri nu este cantitatea maximă de greutate sau presiune pe care o poate suporta înainte de a se destrama.
În schimb, este suprafața efectivă de rulment împărțită la sarcina maximă pe care o poate suporta o coloană, un perete, o bază sau o îmbinare până când se rupe.
Rezistența lagărului poate fi măsurată prin rezistență la tracțiune, compresie, încovoiere și încovoiere, precum și duritatea rulmentului.
Cu toate acestea, este esențial să înțelegem că rezistența la tracțiune, la compresiune și la încovoiere nu sunt direct legate de rezistența lagărului.
În construcții, este important să cunoașteți rezistența portantă a structurilor, cum ar fi pereții și coloanele, pentru a vă asigura că pot susține sarcinile pe care sunt menite să le susțină.
În același mod, atunci când se proiectează o aeronavă, rezistența portantă a corpului aeronavei trebuie să poată rezista la diferite presiuni și forțe care sunt aplicate asupra acesteia în timpul decolării, zborului, urcării, aterizării și altor manevre operaționale.
Puterea de curgere
Un alt mod important de a măsura cât de puternic este ceva este prin puterea de curgere.
Este definită ca tensiunea maximă pe care o poate suporta un material solid atunci când este deformat în limita sa elastică.
Limita de curgere este tensiunea sau sarcina maximă pe care o poate suporta un material solid atunci când este deformat până la limita sa elastică, ceea ce înseamnă că poate reveni la forma sa inițială atunci când sarcina este îndepărtată.
Tensiunea sau sarcina care este necesară pentru a schimba permanent forma unui material se numește limită de curgere.
După acest punct, materialul nu va mai reveni la fel.
În materialele ductile, limita de curgere este mult mai mică decât rezistența finală, în timp ce în materialele fragile, nu există nici o limită de curgere și, prin urmare, nici o limită de curgere.
Rezistența maximă a rulmentului
Rezistența maximă a rulmentului este cea mai mare presiune pe care o poate suporta un material solid înainte de a se rupe.
Este adesea folosit în același mod ca „rezistența la tracțiune maximă”. Rezistența maximă la rulment și rezistența maximă la tracțiune sunt ambele modalități de a vorbi despre cât de multă solicitare poate suporta un material solid înainte de a se rupe.
Din testele lagărelor, puteți afla tensiunea de curgere a rulmentului și tensiunea sa finală.
Limita de curgere a lagărului (BYS) este găsită prin trasarea unei linii paralele cu panta inițială a curbei de deformare a tensiunii la rulment la o deformare compensată de 0,002.
În cele din urmă, rezistența lagărului, puterea de curgere și rezistența maximă a rulmentului sunt toate idei importante în inginerie.
Rezistența portantă este cea mai mare greutate pe care o poate suporta o structură înainte de a se rupe, iar limita de curgere este cea mai mare presiune pe care o poate suporta un material înainte de a începe să își schimbe forma permanent.
Rezistența maximă la rulment și rezistența maximă la tracțiune sunt ambele modalități de a vorbi despre cât de multă solicitare poate suporta un material înainte de a se rupe.
Înțelegând aceste idei, inginerii pot realiza structuri și materiale sigure și fiabile.
Depășirea limitelor: importanța rezistenței suportate în proiectarea clădirilor
Încă greu de înțeles? Hai sa schimb putin punctul de vedere:
Dacă doriți să proiectați o clădire care să nu se destrame ca un castel de cărți, cheia este să vă asigurați că poate susține greutatea tuturor așteptărilor tale nerezonabile, solicitărilor nerezonabile și greșelilor inevitabile.
Pentru că să recunoaștem, dacă nu depășiți limitele forței portante a clădirii dvs., chiar trăiți viața la maxim?
Bine, a fost doar o glumă făcută să arate ca o reclamă TV.
Acum să revenim la explicație.
Factori care afectează rezistența lagărului
Factori ai solului
Unul dintre cele mai importante lucruri care afectează rezistența unei structuri este cât de multă greutate poate suporta.
Următorii factori de sol afectează capacitatea portantă a solului:
- Rezistența la forfecare: Rezistența la forfecare a solului este o modalitate de a măsura cât de bine poate rezista un sol forțelor care încearcă să-l despartă.
- Lățimea și adâncimea fundației: lățimea și adâncimea unei fundații pot avea un efect mare asupra greutății pe care o poate suporta.
În general, un fond de ten poate menține mai multă greutate dacă este mai lat și mai adânc.
- Greutatea solului și orice greutate suplimentară deasupra acestuia: Greutatea solului și orice greutate suplimentară deasupra acestuia pot afecta greutatea pe care o poate suporta solul.
Rezistența la compresiune a betonului
Un alt lucru care afectează rezistența lagărului este cât de puternic este betonul atunci când este comprimat.
Rezistența la compresiune a betonului după 28 de zile este utilizată pentru proiectarea suporturilor de perete și este important să folosiți un amestec de beton cu rezistența potrivită pentru scopul structurii.
Forma și dimensiunile structurii
Rezistența unei structuri poate fi, de asemenea, afectată de forma și dimensiunea acesteia, cum ar fi lățimea, lungimea și grosimea acesteia.
O structură cu o suprafață mai mare va avea în general o capacitate portantă mai mare.
Distribuția încărcăturii și tipul de încărcare
Rezistența unei structuri poate fi afectată de tipul de sarcină care va fi pusă pe ea.
Rezistența unei structuri poate fi afectată de sarcinile sub tensiune, sarcinile moarte și încărcăturile vântului.
Amplasarea și orientarea structurii
Rezistența structurii poate fi, de asemenea, afectată de locul în care se află și de modul în care este configurată.
Capacitatea solului de a menține greutatea poate fi afectată de lucruri precum tipul de sol și nivelul apei subterane.
Rezistența portantă a unei structuri poate fi, de asemenea, afectată de vreme, cum ar fi vântul, ploaia și schimbările de temperatură.
Codul Internațional al Construcțiilor
Codul Internațional al Construcțiilor are sugestii pentru ce tip de fundație să folosiți și cum ar trebui să fie construită.
Printre aceste sugestii, dar nu toate, se numără următoarele:
- Capacitatea solului natural sau compactat de a menține greutatea.
- Dispoziții pentru a diminua efectele solurilor care se mișcă mult.
- Adâncimea liniei de îngheț.
- Armătură minimă pentru bazele din beton.
- Adâncimile minime pentru stâlpii din lemn care trebuie fixați pe baze de beton.
Factorul de siguranță al rulmenților
Factorul de siguranță al rulmentului este utilizat pentru a asigura stabilitatea structurală.
Factorul de siguranță este raportul dintre sarcina maximă care poate fi aplicată unui rulment și sarcina maximă care poate fi aplicată asupra acestuia.
Se crede că eșecul se va întâmpla atunci când factorul de siguranță este mai mic de 1.
Puteți determina capacitatea portantă admisă cu o ecuație care ia în considerare parametrii solului și forma fundației.
Standarde de evaluare
Calitatea recunoașterii pe teren, prelevarea de probe de sol și testele de forfecare pot afecta acuratețea calculelor de stabilitate.
Pentru a ne asigura că factorul de siguranță este corect și de încredere, au fost realizate standarde de evaluare pentru factorul de siguranță în analiza stabilității fundației.
În cele din urmă, există multe lucruri care afectează cât de puternic este o coloană, un perete, o bază sau o îmbinare.
Inginerii trebuie să se gândească la sol, rezistența la compresiune a betonului, forma și dimensiunea structurii, cum este distribuită sarcina și ce fel de sarcină este, unde și cum este amplasată structura și ce este Codul Internațional al Construcțiilor. Spune.
În plus, factorul de siguranță al rulmentului este utilizat pentru a asigura stabilitatea structurală, iar standardele de evaluare sunt în vigoare pentru a asigura calcule precise și fiabile.
Determinarea rezistenței portante a materialelor
Factori care afectează rezistența lagărului
Rezistența unei stâlpi, a unui perete, a unei baze sau a unei îmbinări depinde de o serie de lucruri, cum ar fi solul, designul fundației, forma și dimensiunea structurii, modul în care este distribuită sarcina și mediul înconjurător.
Factori ai solului: Capacitatea portantă a solului este determinată de trei factori ai solului: rezistența la forfecare, lățimea și adâncimea fundației și greutatea solului și suprataxa.
Când se pune o piciorică deasupra solului care nu se lipește, capacitatea sa de a menține greutatea depinde de cât de lată este.
Calculele de stabilitate pot fi greșite dacă recunoașterea pe teren, prelevarea de probe de sol și testele de forfecare nu sunt făcute bine.
Proiectarea fundației: Codul Internațional al Construcțiilor oferă recomandări pentru tipul de fundație și criteriile de proiectare, inclusiv, dar fără a se limita la capacitatea portantă a solului natural sau compactat, prevederi pentru atenuarea efectelor solurilor expansive, adâncimea liniei de îngheț, armătură minimă pentru bazele de beton și minime adâncimi de încastrare a stâlpilor din lemn în suporturi de beton.
Dimensiunile și forma clădirii: pereții și stâlpii ar trebui să fie susținuți cât mai aproape de centrul suporturilor posibil pentru a preveni defectarea la forfecare unidirecțională (grindă), care se întâmplă atunci când grinda se rupe la un unghi de aproximativ 45 de grade față de perete. .
Distribuția sarcinii este modul în care sarcinile structurii, cum ar fi sarcinile active, sarcinile moarte și încărcăturile vântului, sunt distribuite.
Factorii de mediu includ locația și orientarea clădirii, precum și condițiile solului și cât de expusă este la lucruri precum vânt, ploaie și schimbări de temperatură.
Determinarea rezistenței portante a materialelor
Lemnul, oțelul și cuprul, de exemplu, au rezistențe diferite la rulment, care depind de rezistența lor la tracțiune, rezistența la compresiune, duritatea, ductilitatea, elasticitatea și alte proprietăți care sunt unice pentru fiecare material.
De exemplu, rezistența la rulment a lemnului depinde de granulația sa, densitatea și cantitatea de umiditate, în timp ce rezistența lagărului oțelului depinde de elemente precum compoziția aliajului, tratamentul termic și dimensiunile fizice, cum ar fi diametrul exterior, grosimea peretelui, si lungime.
Rezistența la tracțiune: rezistența la tracțiune a unui material este cantitatea de forță necesară pentru a-l desprinde până când se rupe.
Rezistența la compresiune: Pentru a afla rezistența la compresiune a unui material, măsurați câtă forță este nevoie pentru a-l zdrobi până se rupe.
Rezistența lagărului țevilor de oțel
Diametrul exterior, grosimea peretelui și lungimea unui tub de oțel, precum și proprietățile materiale ale oțelului, cum ar fi limita de curgere și rezistența la tracțiune, determină greutatea pe care o poate suporta.
Un calculator poate fi folosit de oricine care cunoaște cerințele de încărcare ale aplicației lor și dacă tubul va fi folosit ca grindă sau coloană pentru a afla ce dimensiune este nevoie de tub.
Rezistența portantă a țevilor de oțel poate fi calculată cu ajutorul ecuațiilor matematice sau a programelor de calculator care iau în considerare toate aceste lucruri.
De exemplu, capacitatea portantă a unui tub de oțel poate fi calculată folosind formula Euler, care ia în considerare lungimea tubului, lungimea fără sprijin și momentul de inerție.
Alte ecuații, cum ar fi formula AISC de la Institutul American de Construcții din Oțel, pot fi folosite pentru a afla cât de puternic este un tub de oțel sub diferite sarcini.
Testarea solului pentru capacitatea portantă
Testarea solului este o modalitate importantă de a afla cât de puternică este fundația unei clădiri și cât de multă greutate poate suporta.
Implică punerea probelor de sol prin teste în laborator pentru a afla care sunt proprietățile lor și utilizarea altor metode pentru a afla cât de stabil este solul.
Teste de laborator pentru proprietățile solului:
Probele de sol pot fi supuse unui număr de teste în laborator pentru a afla proprietățile lor.
Aceste teste includ Testul Consolidat Nedrenat (CU), Testul de compresie neconfinat, Testul de compresie triaxială, Testul de forfecare, Testul cu palete, Testul de consolidare, Testul de umflare și aspirație, Testul de permeabilitate și Analizele chimice.
Aceste teste sunt necesare pentru a descrie și clasifica solul și pentru a lua notă de culoarea, textura și consistența atât a probelor perturbate, cât și a celor nederanjate de pe amplasament.
Modalități de a vă da seama cât de puternic este solul:
Pot fi folosite diferite moduri pentru a determina capacitatea portantă a solului, cum ar fi Teoria capacității portante definitive de la Terzaghi, care calculează capacitatea portantă finală pentru fundațiile continue de mică adâncime.
Folosește o ecuație care ia în considerare parametrii solului, cum ar fi coeziunea, greutatea efectivă a unității, adâncimea și lățimea picioarelor.
O altă modalitate de a vă da seama cât de multă greutate poate suporta un sol nesaturat cu granulație fină este să utilizați rezistența la forfecare din testele de compresie neconfinate.
Ecuația capacității portante (drenată) funcționează numai pentru bazele de mică adâncime care suportă sarcini verticale care nu sunt excentrice.
Folosind rezistența la compresiune nelimitată pentru a estima capacitatea portantă:
Rezistența la compresiune nelimitată funcționează numai pentru soluri care se lipesc împreună.
Nu poate fi folosit pentru a afla cât de multă greutate poate suporta un sol necoeziv, deoarece are nevoie de un set diferit de parametri.
Testarea solului este o modalitate importantă de a afla cât de puternică este fundația unei clădiri și cât de multă greutate poate suporta aceasta.
Proprietățile solului sunt găsite prin teste de laborator și există diferite moduri de a afla cât de multă greutate poate suporta un sol în funcție de proprietățile sale.
Pentru solurile coezive și necoezive, este important să folosiți metodele potrivite și să luați în considerare diferiți parametri ai solului pentru fiecare metodă.
Rezistența suportului a zidăriei
Tensiune maximă utilizabilă pentru zidăria de beton
La fibra de compresie extremă a zidăriei din beton, cea mai mare tensiune care poate fi utilizată este 0,0025.
Zidarie armata
Pentru zidăria armată, tensiunile de compresiune și tracțiune din armătură sub limita de curgere specificată sunt egale cu modulul de elasticitate al armăturii înmulțit cu deformarea din oțel.
Capacitatea de forfecare a zidăriei
De asemenea, vă puteți da seama de rezistența nominală la rulment a zidăriei uitându-vă la cât de mult poate rezista la stres.
Într-o grindă simplă, capacitatea de forfecare merge de la 0 la suport până la infinit în mijloc.
În codurile și liniile directoare relevante de proiectare, puteți găsi formula pentru determinarea capacității de forfecare în funcție de M/Vd.
Considerații importante pentru proiectarea zidăriei
Este important să rețineți că aceste calcule se bazează pe anumite ipoteze și coduri de proiectare.
Când proiectați zidărie, trebuie să vă gândiți cu atenție la lucruri precum tipurile de încărcări, proprietățile materialelor și modul în care este configurată structura.
Înainte de a face calcule sau de a lua orice decizie de proiectare cu privire la structurile de zidărie, cel mai bine este să verificați codurile și liniile directoare de proiectare relevante.
Efectele temperaturii ridicate asupra oțelului
Oțelul este adesea folosit în construcții și inginerie, dar când devine prea fierbinte, își pierde capacitatea de a menține greutatea.
Aproximativ 425°C este cea mai ridicată temperatură peste care oțelul începe să-și piardă capacitatea de a menține greutatea.
Între 600°C și 650°C, oțelul își va pierde jumătate din rezistență și, în funcție de greutatea pe care o suportă, s-ar putea rupe.
În jurul valorii de 500°C, rezistența oțelului structural laminat la cald își pierde o mare parte din capacitatea de încărcare la temperatura camerei.
La 1100 ° F (593,33 ° C), oțelul are încă aproximativ 50% din rezistența sa.
Când oțelul se topește la aproximativ 2700 ° F (1482,22 ° C), renunță la toată rezistența sa.
De cele mai multe ori, la proiectare, se presupune că toată capacitatea se pierde la aproximativ 2200 ° F (1204,44 ° C).
Efectul focului asupra oțelului structural
În oțelul BS EN 10025 clasa S275, o secțiune de oțel structurală laminată la cald de clasa S275 care a fost în incendiu și s-a încălzit mai mult de 600°C își poate pierde unele dintre proprietăți după ce s-a răcit.
Indiferent cât de fierbinte este focul, stresul de curgere la temperatura camerei sau înlocuirea nu vor fi necesare dacă elementul îndeplinește toate celelalte cerințe de inginerie, cum ar fi să fie drept.
Când oțelul structural de clasa S355 este încălzit la peste 600°C într-un incendiu, limita de curgere reziduală și rezistența la tracțiune scade și ele.
Rezistența la forfecare a șuruburilor - calcule ale capacității de încărcare la rulment, rupere și forfecare
Sfat: activați butonul de subtitrare dacă aveți nevoie de el. Alegeți „traducere automată” în butonul de setări, dacă nu sunteți familiarizat cu limba vorbită. Poate fi necesar să faceți mai întâi clic pe limba videoclipului înainte ca limba preferată să devină disponibilă pentru traducere.
Rezistența lagărului utilizări
Construcția clădirilor:
Clădirile și structurile de toate tipurile trebuie să fie suficient de puternice pentru a-și menține greutatea.
Indică cât de multă greutate poate suporta o coloană, un perete, o piciorală sau o îmbinare înainte de a se rupe.
Inginerii folosesc calcule numite „rezistență portantă” pentru a se asigura că clădirea își poate suporta propria greutate, precum și greutatea suplimentară care vine de la oameni, echipamente și mediu.
Design pod:
Podurile trebuie construite astfel încât să poată face față sarcinilor grele, cum ar fi mașinile, vântul și cutremure.
Rezistența portantă a fundației și a structurilor de susținere, cum ar fi pilonii și stâlpii, este un factor cheie în a determina cât de multă greutate pot susține.
Inginerii folosesc, de asemenea, rezistența la rulment pentru a-și da seama câtă greutate poate suporta o grindă, o grindă sau un cablu.
Inginerie matematică:
În inginerie mecanică, rezistența rulmenților este foarte importantă, deoarece este folosită pentru a afla cât de multă greutate pot suporta angrenajele, rulmenții și arborii.
Inginerii folosesc calcule ale rezistenței lagărului pentru a se asigura că piesele pot face față forțelor și solicitărilor aplicației, cum ar fi mașinile grele, vehicule și avioane.
Afaceri aerospațiale:
Rezistența lagărului este, de asemenea, importantă în industria aerospațială, unde este folosită pentru a afla cât de multă greutate pot suporta părțile precum aripile, fuzelajele și trenurile de aterizare.
Inginerii folosesc calcule numite „rezistență portantă” pentru a se asigura că avionul poate face față forțelor și solicitărilor care vin odată cu zborul, cum ar fi turbulențele, decolarea și aterizarea.
Clădiri offshore:
Atunci când proiectați și construiți structuri precum platforme petroliere, turbine eoliene și platforme care se află pe mare, rezistența portantă este un factor important.
Aceste clădiri trebuie să poată rezista vremii aspre, cum ar fi vânturile puternice, valurile și curenții.
Rezistența rulmentului este utilizată pentru a afla cât de multă greutate poate suporta fundația și structurile de susținere, precum și cât de multă greutate pot suporta cel mult echipamentul și mașinile.
Afacerea minieră:
În industria minieră, rezistența portantă este foarte importantă, deoarece este folosită pentru a afla cât de multă greutate poate fi pusă pe structurile de susținere subterane, cum ar fi stâlpii și grinzile.
Inginerii folosesc calcule numite „rezistență portantă” pentru a se asigura că structurile pot suporta greutatea rocii de deasupra, precum și forțele și tensiunile cauzate de procesul de exploatare, cum ar fi sablare și forare.
Concluzie
Pe măsură ce terminăm de vorbit despre rezistența rulmentului, este important să ne amintim că această idee este importantă nu doar în inginerie, ci și în viață în general.
Așa cum o clădire are nevoie de o bază puternică pentru a fi înaltă, avem nevoie de o bază puternică pentru a face față provocărilor vieții.
Trebuie să fim înrădăcinați în credințele, valorile și principiile noastre pentru a face față lucrurilor care încearcă să ne doboare.
Clădirile nu sunt singurul lucru care trebuie să fie puternic. Și viețile noastre trebuie să fie puternice.
Trebuie să ne dăm seama câtă greutate putem duce, să găsim ajutorul potrivit și să ne asigurăm că avem o bază solidă pe care să ne sprijinim.
Așadar, înainte de a părăsi acest articol, ia un minut să te gândești cât de puternic ești.
Pe ce îți construiești casa? Cât poți transporta? Și cum poți să te asiguri că ai ajutorul de care ai nevoie pentru a face față provocărilor vieții? Amintiți-vă că o viață bine concepută poate dura la fel de mult ca o clădire bine proiectată.
Așa că ieși și construiește-ți o viață care să-ți susțină visele.
Link-uri și referințe
ACI 318-14 Cerințe ale codului de construcție pentru betonul structural și comentarii
Capitolul 3: Sarcini de proiectare pentru clădiri rezidențiale
Cerințe minime recomandate pentru construcția pereților din zidărie
Distribuie pe…
