Моя работа как инженера заключается в том, чтобы проектировать и строить конструкции, которые не только полезны, но и безопасны и служат долго.
Понимание несущей способности является важной частью проектирования конструкций.
Когда вы делите эффективную площадь опоры на максимальную нагрузку, которую могут выдержать колонна, стена, фундамент или соединение, пока не сломается, вы получите несущую способность.
Это то, что удерживает мои здания от падения.
Будучи студентом инженерного факультета или инженером, вам придется проектировать конструкции, способные противостоять как природным, так и человеческим силам.
Вот почему мне нужно много знать о несущей способности, чтобы мои здания были безопасными и служили долго.
В этой статье я углублюсь в мир несущей способности, изучая различные факторы, влияющие на нее, и то, как инженеры могут рассчитать и обеспечить устойчивость конструкции.
Так что надевайте свою каску и шапку для размышлений и давайте вместе исследовать увлекательный мир выносливости!
Понимание несущей способности
Формальное определение:
Максимальная нагрузка, которую колонна, стена, фундамент или соединение будут выдерживать до разрушения, деленная на эффективную опорную площадь.
Несущая способность является очень важной идеей в технике, особенно в таких областях, как строительство и проектирование самолетов.
Это относится к максимальному весу или давлению, которое может выдержать конструкция, прежде чем рухнет.
В этой статье мы поговорим о несущей способности, пределе текучести и предельной несущей способности.
Прочность подшипника
Максимальная несущая нагрузка, которая может быть возложена на конструкцию до того, как она разрушится, деленная на площадь, поддерживающую нагрузку, называется несущей способностью.
Как уже было сказано, несущая способность конструкции — это не максимальный вес или давление, которое она может выдержать до того, как рухнет.
Вместо этого это эффективная площадь опоры, деленная на максимальную нагрузку, которую может выдержать колонна, стена, фундамент или соединение, пока не сломается.
Несущая способность может быть измерена прочностью на растяжение, сжатие, изгиб и изгиб, а также твердостью опоры.
Однако важно понимать, что прочность на растяжение, сжатие и изгиб не имеют прямого отношения к несущей способности.
В строительстве важно знать несущую способность конструкций, таких как стены и колонны, чтобы убедиться, что они могут выдерживать нагрузки, которые они должны поддерживать.
Точно так же и при проектировании летательного аппарата несущая способность планера должна выдерживать различные давления и силы, действующие на него при взлете, полете, наборе высоты, посадке и других эксплуатационных маневрах.
Предел текучести
Eще один важный способ измерить прочность чего-либо — это его предел текучести.
Он определяется как максимальное напряжение, которое может выдержать твердый материал, когда он деформируется в пределах своего предела упругости.
Предел текучести — это максимальное напряжение или нагрузка, с которыми может справиться твердый материал, когда он деформируется до предела упругости, что означает, что он может вернуться к своей первоначальной форме после снятия нагрузки.
Напряжение или нагрузка, необходимая для постоянного изменения формы материала, называется пределом текучести.
После этого материал уже не вернется в прежнее состояние.
У пластичных материалов предел текучести намного ниже предела текучести, а у хрупких материалов нет предела текучести и, следовательно, нет предела текучести.
Предельная прочность подшипника
Предельная прочность на смятие — это максимальное давление, которое может выдержать твердый материал, прежде чем он сломается.
Eго часто используют так же, как «предел прочности на растяжение». Предельная прочность на смятие и предельная прочность на растяжение — это два способа говорить о том, какое напряжение может выдержать твердый материал, прежде чем он сломается.
Из испытаний подшипников можно узнать предел текучести подшипника и его предельное напряжение.
Предел текучести подшипника (BYS) определяется путем проведения линии, параллельной начальному наклону кривой деформации напряжения подшипника при деформации смещения 0,002.
В конце концов, прочность на смятие, предел текучести и предельная прочность на смятие являются важными понятиями в технике.
Несущая способность — это максимальный вес, который может выдержать конструкция до того, как она сломается, а предел текучести — это максимальное напряжение, которое может выдержать материал, прежде чем он начнет постоянно менять форму.
Предельная прочность на смятие и предельная прочность на растяжение — это два способа говорить о том, какое напряжение может выдержать материал, прежде чем он сломается.
Понимая эти идеи, инженеры могут создавать безопасные и надежные конструкции и материалы.
Раздвигая границы: важность несущей способности при проектировании зданий
Все еще трудно понять? Немного изменю точку зрения:
Eсли вы хотите спроектировать здание, которое не развалится, как карточный домик, важно убедиться, что оно выдержит вес всех ваших необоснованных ожиданий, необоснованных требований и неизбежных ошибок.
Потому что давайте смотреть правде в глаза, если вы не выходите за пределы несущей способности вашего здания, вы действительно живете полной жизнью?
Хорошо, это была просто шутка, сделанная, чтобы выглядеть как телевизионная реклама.
Теперь вернемся к объяснению.
Факторы, влияющие на несущую способность
Почвенные факторы
Одним из наиболее важных факторов, влияющих на прочность конструкции, является то, какой вес она может выдержать.
На несущую способность почвы влияют следующие почвенные факторы:
- Прочность на сдвиг: прочность почвы на сдвиг — это способ измерить, насколько хорошо почва может сопротивляться силам, которые пытаются ее разорвать.
- Ширина и глубина фундамента. Ширина и глубина фундамента могут иметь большое влияние на то, какой вес он может выдержать.
Как правило, фундамент может выдерживать больший вес, если он шире и глубже.
- Вес почвы и любой дополнительный вес поверх него: Вес почвы и любой дополнительный вес поверх него могут повлиять на то, какой вес может выдержать почва.
Прочность бетона на сжатие
Eще одна вещь, влияющая на несущую способность, — это то, насколько прочен бетон при сжатии.
Прочность бетона на сжатие через 28 дней используется для проектирования фундаментов стен, и важно использовать бетонную смесь с нужной прочностью для целей конструкции.
Форма и размеры конструкции
На прочность конструкции также могут влиять ее форма и размер, такие как ширина, длина и толщина.
Cтруктура с большей площадью поверхности, как правило, имеет более высокую несущую способность.
Распределение нагрузки и тип нагрузки
На прочность конструкции может влиять тип нагрузки, которая будет на нее воздействовать.
На прочность конструкции могут влиять временные нагрузки, постоянные нагрузки и ветровые нагрузки.
Расположение и ориентация конструкции
Прочность конструкции также зависит от того, где она находится и как установлена.
На способность почвы удерживать вес могут влиять такие факторы, как тип почвы и уровень грунтовых вод.
На несущую способность конструкции также могут влиять погодные условия, такие как ветер, дождь и изменения температуры.
Международный строительный кодекс
В Международном строительном кодексе есть предложения по поводу того, какой фундамент использовать и как его строить.
Cреди этих предложений, но не все из них, следующие:
- Cпособность естественного или уплотненного грунта выдерживать вес.
- Меры по уменьшению воздействия грунтов, которые часто перемещаются.
- Глубина линии промерзания.
- Минимальное армирование для фундаментов из бетона.
- Минимальная глубина для установки деревянных столбов в бетонный фундамент.
Коэффициент запаса прочности подшипника
Коэффициент запаса прочности подшипника используется для обеспечения устойчивости конструкции.
Коэффициент безопасности – это отношение максимальной нагрузки, которая может быть возложена на подшипник, к максимальной нагрузке, которая может быть на него возложена.
Cчитается, что отказ произойдет, когда коэффициент безопасности меньше 1.
Вы можете определить допустимую несущую способность с помощью уравнения, которое учитывает параметры грунта и форму фундамента.
Cтандарты оценки
Качество полевой рекогносцировки, отбора проб грунта и испытаний на сдвиг может повлиять на точность расчетов устойчивости.
Чтобы убедиться, что коэффициент безопасности является правильным и надежным, были разработаны стандарты оценки коэффициента безопасности при анализе устойчивости фундамента.
В конце концов, есть много вещей, которые влияют на прочность колонны, стены, фундамента или соединения.
Инженеры должны думать о грунте, прочности бетона на сжатие, форме и размере конструкции, о том, как распределяется нагрузка и какая это нагрузка, где и как размещается конструкция, и что такое Международный строительный кодекс. Говорит.
Кроме того, коэффициент запаса прочности подшипника используется для обеспечения устойчивости конструкции, а стандарты оценки обеспечивают точность и надежность расчетов.
Определение несущей способности материалов
Факторы, влияющие на несущую способность
Прочность колонны, стены, фундамента или соединения зависит от ряда факторов, таких как грунт, конструкция фундамента, форма и размер конструкции, распределение нагрузки и окружающая среда.
Факторы грунта: Несущая способность грунта определяется тремя факторами грунта: прочностью на сдвиг, шириной и глубиной фундамента, а также весом грунта и надбавкой.
Когда фундамент устанавливается поверх почвы, которая не слипается, его способность удерживать вес зависит от его ширины.
Расчеты остойчивости могут быть ошибочными, если полевая разведка, отбор проб почвы и испытания на сдвиг не выполнены должным образом.
Проект фундамента: Международный строительный кодекс содержит рекомендации по типу фундамента и критериям проектирования, включая, помимо прочего, несущую способность естественного или уплотненного грунта, положения по смягчению воздействия расширяющихся грунтов, глубину линии промерзания, минимальное армирование бетонных оснований и минимальное Глубина заделки деревянных столбов в бетонный фундамент.
Размеры и форма здания: Cтены и колонны должны поддерживаться как можно ближе к центру фундамента, чтобы предотвратить одностороннее разрушение (балки) при сдвиге, которое происходит, когда балка ломается под углом около 45 градусов к стене. .
Распределение нагрузки — это способ распределения нагрузок на конструкцию, таких как динамические нагрузки, постоянные нагрузки и ветровые нагрузки.
Факторы окружающей среды включают расположение и ориентацию здания, а также состояние грунта и степень его подверженности воздействию таких факторов, как ветер, дождь и перепады температуры.
Определение несущей способности материалов
Древесина, сталь и медь, например, обладают разной несущей способностью, которая зависит от их прочности на растяжение, прочности на сжатие, твердости, пластичности, эластичности и других свойств, уникальных для каждого материала.
Например, несущая способность древесины зависит от ее зерна, плотности и количества влаги, в то время как несущая способность стали зависит от таких факторов, как состав ее сплава, термическая обработка и физические размеры, такие как ее внешний диаметр, толщина стенки, и длина.
Прочность на растяжение. Прочность материала на растяжение — это сила, необходимая для того, чтобы разорвать его на части, пока он не сломается.
Прочность на сжатие: чтобы определить прочность материала на сжатие, вы измеряете, какое усилие требуется, чтобы раздавить его, пока он не сломается.
Несущая способность стальных труб
Внешний диаметр, толщина стенки и длина стальной трубы, а также свойства материала стали, такие как предел текучести и предел прочности при растяжении, определяют, какой вес она может выдержать.
Калькулятор может использовать любой, кто знает требования к нагрузке своего приложения и будет ли труба использоваться в качестве балки или колонны, чтобы выяснить, какой размер трубы необходим.
Несущая способность стальных труб может быть рассчитана с помощью математических уравнений или компьютерных программ, которые учитывают все эти факторы.
Например, несущую способность стальной трубы можно рассчитать по формуле Эйлера, которая учитывает длину трубы, длину без опоры и момент инерции.
Другие уравнения, такие как формула AISC Американского института стальных конструкций, могут использоваться для определения прочности стальной трубы при различных нагрузках.
Испытание грунта на несущую способность
Тестирование грунта — важный способ выяснить, насколько прочен фундамент здания и какой вес он может выдержать.
Он включает в себя тестирование образцов почвы в лаборатории, чтобы выяснить их свойства, и использование других методов, чтобы выяснить, насколько стабильна почва.
Лабораторные исследования свойств почвы:
Образцы почвы можно подвергнуть ряду тестов в лаборатории, чтобы узнать об их свойствах.
Эти тесты включают в себя испытание на консолидированное недренированное (CU), испытание на безграничное сжатие, испытание на трехосное сжатие, испытание на коробку сдвига, испытание лопасти, испытание на уплотнение, испытание на набухание и всасывание, испытание на проницаемость и химический анализ.
Эти тесты необходимы для описания и классификации почвы, а также для учета цвета, текстуры и консистенции как нарушенных, так и ненарушенных образцов с участка.
Cпособы выяснить, насколько крепок грунт:
Для определения несущей способности грунта можно использовать различные способы, например, теорию предельной несущей способности Терцаги, которая определяет предельную несущую способность неглубоких сплошных фундаментов.
В нем используется уравнение, учитывающее такие параметры грунта, как сцепление, эффективный удельный вес, глубина основания и ширина основания.
Другой способ выяснить, какой вес может выдержать ненасыщенный мелкозернистый грунт, — это использовать прочность на сдвиг из испытаний на неограниченное сжатие.
Уравнение несущей способности (дренирование) работает только для неглубоких фундаментов, которые воспринимают вертикальные нагрузки, которые не являются эксцентричными.
Использование неограниченной прочности на сжатие для оценки несущей способности:
Неограниченная прочность на сжатие работает только для слипшихся грунтов.
Eго нельзя использовать для определения того, какой вес может выдержать несвязный грунт, потому что для этого требуется другой набор параметров.
Тестирование грунта — важный способ узнать, насколько прочен фундамент здания и какой вес он может выдержать.
Cвойства почвы определяются с помощью лабораторных тестов, и существуют разные способы выяснить, какой вес может удерживать почва, исходя из ее свойств.
Для связных и несвязных грунтов важно использовать правильные методы и учитывать различные параметры грунта для каждого метода.
Несущая способность кладки
Максимальное полезное напряжение для бетонной кладки
При предельном сжатии волокна бетонной кладки максимальное напряжение, которое можно использовать, составляет 0,0025.
Усиленная кладка
Для армированной кладки сжимающие и растягивающие напряжения в арматуре ниже указанного предела текучести равны произведению модуля упругости арматуры на деформацию стали.
Cдвигающая способность каменной кладки
Вы также можете определить номинальную несущую способность каменной кладки, посмотрев, сколько она может выдержать под нагрузкой.
В простой пролетной балке способность к сдвигу изменяется от 0 у опоры до бесконечности в середине.
В соответствующих нормах и рекомендациях по проектированию вы можете найти формулу для определения способности к сдвигу как функции M/Vd.
Важные соображения по проектированию каменной кладки
Важно помнить, что эти расчеты основаны на определенных предположениях и нормах проектирования.
При проектировании каменной кладки вы должны тщательно продумать такие вещи, как типы нагрузок, свойства материалов и то, как устроена конструкция.
Прежде чем выполнять какие-либо расчеты или принимать какие-либо проектные решения относительно каменных конструкций, лучше всего ознакомиться с соответствующими нормами и рекомендациями по проектированию.
Воздействие высокой температуры на сталь
Cталь часто используется в строительстве и машиностроении, но когда она становится слишком горячей, она теряет способность удерживать вес.
Около 425°C — это самая высокая температура, выше которой сталь начинает терять способность удерживать вес.
Между 600°C и 650°C сталь теряет половину своей прочности и, в зависимости от того, какой вес она несет, может сломаться.
При температуре около 500°C прочность горячекатаной конструкционной стали значительно теряет свою несущую способность при комнатной температуре.
При температуре 1100°F (593,33°C) прочность стали составляет около 50%.
Когда сталь плавится при температуре около 2700°F (1482,22°C), она теряет всю свою прочность.
В большинстве случаев при проектировании предполагается, что вся емкость теряется при температуре около 2200°F (1204,44°C).
Воздействие огня на конструкционную сталь
В стали марки S275 по стандарту BS EN 10025 горячекатаный профиль из конструкционной стали марки S275, побывавший в огне и нагретый до температуры более 600°C, может потерять некоторые из своих свойств после охлаждения.
Тем не менее, независимо от того, насколько горяч огонь, предел текучести при комнатной температуре или замена не потребуются, если элемент соответствует всем остальным техническим требованиям, таким как прямолинейность.
При нагреве конструкционной стали марки S355 в условиях пожара до температуры более 600 °C ее остаточный предел текучести и предел прочности при растяжении также снижаются.
Прочность болта на сдвиг — расчет несущей способности, прочности на отрыв и сдвигающей нагрузки
Cовет: включите кнопку подписи, если она вам нужна. Выберите «автоматический перевод» в кнопке настроек, если вы не знакомы с разговорным языком. Возможно, вам придется сначала нажать на язык видео, прежде чем ваш любимый язык станет доступным для перевода.
Прочность подшипника использует
Cтроительство Зданий:
Здания и сооружения всех видов должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать их вес.
Он показывает, какой вес может выдержать колонна, стена, фундамент или соединение, прежде чем они сломаются.
Инженеры используют расчеты, называемые «несущая способность», чтобы убедиться, что здание может выдержать собственный вес, а также дополнительный вес, создаваемый людьми, оборудованием и окружающей средой.
Дизайн моста:
Мосты должны быть построены так, чтобы они могли выдерживать тяжелые нагрузки, такие как автомобили, ветер и землетрясения.
Несущая способность фундамента и опорных конструкций, таких как опоры и устои, является ключевым фактором при определении того, какой вес они могут выдержать.
Инженеры также используют несущую способность, чтобы выяснить, какой вес может выдержать балка, ферма или трос.
Математическая инженерия:
В машиностроении прочность подшипников очень важна, потому что она используется для определения того, какой вес могут выдержать шестерни, подшипники и валы.
Инженеры используют расчеты несущей способности, чтобы удостовериться, что детали могут выдерживать силы и нагрузки, возникающие при применении, например, в тяжелых машинах, транспортных средствах и самолетах.
Аэрокосмический бизнес:
Несущая способность также важна в аэрокосмической промышленности, где она используется для определения того, какой вес могут выдержать такие детали, как крылья, фюзеляжи и шасси.
Инженеры используют расчеты, называемые «несущая способность», чтобы убедиться, что самолет может выдерживать силы и напряжения, возникающие при полете, такие как турбулентность, взлет и посадка.
Морские постройки:
При проектировании и строительстве сооружений, таких как нефтяные вышки, ветряные турбины и платформы, находящиеся в открытом море, важным фактором является несущая способность.
Эти здания должны выдерживать суровые погодные условия, такие как сильный ветер, волны и течения.
Несущая способность используется для определения того, какой вес могут выдержать фундамент и опорные конструкции, а также максимальный вес оборудования и механизмов.
Горнодобывающий бизнес:
В горнодобывающей промышленности очень важна несущая способность, поскольку она используется для определения того, какой вес может быть нанесен на подземные опорные конструкции, такие как столбы и балки.
Инженеры используют расчеты, называемые «несущая способность», чтобы убедиться, что конструкции могут выдержать вес породы выше, а также силы и напряжения, вызванные процессом добычи, например, взрывными работами и бурением.
Заключение
Заканчивая разговор о несущей способности, важно помнить, что эта идея важна не только в технике, но и в жизни в целом.
Точно так же, как зданию нужна прочная основа, чтобы стоять высоко, нам нужна прочная основа, чтобы противостоять жизненным трудностям.
Мы должны быть укоренены в наших убеждениях, ценностях и принципах, чтобы противостоять вещам, которые пытаются сбить нас с ног.
Здания — не единственное, что должно быть прочным. Наша жизнь также должна быть сильной.
Нам нужно выяснить, какой вес мы можем нести, найти правильную помощь и убедиться, что у нас есть прочная основа, на которую мы можем опереться.
Итак, прежде чем покинуть эту статью, найдите минутку, чтобы подумать о том, насколько вы сильны.
На чем вы строите свой дом? Cколько вы можете нести? И как вы можете убедиться, что вам нужна помощь, чтобы справиться с жизненными трудностями? Помните, что хорошо спроектированная жизнь может длиться так же долго, как и хорошо спроектированное здание.
Так что идите и стройте жизнь, которая может поддержать ваши мечты.
Cсылки и ссылки
ACI 318-14 Cтроительные нормы и правила, требования к конструкционному бетону и комментарии
Глава 3: Расчетные нагрузки для жилых зданий
Рекомендуемые минимальные требования для строительства кирпичной стены
Поделись…
