Структурные нагрузки или воздействия - это силы , деформации или ускорения, приложенные к компонентам конструкции . [1] [2] Нагрузки вызывают напряжения , деформации и смещения в конструкциях. Оценка их воздействия проводится методами структурного анализа . Избыточная нагрузка или перегрузка могут вызвать разрушение конструкции , поэтому такую возможность следует либо учитывать при проектировании, либо строго контролировать. Механические конструкции, такие как самолеты , спутники ,ракеты , космические станции , корабли и подводные лодки имеют свои особые структурные нагрузки и действия. [3] Инженеры часто оценивают нагрузки на конструкции на основе опубликованных правил , контрактов или спецификаций . Принятые технические стандарты используются для приемочных испытаний и контроля .
Типы [ править ]
Статические нагрузки - это статические силы, которые относительно постоянны в течение длительного времени. Они могут находиться в состоянии растяжения или сжатия . Этот термин может относиться к методу лабораторных испытаний или к нормальному использованию материала или конструкции.
Динамические нагрузки обычно являются переменными или подвижными . Они могут иметь значительный динамический элемент и включать такие аспекты , как удар , импульс , вибрация , динамика всплесков жидкости и т. Д.
Ударная нагрузка - это нагрузка, время приложения которой к материалу составляет менее одной трети естественного периода вибрации этого материала.
Циклические нагрузки на конструкцию могут привести к усталостному повреждению, кумулятивным повреждениям или отказу. Эти нагрузки могут быть повторяющимися нагрузками на конструкцию или могут быть вызваны вибрацией .
Нагрузки на архитектурные и строительные конструкции [ править ]
Структурные нагрузки являются важным фактором при проектировании зданий. Строительные нормы и правила требуют, чтобы конструкции проектировались и строились таким образом, чтобы они могли безопасно противостоять всем воздействиям, с которыми они могут столкнуться в течение срока службы, при этом оставаясь пригодными для использования. [4] Минимальные нагрузки или воздействия указаны в этих строительных нормах и правилах для типов конструкций, географического положения, использования и строительных материалов . [5] Структурные нагрузки делятся на категории по их исходной причине. Что касается фактической нагрузки на конструкцию, нет никакой разницы между статической или динамической нагрузкой, но разделение происходит для использования в расчетах безопасности или для упрощения анализа сложных моделей.
Чтобы соответствовать требованию, чтобы расчетная прочность была выше, чем максимальные нагрузки, строительные нормы и правила предписывают, что при проектировании конструкции нагрузки увеличиваются на коэффициенты нагрузки. Эти коэффициенты нагрузки , грубо говоря, представляют собой отношение теоретической расчетной прочности к максимальной нагрузке, ожидаемой при эксплуатации. Они разработаны, чтобы помочь достичь желаемого уровня надежности конструкции [6] на основе вероятностных исследований, которые принимают во внимание причину возникновения нагрузки, ее повторяемость, распределение и статический или динамический характер. [7]
Собственная нагрузка [ править ]
Статическая нагрузка включает в себя нагрузки, которые относительно постоянны во времени, включая вес самой конструкции и неподвижных приспособлений, таких как стены, гипсокартон или ковер . Крыша - это тоже постоянная нагрузка. Постоянные нагрузки также известны как постоянные или статические нагрузки. Строительные материалы не выдерживают нагрузки до тех пор, пока не будут построены в постоянном положении. [8] [9] [10] IS875 (часть 1) -1987 дает удельный вес строительных материалов, деталей, компонентов.
Живая нагрузка [ править ]
Временные нагрузки или приложенные нагрузки являются временными, непродолжительными или подвижными . Эти динамические нагрузки могут включать такие факторы , как удар , импульс , вибрация , динамика всплесков жидкости и усталость материала .
Динамические нагрузки, иногда также называемые вероятностными нагрузками, включают в себя все силы, которые являются переменными в пределах нормального рабочего цикла объекта, не включая нагрузки строительства или окружающей среды.
Временные нагрузки на крышу и пол возникают во время технического обслуживания рабочими, оборудованием и материалами, а в течение срока службы конструкции - подвижными объектами, такими как плантаторы и люди.
Живые нагрузки моста создаются транспортными средствами, движущимися по настилу моста.
Экологические нагрузки [ править ]
Экологические нагрузки - это структурные нагрузки, вызванные естественными силами, такими как ветер, дождь, снег, землетрясение или экстремальные температуры.
- Ветровые нагрузки
- Снег , дождь и ледяные нагрузки
- Сейсмические нагрузки
- Гидростатические нагрузки
- Изменения температуры, приводящие к тепловому расширению, вызывают тепловые нагрузки
- Пондинг нагрузки
- Морозное пучение
- Боковое давление грунта , грунтовых вод или сыпучих материалов
- Нагрузки от жидкостей или наводнений
- Таяние вечной мерзлоты
- Пыльные нагрузки
Другие нагрузки [ править ]
Инженеры также должны знать о других действиях, которые могут повлиять на конструкцию, например:
- Фонд урегулирования или перемещение
- Огонь
- Коррозия
- Взрыв
- Ползучесть или усадка
- Удар от транспортных средств или вибрации оборудования
- Строительные нагрузки
Комбинации нагрузок [ править ]
Комбинация нагрузок возникает, когда на конструкцию действует более одного типа нагрузки. Строительные нормы и правила обычно определяют различные комбинации нагрузок вместе с коэффициентами нагрузки (весами) для каждого типа нагрузки, чтобы гарантировать безопасность конструкции при различных сценариях максимальной ожидаемой нагрузки. Например, при проектировании лестницы коэффициент статической нагрузки может быть в 1,2 раза больше веса конструкции, а коэффициент временной нагрузки может быть в 1,6 раза больше максимальной ожидаемой временной нагрузки. Эти две «факторизованные нагрузки» объединяются (складываются) для определения «необходимой прочности» лестницы.
Причина несоответствия между факторами статической и временной нагрузки и, следовательно, причина, по которой нагрузки изначально классифицируются как мертвые или живые, заключается в том, что, хотя вполне разумно ожидать, что большое количество людей поднимется по лестнице одновременно, это меньше Вероятно, что постоянная нагрузка на конструкцию сильно изменится.
Структурные нагрузки самолета [ править ]
Для самолетов загрузка делится на две основные категории: предельные нагрузки и предельные нагрузки. [11] Предельные нагрузки - это максимальные нагрузки, которые компонент или конструкция могут безопасно нести. Предельные нагрузки - это предельные нагрузки, умноженные на коэффициент 1,5, или точка, при превышении которой компонент или конструкция выйдет из строя. [11] Пороговые нагрузки определяются статистически и предоставляются таким агентством, как Федеральное управление гражданской авиации . Ударные нагрузки слабо ограничены способностью конструкций выдерживать замедление при сильном ударе о землю . [12]Другие нагрузки, которые могут быть критическими, - это нагрузки от давления (для герметичных высотных самолетов) и наземные нагрузки. Нагрузки на земле могут возникать в результате резкого торможения или маневрирования во время руления . Самолеты постоянно подвергаются циклическим нагрузкам. Эти циклические нагрузки могут вызвать усталость металла . [13]
См. Также [ править ]
- Катастрофа в отеле New World - вызвана отсутствием статической нагрузки на здание при расчетах нагрузки
- Линия влияния
- Вероятностный дизайн
- Механическая нагрузка
Ссылки [ править ]
- ^ ASCE / SEI 7-05 Минимальные расчетные нагрузки для зданий и других конструкций . Американское общество инженеров-строителей. 2006. с. 1. ISBN 0-7844-0809-2.
- ^ "1.5.3.1". Еврокод 0: Основы проектирования конструкций EN 1990 . Брюссель: Европейский комитет по стандартизации. 2002 г.
- ^ Аваллоне, EA; Баумейстер, Т. (ред.). Стандартный справочник Марка для инженеров-механиков (10-е изд.). Макгроу-Хилл. С. 11–42. ISBN 0-07-004997-1.
- ^ "2.2.1 (1)". Еврокод 0: Основы проектирования конструкций EN 1990 . Брюссель: Европейский комитет по стандартизации. 2002 г.
- ^ "1604.2". Международный Строительный Кодекс . США: Международный совет по кодексу. 2000. с. 295. ISBN 1-892395-26-6.
- ^ "2.2.5 (б)". Еврокод 0: Основы проектирования конструкций EN 1990 . Брюссель: Европейский комитет по стандартизации. 2002 г.
- ^ Рао, Сингиресу С. (1992). Дизайн, основанный на надежности . США: Макгроу-Хилл. С. 214–227. ISBN 0-07-051192-6.
- ^ 2006 Международный Строительный Кодекс Раздел 1602.1.
- ^ EN 1990 Еврокод - Основы проектирования конструкций, раздел 4.1.1
- ^ EN 1991-1-1 Еврокод 1: Воздействие на конструкции - Часть 1-1: Общие воздействия - плотность, собственный вес, прилагаемые нагрузки для зданий, раздел 3.2
- ^ a b Брюс К. Дональдсон, Анализ конструкции самолета: Введение (Кембридж; Нью-Йорк: Cambridge University Press, 2008), стр. 126
- ^ Экспериментальная механика: достижения в проектировании, тестировании и анализе , том 1, изд. И.М. Эллисон (Роттердам, Нидерланды: AA Balkema Publishers, 1998), стр. 379
- ^ Брюс К. Дональдсон, Анализ конструкций самолетов: Введение (Кембридж; Нью-Йорк: Cambridge University Press, 2008), стр. 129
Внешние ссылки [ править ]
- Любкеман, Крис Х. и Дональд Петтинг «Лекция 17: Основные нагрузки». Университет Орегона. 1996 [1]
- Физетт, Пол и Американский лесной совет. «Понимание нагрузок и использование таблиц пролета». 1997. [2]