Болат құрылымының жүктеме сыйымдылығын қалай есептеу керек?

Кіріспе

Болат құрылымының жүк көтергіштігін есептеу құрылымдық инженерияның негізгі аспектісі болып табылады. Бұл құрылымның бос жүктемелерін сәтсіздіксіз сенімді қолдауын қамтамасыз етеді. Процесс материалдық қасиеттерді, құрылымдық дизайнды және қолданбалы жүктемелердің күрделі түрлерін қамтиды. Бұл сыйымдылықты қалай дәл анықтауға болатындығын түсіну, жобалау және бағалау инженерлері мен сәулетшілері үшін өте маңызды Болат конструкциялары . Бұл мақала методологияларға, теориялық іргетастарға және болат конструкцияларының жүк көтергіштігін есептеуге қатысады.

Болат құрылымының дизайнындағы негізгі түсініктер

Жүк көтергіштігін есептеу алдында болат құрылымды жобалауды реттейтін негізгі ұғымдарды түсіну қажет. Оларға материалдық қасиеттер, мысалы, берылық күш, созылу күші және серпімділік модульі жатады. Тесіздің әр түрлі жүктеме жағдайындағы әрекеті - кернеу, сығымдау, иілу және ығысуды мұқият талдау қажет. Бұған қоса, шелек, шаршау және материалдық ақаулар сияқты факторлар құрылымның жалпы сыйымдылығына әсер етеді.

Болаттың материалдық қасиеттері

Болат жоғары беріктігі, салмаққа, икемділікпен және әмбебаптықпен танымал. Табыстылық күші - болат пластикалық деформациядан басталатын стресс. Құрылымдық болат үшін, әдеттегі кірістіліктің әдеттегі күштері 250 МПа-дан 460 МПа-ға дейін. Тенсиле күші, өнімділік күшіне жоғарырақ, бұл болат мойынға дейін созылуға төтеп бере алатын ең көп стресс. Серпімділік модулі, болатқа арналған шамамен 200 GPA, материалдың қаттылығын өлшейді.

Жүктемелер түрлері

Болат конструкциялары әр түрлі жүктемелерге ұшырайды:

1. Өлі жүктер: тұрақты жүктемелер Құрылғының өз салмағы және кез-келген бекітілген қондырғылар.

2. Тікелей жүктемелер: уақытша немесе жылжымалы жүктер, жиһаз, көлік құралдары.

3. Экологиялық жүктер: жел, қар, сейсмикалық белсенділік және температураның өзгеруі.

Бұл жүктемелерді дәл бағалау қауіпсіз дизайн үшін өте маңызды.

Жобалық кодтар және стандарттар

Жобалық кодтар қауіпсіздік пен сенімділікті қамтамасыз ету үшін нұсқаулар мен формулаларды ұсынады. Америка Құрама Штаттарында Американдық болат құрылыс институты (AISC) кеңінен қолданылатын болат құрылыс құралы шығарады. Бұл кодтар қауіпсіздік, жүктеме комбинациясы және материалдық сипаттамаларды ескереді. Есептеу процесінде осы стандарттардың сақталуы өте маңызды.

Есептеу әдістері

Жүк көтергіштігін есептеу бірнеше қадамдар мен пікірлерді қамтиды:

1. Қолданыстағы жүктемелерді анықтау

Бірінші қадам - құрылымдағы барлық жүктемелерді анықтау. Бұған өлген жүктемелер материалдық тұрғыдан және өлшемдер негізінде есептеу кіреді, бұл белгілі бір стандарттарға, белгілі стандарттарға, аймақтық деректерге сәйкес қоршаған ортаға жүктемелерге бағаланады.

2. Құрылымдық мүшелерді таңдау

Тиісті құрылымдық мүшелерді таңдау (сәулелер, бағандар, трюсс), көлденең пішінді, мөлшері және материалдық баға сияқты факторларды ескеруді қамтиды. Жалпы пішіндерге I-сәулелер, арналар және түтіктер кіреді. Іріктеуге жүктеме түріне және қалалардың ұзындығына әсер етеді.

3. Бөлімнің қасиеттерін есептеу

Бөлімдегі тармақ, мысалы, инерция моменті және бөлімдегі модуль, таңдалған мүшелер үшін есептеледі. Бұл қасиеттер мүшенің иілу және сығымдау күштеріне қарсы тұру қабілетін анықтауда өте маңызды.

4. Құрылымдық мінез-құлыққа талдау жасау

Құрылымдық талдау құрылымдағы ішкі күштер мен сәттерді келесі әдістерді қолдана отырып есептеуді қамтиды:

- Статикалық талдау: құрылымдар үшін жүктер баяу қолданылады және тұрақты болып қалады.

- Динамикалық талдау: ауыспалы немесе әсер ету жүктемелеріне ұшыраған құрылымдар үшін.

Ақырлы элементтерді талдау (FEA) бағдарламалық жасақтамасы көбінесе күрделі құрылымдар үшін жиі қолданылады және жүктемедегі мінез-құлықты модельдеу үшін қолданылады.

5. Сәтсіздік режимдерін тексеру

Болат конструкциялары әр түрлі режимдер арқылы сәтсіздікке ұшырауы мүмкін:

- Табыс: стресс шығымдылық берешекінен асып кеткен кезде.

- Шекаралау: Сығымдау мүшелері үшін бағандар сияқты.

- Шаршау: уақыт өте келе циклдік жүктеменің арқасында.

Есептеулер дизайндағы кернеулердің барлық ықтимал режимдер үшін рұқсат етілген шектеулерінің ішінде болуын қамтамасыз етуі керек.

Мысал есептеу

Біркелкі таратылған жүктеме (UDL) болатын жай ғана қолдау көрсетілетін болат сәулесін қарастырыңыз. Оның жүктеме сыйымдылығын есептеу қадамдары келесідей:

1-қадам: Материалдық қасиеттерді анықтаңыз

Сәуле ASTM A36 болаттан жасалған делік ASTM A36, 250 МПа кірістілігі бар (FY).

2-қадам: сәулелік өлшемді таңдаңыз

W-бөлімін таңдаңыз (кең фланецтік сәуле), мысалы, w310x60. Қасиеттері:

- Модуль (SX): 938 x 10 ³ мм³

- Инерция сәті (Ix): 145 x 10 ⁶ мм⁴

3-қадам: максималды сәттерді есептеңіз

UDL астындағы жай қолдау көрсетілетін сәуле үшін:

[M_ {max} = { frac {wl ^ 2} {8} ]

Қайда:

- (w ) = бірліктің ұзындығына жүктеме (N / MM)

- (l ) = SPAN ұзындығы (мм)

4-қадам: рұқсат етілген сәтті анықтаңыз

Рұқсат етілетін MOVE (M _{рұқсат етіңіз} ):

[M_ {RET} = f_Y Times S_X ]

[М1 {Рұқсат ету} = 250 Times 10 ^ 6 Times 10 ^ ^ Times 10 ^ ^ {- 6} = 234.5 TA 10 ^ 3 , мәтін {n · mm} ]

5-қадам: Максималды жүктеме үшін шешіңіз

(W ) шешілетін ең көп дегенде максималды формуланы қайта құру:

[W = frac {8M_ {рұқсат беру}}} {l ^ 2} ]

SPAN ұзындығын қабылдау (l = 6000 , мәтін {mm} ):

[W = Frac {8 {8444.5 TA 10 TES 10 ^ 3} ^ 3} {(6000) ^ 2} = 5.22 , text {n / mm} ]

Осылайша, сәуле 6 метрлік арада 5,22 н / мм біркелкі жүкті қолдай алады.

Озық пікірлер

Іс жүзінде қосымша факторлар қарастырылуы керек:

Қауіпсіздік факторлары және қауіпсіздік факторлары

Дизайн кодтары белгісіздік үшін жүктеме және қарсылық факторларын қолдануды талап етеді. Жүктеме және қарсылық коэффициенттерінің дизайны (LRFD) әдісі, мысалы, қауіпсіздікті қамтамасыз ету үшін факторлы жүктемелер мен материалдық күшті қолданады.

Бағандарға арналған Buckling талдауы

Бағандар үшін Эйлердің критикалық жүктеме формуласы шелек жүктемені анықтайды:

[{{Cr} = frac { pi ^ 2 ei} {(kl) ^ 2}} ]

Қайда:

- (e ) = Серпімділік модулі

- (i ) = инерция сәті

- (k ) = бағанның тиімді ұзындығы факторы

- (l ) = Қолдау көрсетілмейтін ұзындық

Дизайн қолданбалы жүктеменің сынық жүктемесінен аз болуын қамтамасыз етуі керек.

Бағдарламалық құрал құралдары және модельдеу

Заманауи инженерия күрделі есептеулер үшін бағдарламалық жасақтамаға өте мұқият қарайды:

- Ақырлы элементтерді талдау (FEA): Ansys сияқты құралдар, ABAQUS, ABAQus жүктеме құрылымдық мінез-құлқы.

- Дизайн бағдарламалық жасақтамасы: SAP2000 сияқты бағдарламалар, STAAD.PRO құрылымдарды жобалауға және талдауға көмектесу.

Бұл құралдар күрделі геометрияларды, жүктеме комбинацияларын және қолмен есептеуге қиындық тудыратын материалдық әрекеттерге арналған.

Инженерлерге арналған практикалық кеңестер

- Екі рет тексеру Есептеулер: Әрқашан есептеулерді дербес немесе балама әдістерді қолдана отырып тексеріңіз.

- Кодтармен жаңартылып отырыңыз: дизайн кодтары мерзімді түрде жаңартылады; Соңғы стандарттардың сақталуын қамтамасыз етіңіз.

- Сыныптау мәселесін қарастырыңыз: практикалық құрылыс әдістері мен дайындықтары бар дизайн.

- Дефекциялар үшін есептік жазба: қызмет көрсету құрылымы құрылымның функционалдығы үшін шектеулерді шектейді.

Қорытынды

Болат конструкцияларының жүк көтергіштігін есептеу - бұл материалдық ғылымды, құрылымдық талдауды және дизайн кодтарын ұстанатын мұқият процесс. Қасиеттерін мұқият түсіну арқылы Болат конструкциялары және қатаң аналитикалық әдістерді қолдану, инженерлер қауіпсіз және тиімді құрылымдарды жобалай алады. Есептеу құралдары мен материалдар технологиясындағы үздіксіз жетістіктер Осы есептеулердің дәлдігі мен сенімділігін одан әрі арттырады. Осы ұғымдарды игеру инженерлер құрылымдық дизайн мен адалдыққа ие болу үшін өте маңызды.