Структурная нагрузка

Структурная нагрузка или структурное воздействие — это механическая нагрузка (в более общем смысле — сила ), приложенная к элементам конструкции . ^[1]^[2] Нагрузка вызывает напряжение , деформацию , смещение или ускорение в конструкции . Структурный анализ дисциплина , инженерная , анализирует воздействие нагрузок на конструкции и конструктивные элементы. Чрезмерная нагрузка может привести к разрушению конструкции , поэтому это следует учитывать и контролировать при проектировании конструкции. Конкретные механические конструкции, такие как самолеты , спутники , ракеты , космические станции , корабли и подводные лодки , подвергаются своим собственным структурным нагрузкам и воздействиям. ^[3] Инженеры часто оценивают структурные нагрузки на основе опубликованных правил , контрактов или спецификаций . Принятые технические стандарты используются для приемочных испытаний и контроля .

Типы

В гражданском строительстве указанные нагрузки являются наилучшей оценкой фактических нагрузок, которые , как ожидается, будет нести конструкция. Эти нагрузки могут принимать самые разные формы, например, от людей, оборудования, транспортных средств, ветра, дождя, снега, землетрясений, самих строительных материалов и т. д. Во многих случаях заданные нагрузки также называются характеристическими нагрузками.

Здания будут подвергаться нагрузкам от различных источников. Основные из них можно классифицировать как временные нагрузки (нагрузки, которые не всегда присутствуют в конструкции), постоянные нагрузки (нагрузки, которые являются постоянными и неподвижными, за исключением перепроектирования или реконструкции) и ветровые нагрузки, как описано ниже. В некоторых случаях конструкции могут подвергаться другим нагрузкам, например, вызванным землетрясениями или давлением удерживаемого материала. Ожидаемая максимальная величина каждого из них называется характеристической нагрузкой.

Статические нагрузки — это статические силы , которые остаются относительно постоянными в течение длительного времени. Они могут находиться на растяжении или сжатии . Этот термин может относиться к методу лабораторных испытаний или к обычному использованию материала или конструкции.

Временные нагрузки обычно представляют собой переменные или подвижные нагрузки . Они могут иметь значительный динамический элемент и могут включать в себя такие факторы, как удар , импульс , вибрация , динамика выплескивания жидкостей и т. д.

Ударная нагрузка – это нагрузка, время воздействия которой на материал составляет менее одной трети естественного периода вибрации этого материала.

Циклические нагрузки на конструкцию могут привести к усталостному повреждению, кумулятивному повреждению или отказу. Эти нагрузки могут представлять собой повторяющиеся нагрузки на конструкцию или могут быть вызваны вибрацией .

Наложенные нагрузки – это нагрузки, связанные с занятием и использованием здания; их величина менее четко определена и обычно связана с использованием здания.

Нагрузки на архитектурные и строительные конструкции

Структурные нагрузки являются важным фактором при проектировании зданий. Строительные нормы и правила требуют, чтобы конструкции проектировались и строились так, чтобы безопасно противостоять всем воздействиям, с которыми они могут столкнуться в течение срока службы, оставаясь при этом пригодными для использования. ^[4] Минимальные нагрузки или действия указаны в этих строительных нормах и правилах для типов конструкций, географического местоположения, использования и строительных материалов . ^[5] Структурные нагрузки делятся на категории в зависимости от причины их возникновения. С точки зрения фактической нагрузки на конструкцию нет разницы между постоянной и динамической нагрузкой, но разделение происходит для использования в расчетах безопасности или для упрощения анализа сложных моделей.

Чтобы удовлетворить требованию, чтобы расчетная прочность превышала максимальные нагрузки, строительные нормы и правила предписывают, чтобы при проектировании конструкций нагрузки увеличивались на коэффициенты нагрузки. Эти коэффициенты нагрузки , грубо говоря, представляют собой отношение теоретической расчетной прочности к максимальной нагрузке, ожидаемой в эксплуатации. Они разработаны, чтобы помочь достичь желаемого уровня надежности конструкции. ^[6] основаны на вероятностных исследованиях, которые принимают во внимание причину возникновения нагрузки, повторяемость, распределение, а также статический или динамический характер нагрузки. ^[7]

Мертвая нагрузка

Собственная нагрузка включает в себя относительно постоянные во времени нагрузки, включая вес самой конструкции и неподвижных конструкций, таких как стены, гипсокартон или ковер . Крыша – это тоже мертвый груз. Статические нагрузки также известны как постоянные или статические нагрузки . Строительные материалы не являются постоянной нагрузкой до тех пор, пока они не будут установлены на постоянное место. ^[8]^[9]^[10] ИС875(часть 1)-1987 дают удельный вес строительных материалов, деталей, комплектующих.

Постоянная нагрузка

Постоянные нагрузки, или вынужденные нагрузки, являются временными, кратковременными или подвижными нагрузками . Эти динамические нагрузки могут включать в себя такие факторы, как удар , импульс , вибрация , динамика выплескивания жидкостей и усталость материала .

Временные нагрузки, иногда также называемые вероятностными нагрузками, включают в себя все силы, которые изменяются в пределах нормального рабочего цикла объекта, не включая нагрузки от строительства или окружающей среды.

Подвижные нагрузки на крышу и пол возникают во время технического обслуживания рабочими, оборудованием и материалами, а также в течение срока службы конструкции подвижными объектами, такими как растения и люди.

Подвижные нагрузки на мост создаются транспортными средствами, движущимися по настилу моста.

Экологические нагрузки

Экологические нагрузки — это структурные нагрузки, вызванные природными силами, такими как ветер, дождь, снег, землетрясение или экстремальные температуры.

Ветровые нагрузки
Снежные , дождевые и ледяные нагрузки
Сейсмические нагрузки
Гидростатические нагрузки
Изменения температуры , приводящие к тепловому расширению, вызывают тепловые нагрузки.
Взвешивание грузов
Морозное пучение
Боковое давление почвы , грунтовых вод или сыпучих материалов
Нагрузки от жидкостей или наводнений
Таяние вечной мерзлоты
Пылевые нагрузки

Другие нагрузки

Инженеры также должны знать о других действиях, которые могут повлиять на конструкцию, таких как:

фундамента Осадка или смещение
Огонь
Коррозия
Взрыв
Ползучесть или усадка
Воздействие вибрации транспортных средств или оборудования
Строительные нагрузки

Комбинации нагрузок

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 обеспечить безопасность конструкции при различных сценариях максимальной ожидаемой нагрузки. Например, при проектировании лестницы коэффициент собственной нагрузки может быть в 1,2 раза больше веса конструкции, а коэффициент динамической нагрузки может быть в 1,6 раза больше максимальной ожидаемой динамической нагрузки. Эти две «учтенные нагрузки» объединяются (суммируются) для определения «требуемой прочности» лестницы.

Размер коэффициента нагрузки основан на вероятности превышения любой заданной расчетной нагрузки. Статические нагрузки имеют небольшие коэффициенты нагрузки, например 1,2, поскольку вес в основном известен и учитывается, например, элементы конструкции, архитектурные элементы и отделка, крупные части механического, электрического и сантехнического оборудования (MEP), а для зданий обычно включают сверхвынужденную мертвую нагрузку (SIDL) около 5 фунтов на квадратный фут (PSF) с учетом различного веса, такого как болты и другие крепежные детали, кабели и различные приспособления или небольшие архитектурные элементы. С другой стороны, временные нагрузки могут представлять собой мебель, передвижное оборудование или сами люди и в некоторых ситуациях могут превышать нормальные или ожидаемые значения, поэтому больший коэффициент 1,6 пытается количественно оценить эту дополнительную изменчивость. Для снега также будет использоваться максимальный коэффициент 1,6, тогда как боковые нагрузки (землетрясения и ветер) определяются так, что практичным является коэффициент нагрузки 1,0. Несколько нагрузок можно суммировать разными способами, например 1,2*Потери + 1,0*Постоянная нагрузка + 1,0*Землетрясение + 0,2*Снег или 1,2*Потери + 1,6(Снег, Потери (крыша), ИЛИ Дождь) + (1,0*Постоянные нагрузки). ИЛИ 0,5*Ветер).

Нагрузки на конструкцию самолета

Для самолетов нагрузка делится на две основные категории: предельные нагрузки и предельные нагрузки. ^[11] Предельные нагрузки — это максимальные нагрузки, которые компонент или конструкция могут безопасно выдерживать. Предельные нагрузки — это предельные нагрузки, умноженные на коэффициент 1,5, или точка, за которой компонент или конструкция выйдет из строя. ^[11] Порывистые нагрузки определяются статистически и предоставляются таким агентством, как Федеральное управление гражданской авиации . Аварийные нагрузки слабо ограничены способностью конструкций выдерживать замедление при сильном о землю ударе . ^[12] Другими нагрузками, которые могут иметь решающее значение, являются нагрузки давления (для высотных самолетов, находящихся под давлением) и нагрузки на землю. Нагрузки на землю могут возникнуть в результате резкого торможения или маневрирования во время руления . Самолеты постоянно подвергаются циклическим нагрузкам. Эти циклические нагрузки могут вызвать усталость металла . ^[13]

См. также

Катастрофа в отеле «Новый мир» - вызвана отсутствием собственного груза здания в расчетах нагрузки.
Линия влияния
Вероятностный дизайн
Механическая нагрузка
Структурные испытания
сюжет Саутвелла

Ссылки

^ 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.
^ Аваллоне, EA; Баумейстер, Т. (ред.). Стандартный справочник Марка для инженеров-механиков (10-е изд.). МакГроу-Хилл. стр. 11–42. ISBN 0-07-004997-1 .
^ «2.2.1(1)». Еврокод 0: Основы проектирования конструкций EN 1990 . Брюссель: Европейский комитет по стандартизации. 2002.
^ «1604.2». Международный строительный кодекс . США: Совет Международного кодекса. 2000. с. 295. ИСБН 1-892395-26-6 .
^ «2.2.5(б)». Еврокод 0: Основы проектирования конструкций EN 1990 . Брюссель: Европейский комитет по стандартизации. 2002.
^ Рао, Сингиресу С. (1992). Проектирование, основанное на надежности . США: МакГроу-Хилл. стр. 214–227. ISBN 0-07-051192-6 .
^ Раздел 1602.1 Международного строительного кодекса 2006 г.
^ Еврокод EN 1990 – Основы проектирования конструкций, раздел 4.1.1.
^ EN 1991-1-1 Еврокод 1: Воздействия на конструкции - Часть 1-1: Общие воздействия - плотности, собственный вес, приложенные нагрузки для зданий, раздел 3.2
^ Jump up to: ^а ^б Брюс К. Дональдсон, Анализ конструкций самолетов: введение (Кембридж; Нью-Йорк: издательство Кембриджского университета, 2008), стр. 126
^ Экспериментальная механика: достижения в области проектирования, тестирования и анализа , Том 1, изд. И.М. Эллисон (Роттердам, Нидерланды: AA Balkema Publishers, 1998), с. 379
^ Брюс К. Дональдсон, Анализ конструкций самолетов: введение (Кембридж; Нью-Йорк: Cambridge University Press, 2008), стр. 129

Внешние ссылки

Любкеман, Крис Х. и Дональд Петтинг «Лекция 17: Первичные нагрузки». Университет Орегона. 1996 год ^[1]
Физетт, Пол и Американский совет по древесине. «Понимание нагрузок и использование таблиц пролетов». 1997. ^{[2] Архивировано 6 мая 2015 г. в Wayback Machine.}

[1] ASCE/SEI 7-05 Минимальные расчетные нагрузки для зданий и других конструкций . Американское общество инженеров-строителей. 2006. с. 1. ISBN 0-7844-0809-2 .

[2] «1.5.3.1». Еврокод 0: Основы проектирования конструкций EN 1990 . Брюссель: Европейский комитет по стандартизации. 2002.

[3] Аваллоне, EA; Баумейстер, Т. (ред.). Стандартный справочник Марка для инженеров-механиков (10-е изд.). МакГроу-Хилл. стр. 11–42. ISBN 0-07-004997-1 .

[4] «2.2.1(1)». Еврокод 0: Основы проектирования конструкций EN 1990 . Брюссель: Европейский комитет по стандартизации. 2002.

[5] «1604.2». Международный строительный кодекс . США: Совет Международного кодекса. 2000. с. 295. ИСБН 1-892395-26-6 .

[6] «2.2.5(б)». Еврокод 0: Основы проектирования конструкций EN 1990 . Брюссель: Европейский комитет по стандартизации. 2002.

[7] Рао, Сингиресу С. (1992). Проектирование, основанное на надежности . США: МакГроу-Хилл. стр. 214–227. ISBN 0-07-051192-6 .

[Reference_A-8] Раздел 1602.1 Международного строительного кодекса 2006 г.

[Reference_B-9] Еврокод EN 1990 – Основы проектирования конструкций, раздел 4.1.1.

[Reference_C-10] EN 1991-1-1 Еврокод 1: Воздействия на конструкции - Часть 1-1: Общие воздействия - плотности, собственный вес, приложенные нагрузки для зданий, раздел 3.2

[Donaldson126-11] Jump up to: ^а ^б Брюс К. Дональдсон, Анализ конструкций самолетов: введение (Кембридж; Нью-Йорк: издательство Кембриджского университета, 2008), стр. 126

[12] Экспериментальная механика: достижения в области проектирования, тестирования и анализа , Том 1, изд. И.М. Эллисон (Роттердам, Нидерланды: AA Balkema Publishers, 1998), с. 379

[Donaldson129-13] Брюс К. Дональдсон, Анализ конструкций самолетов: введение (Кембридж; Нью-Йорк: Cambridge University Press, 2008), стр. 129

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]