תכנון מבנים אזרחיים כדי למזער את ההשפעות של מתח מוגבר

הפיזיקה מאחורי התנועה הירומית בחומרים

הרחבה תרמית מייצגת מציאות גופנית מדידה שכל מהנדס אזרחי חייב לטפל בה במהלך העיצוב.כל חומר בנייה יש מקדם ייחודי של התרחבות תרמית (CTE), המוגדר כשינוי קל משקל לאורך כל רמה של שינוי טמפרטורה. CTE ערכים בדרך כלל באים לידי ביטוי מיקרו-אימון לדרגה (מיקרומטר) של מערכת מתכת (μm/mC-23) באופן קבוע, לעומת זאת, הוא מוסיף CTE של בערך 11–13 מיקרומטר / mC, כלומר, כלומר, באופן קבוע, בגודל של 0 ° C.

ההשלכות המכאניות נובעות ישירות מה- Hooke ’ כאשר מתח תרמי מחוספס באמצעות תמיכה קבועה, ההמונים מבניים הסמוכים או חיכוך בממשקים, הוא הופך למתח מכני ביחס לחומרים ’ גם שיטות של גמישות (מעבורת) יכולות להיות רק מיקרו-חומריבית (מטווח) של כ- 200 מרפא, עלייה מלאה של 40 מעלות צלזיוס מייצרת מתחים פנימיים (C) קרוב ל- 15 גרם של חומר מוצק (ממדכאה) של חומר (ממדיקים) ל-אונקציה מיקרו-אונקציה משמעותית (C) של חומר (ממדיקטיבית) של חומר (אונקציה) של חומר (ממדיקטיבית) או יותר) של חומר (אונקציה) של חומר) של חומר (אונקציה) של חומר (אונקציה) של חומר) של חומר מוצקהמטר) של חומר (ממדיקטיבית) של חומר (ממדיקטיבית (ממדכאית (ממדכאית) של חומר (מצטבר (אונקציה) של חומר) של חומר) של חומר מוצקהטווח) של חומר) של חומר (אונקציה) של חומר (או דחוסהמטר (או

נקודות תצפית קריטיות של Unchecked Thermal Stress

כאשר תנועות תרמיות מאוישות באופן לא מספק, את הנזק שנגרם על ידי מערכות מבניות בדרכים צפויות. סיפון גשר Concrete כפופים התכווצות תרמית מחוספס לפתח סדקים transverse כי להפיץ מן פני השטח למטה. סדקים אלה יוצרים מסלולים עבור מים chloride-laden להגיע חיזוקים ויזום קירור. גשרים ניסיון ברגים כמו קשרים כפויים כדי לעמוד בפני עומס תרמיים עלולים עלולים לעבור אל תוך כדי הרחבה מוגבלת.

בקירות בטון מנדרינים ו unreinforced, ההשפעה המצטברת של מחזורי יום ועונתיים תרמי מאיצה את ההידרדרות המשותפת של מרגמה.הידרדרות זו חמורה במיוחד בפינות ובסביבות פתחים שבהם ריכוזי מתח מתרחשים.Plipements ומסילות מערערות מתמידות בין המערכות הרגישות ביותר.

אסטרטגיות עיצוב מקיף עבור התנועה הירומית

הנדסה אזרחית מודרנית מעסיקה ערכת כלים מגוונת לניהול אפקטים תרמיים.אסטרטגיות נבחרו על בסיס בקנה מידה מבני, אפשרויות חומריות, חשיפה סביבתית, דרישות ביצועים. גישות אלה משמשים לעתים רחוקות בבידוד.עיצוב תרמי יעיל משלב טכניקות רבות משלימים לתוך מערכת קוהרנטית.

הרחבת Joints

(מפרקים רחבים מייצגים את האמצעים הישירים והגלויים ביותר של תנועה תרמית מתאמת.פסקות מכוונת אלה מאפשרות למגזרים מבניים סמוכים להרחיב ולחוזה באופן עצמאי, למנוע הצטברות מתח.בגשרים, ספא משותף נקבע על ידי אורך מבנה סופר, טווח טמפרטורה צפוי, תמיכה נוקשות וקיבולת התנועה של חומרי ניקוי משותפים.

מערכות מתקדמות

במקום להתנגד לכוחות תרמיים, ניתן לתכנן נושאים כדי לשחרר אותם. Elastomeric נושאים מורכבים מחילופי שכבות של קשר גומי טבעי או סינתטי מצופה צלחות פלדה.הם להכיל הן סיבוב ותרגום דרך עיוות של elastomer. Pot נושאת את השטח מוגבל על ידי משטח מוגבל של מחזורי כדור הארץ בתוך גליל פלדה כדי להתמודד עם עומסים אנכיים גדולים תוך מתן רוטציה מוגבלת עבור משטחים קצרים.

בחירה חומרית והתאמה

בחירת חומרים עם אפקטיביות גבוהה של התרחבות תרמי היא אסטרטגיה פרואקטיבית עבור מיני תנועות שונות.ב גשרים מורכבים פלדה conete, CTE ערפל בין גורדי פלדה 12 מיקרומטר / m ° C ו הסיפון בטון ב 10 μm / mcreit משולבת CTE ללא מחזורי נמוך יחסית.

גאומטריה ומיסמטורי

הפריסה סטרקטיבית משפיעה באופן משמעותי על האופן שבו מתח תרמי מתחלקים בכל מערכת. מבנים סימטריים גיאומטריים גיאומטריים עם נוקשות מאוזנת על פני התוכנית שלהם וניסיון גבוה בתנועות תרמיות אחידות אחידות אחידות.זה נמנע מאפקטים וריכוזים בתנועות פתוחות ארוכות טווח זהה, אשר דורשות ריכוזיות רחבות טווח רחבות ומאוזנות מאפשרות לסיפון להרחיב סימטריות מהמרכז.

שיטות בקרת טמפרטורה עובריות

הפחתת טווח הטמפרטורה כי חוויות המבנה הוא חלופה לתנועה מצטברת.ציפוי גבוה של ציפוי רפלקטיביים על משטחים בטון ופלדה חשופים יכול להפחית את טמפרטורות פני השטח על ידי 10 מעלות צלזיוס או יותר.זה מפחית באופן משמעותי את טווח המתח התרמית כי המבנה חייב לספוג. טמפרטורות ירוקות יותר וחיתוך מהירויות דומות עבור מבנים תוך צמצום השפעות מבניות גבוהות יותר, וכן טמפרטורה נמוכה יותר.

הרחבת ה-Extatives

מפרקי הרחבה מייצגים את הביטוי הגלוי ביותר של עיצוב תרמי, אך המגוון והמורכבות שלהם דורשים מפרט זהה. מפרקי האצבע מורכבים מקומברד פלדה מלוכדים כי להחליק זה את זה.הם תומכים עומסי תנועה תוך כדי תנועה מצטברת והם נפוצים על גשרים מהירים באורך בינוני, שבו הצטברות פסולת יכולה להיות מנוהלת באמצעות ניקוי תקופתי.

מיקום משותף חייב לקחת בחשבון את המיקום של נושאים קבועים, אשר לעגן את המבנה ולהכתיב את הכיוון ואת גודל התנועה בכל מפרק.פלינג מפרקים מדי רחוק מלבד עומסים ביניים מצטברים כמו זנים תרמיים מצטברים בנקודות קבועות. מוגזם ספא משותף מנפחים עלויות וגורם תחזוקתיים.כלל משותף של גשרים קונקרטיים הוא לרחבות חלל במרווחים לא פחות מ -30 מטרים, בדרך כלל עם קיבולת משולבת, כולל של שטחית, או מגובה, עם קיבולת משולבת.

ניהול עשיר במבנהי Concrete

Concrete מציגה אתגרים תרמיים ייחודיים כי התנהגותו נשלטת על ידי שתי תופעות נפרדות: שינויי טמפרטורה בתוך השירות וחום פנימי של hydration במהלך ריפוי. Mass אלמנטים קונקרטיים כגון יסודות סכרים, מעבורת גשר גדולה, וקרנות מרופפות עבה לייצר עלייה של טמפרטורה פנימית של 20 מעלות צלזיוס ל 50 מעלות צלזיוס, כמו hydrate מים מצטברים.זה יוצר ⁇ תרמיים בין פני השטח החמים והקרנים.

עבור שינויים בטמפרטורת השירות, המפרקים של הבקרה מספקים נתיבי סדק שנקבעו מראש אשר להקל על הלחץ של נפח שינוי נפח.פרקים Saw-cut להציב במרווחים קבועים בסלאבים ובקירות יוצרים מטוסים מוחלשים שבהם מתרחשת סדק מבוקר, מונעים ממפה אקראית סדקים.בקיצורים קונקרטיים חזקים, יחסי הפלדה הגבוהים ממשיכים לסדקים סגורים בחוזקה.עם זאת, המערכת דורשת סיום של מפרקי יום או מסופי למתחים מתקדמים, אפילו למתחים משמעותיים, עלולים, אך ורק לאחר שגורמים מתקדמים, ישארוכים, ישארוכים, כי הם יכולים לעמוד בטמפרטורות מתוחכמות, אפילו דחוסות, אך ורקמותקים.

אתר אינטרנט: The Eads Bridge and early Expand Joint design

הושלם בשנת 1874, גשר Eads המשתרע על נהר המיסיסיפי בסנט לואיס מייצג הישג ציוני דרך בעיצוב תרמי. ג'יימס Buchanan Eads עיצב גשר ארכי פלדה חלוצה זה, שהיה בין המבנים העיקריים הראשונים להתעמת עם תנועה תרמית עם פתרונות מהונדסים.הגשר שילב במקור ממתחים גדולים על גבי הפתחים וההתרחבות בתוך מבנה העל כדי להתאים את התנועות התרמיות של פלדה מסיבית המותרת ל ריצוף זמן קצר יותר מ-150 שנים.

רכבת וטמפרטורה נייטרלית

הנדסה רכבת מספקת אחת הדוגמאות ההרסניות ביותר של ניהול מתח תרמי.המעבר מהמסלול המשותף לרכבת מחוספסת מתמשכת ישמיד את רוב המפרקים ההתרחבות, אך דורש שליטה תרמית קפדנית.רכבת מחוספסת מחוספסת לאורך זמן על ידי מזרזי רכבת, משינה וחיכוך כדוריות.זה אומר כי שינויים טמפרטורה ממושכת או לחץ על הרכבת הקלה על טמפרטורת חום, בדרך כלל, כלומר, על טמפרטורת חום או טמפרטורה קצרה.

שמירה על טמפרטורה נייטרלית יציבה באמצעות בדיקות מתח קבועות ותגובה מחזורית היא פעילות תחזוקה הליבה. מכשירים למדידת מתח אולטרה סאונד ובדיקות הרמת- off מאפשרות לצוותים לאמת כי הטמפרטורה הנייטרלית יעילה לא נסחף עקב מצמררת הרכבת, ניכוי תחזוקה, או אירועים קריסה קודמת.במסדרונות מהירים, שבו אפילו עיוותים קטנים מציבים סיכונים בטיחותיים חמורים, ניטור מתמשך של טמפרטורה ותקף לתוך פעילות גופנית זה אינו דורש פעילות גופנית קבועה, אך אינה דורשת פעילות גופנית.

בניית Envelope ו- Structural Frames

בניינים גבוהים חווים התנהגות תרמית מורכבת המונעת על ידי תנועה שונה בין אלמנטים חיצוניים חשופים לבין פנים מבוקרות טמפרטורה. in ab-use high-rise, עמודות פלדה חשופים על רמות חניה או קמעונאיות עשויים להרחיב בשיעורים שונים באופן משמעותי מאשר ליבות קונקרטיות סמוכים.תנועות שונות אלה חייבות להיות מותאמות.מהנדסים להתמודד עם זה באמצעות הפסקות תרמיות, שכבות נמוכות של בידוד להציב בממשק בין העומס המבני ותומך בקירות גמישים.

ההתרחבות של הגג מאתגרת במיוחד בשל תנודות הטמפרטורה הגדולות שחווה משטחים חשופים.מפוסים מפוכחים, כיסויי הרחבה שצופיעים מעל פני פרפט, ומערכות הבזק גמישות מונעות חדירה מים תוך מתן תנועה.במבני גג ארוכים כגון מסוף שדה תעופה ומרכזי מוסכמות, גגות וחיבורים מרופפים במערכות הריקות נמדדות בעשרות סנטימטרים למבני מבנים נוקשים, בין קווי הפיכה גמישים לבין קווי בנייה שונים.

בדיקה, מעקב ותחזוקה

ניהול מתח הרחם אינו מסתיים עם בנייה. הרחבת מפרקים ונושאות דורש בדיקה קבועה עבור פסולת מצטבר, קורוזיה, שחיתות, הידרדרות חותם, ו unintended מחוספסת. A משותף שנראה פונקציונלי יכול למעשה להיות נעול על ידי הריסות קומפקטיות, העברת כוחות בחזרה לתוך המבנה ועומס יתר על פני השטח או גרימת סדק בקשרים סמוכים.

מחזורי תחזוקה צריכים לכלול סקרים תרמיים שנערכו בימים חמים וקרים כדי למדוד תנועות בפועל ולהשוות אותם עם תחזיות עיצוב.כאשר תחזיות של דיסקרטיות מופיעות, אמצעי שיקום עשויים לכלול החלפת נושאים נוקשים יותר עם חלופות גמישות יותר, תוך הזרקת החותם טרי לתוך פערים משותפים, או רטרוהתאמה של המבנה עם הרחבת יתר של מרכזי תחזוקה במקומות שבהם התנועה הייתה מזלזלת במקור.

קודים, תקנים, ומשאבים עיצוב

תרגלו מסתמכים על קודים וסטנדרטים מבוססים על כך שעיצוב תרמי משולב בתהליך ההנדסה המבני הכולל ולא מטופלים כעומס לאחר מכן. Eurocode EN 1991-1-5 מספק הדרכה מקיפה על טמפרטורה אחידה וטמפרטורה ⁇ פרופילים עבור גשרים ובניינים ברחבי אירופה.הוראות אלה נגזרות מעשרות שנים של נתונים מטאורולוגיים והתאמה לאזורי אקלים אזוריים אזוריים.

חידושים עתידיים ותרגול מעורבים

כמה טכנולוגיות מתפתחות מבטיחות לשפר את ניהול הלחץ התרמית בעשורים הקרובים. Shape-memory ⁇ s, אשר עוברים שינויים שלביים בלתי הפיכים בסף טמפרטורה מסוים, ניתן להשתמש בנשאות או מחברים כדי לממש את עצמם באופן אוטומטי כשינוי טמפרטורה.זה יבטל את הצורך בהתאמות ידניות או החלפת חומרים self-healing המשלבים סוכני ריפוי או רשתות פולשניות יכול לשחזר את התקפים מכניים על ידי תאים אמיתיים.

מערכות בקרה משותפת רובוטית וניקוי כבר להיות אבטיפוס.מערכות אלה להפחית את הצורך בסגרת נתיב ולשפר את בטיחות העובד במהלך פעולות תחזוקה.שינוי האקלים הוא מציג אתגרים חדשים.כפי שקיצוניות הטמפרטורה הופכות חמורות יותר ויותר תכופות יותר, מבנים המיועדים למגוון טמפרטורה היסטורי עשויים לחוות תנועות מעבר ליכולתם המקורית. מהנדסים חייבים לשקול יותר ויותר את תחזיות האקלים בעתיד בעיצוב תרמי.

מסקנה

הרחבה תרמית אינה בעיה להיות מסולקת אך מציאות פיזית להיות מתוזמרת באמצעות הנדסה מתחשבת.באמצעות שילוב של מפרקי הרחבה, נושאים גמישים, חומרים סימטריים, פריסות סימטריות, ואמצעי בקרת טמפרטורה פסיביים, מהנדסי עיצוב אזרחיים אשר מתאימים נטייה טבעית של חומרים להתרחב ולחוזה עם שינוי טמפרטורה ללא הקרבה, יכולת שירות, או עמידות מבחינה היסטורית של הגשרים יציבים, אנו ממשיכים לפתח את הסטנדרטים הטבעיים של תהליכים סביבתיים מודרניים, כמו גם את המשתנים, כמו גם את הטמפרטורות ארוכות יותר, וקבועות, כמו גם את המשתנים, כמו גם את הטמפרטורות ארוכות טווחי משקל מתמשך, וקבועות גבוהה יותר, כלומר, כמו גם את הטמפרטורות מורכבות יותר, כלומר, כמו גם את הטמפרטורות יציבותיות, כלומר, כלומר, כלומר, אך ורק על ידי שינוי יציבות סביבתיות גבוהה יותר, כמו גם עם שינוי יציבים, אם כימותקטיביות גבוהה יותר, כלומר, כלומר, כאשר אנו ממשיכים לפתח את התכונות הטבעיות גבוהה יותר, עם שינוי יציבים, כמו גם את השינויים, ללא שינוי יציבות גבוהה יותר, כמו גם את ההשפעות של יציבות, כמו גם את השינויים, כמו גם את השינויים, כמו גם את השינויים, כלומר, כלומר, אם זה, אם זה, כמו גם