Her yol, köprü, yüksek katlı ve su tasarrufu yapısı, sadece birkaç milimetrelik bir hareketle yönlendirilen sürekli genişlemeye ve sözleşmeye tabi tutulur; bu temel davranışı göz önünde bulundurarak, farklı maddelerin ısıtılmasına nasıl tepki verdiğini derin bir anlayışa sahiptir.Bu makale, modern altyapının sadece birkaç milimetrelik bir hareketi bozmasına izin vermeden daha fazla talep eder; inşaat malzemelerinin kasıtlı bir seçimi gerektirir, düşünceli yapısal detaylandırmayı gerektirir.

Termal genişlemeyi ve onun Mühendisliki Anlamak

Tüm malzemeler sıcaklık değişiklikleri olduğunda boyutlarını değiştirir. Sıcaklık genişleme katsayısı (CTE) bu davranışı ölçebilir, genellikle derece yüksek derecede ( ⁇ /°C) veya derece Fahrenheit. Bir CTE ile 10 ⁇ /°C ısı artışı, her 1°C ısı artışı için uzun süre boyunca% 0.001 genişletecektir, ancak 50 metre uzunluğundaki beton elementi yüksek çözünürlükte 200 mil ısınır.

İnşaat mühendisliğinde merkezi zorluk, farklı malzemelerin tasarım kapasitelerini aşan önemli ölçüde farklı olmasıdır. alüminyum, çelik gibi yaklaşık iki kat daha genişleyebilir, bazı polimer kompozitler bu malzemelerle birlikte hareket eden malzemeler seçerek, ayrı bir yapıda birleştirilebilir ve uyumlu hareket, mümkün olan kompozit köprüler için, beton gibi bir betonun ısıtılması gibi içsel bir betonun ısınabilir.

CTE numarasının ötesinde, mühendisler, camlı duvarların gölgeli içten daha fazla yayıldığını, mortarın gücünü aşabileceğini ve uzun vadede ısıtabileceğini, en üst ve alt chords arasındaki sıcaklık farklarını anlamalı, sadece gölgeli iç mekanları etkileyen önemli bir sıcaklıkla ilgili bir tasarıma sahip olması gerektiğini düşünmeli.

Aşırı görünüşe göre ısı hareketi

Termal etkilerin bazılarına en görünür ve pahalı altyapı başarısızlıklarına yol açtı.Pazarlama sırasındaki buzullar, beton plakaları olmayan birbiriyle uyumlu hale getirmelerine izin verir, plakaları kırar veya hatta su tutmalarına neden olur. 2015 yılında Arizona'daki birkaç darbeyi kapatan binalarda, acil onarımlar için milyonlarcaları kısıtlar, yüksek bakım onarımları nedeniyle kesintiye uğratabilir.

Tüm bu nedenlerden dolayı, önde gelen tasarım kodları - AASHTO LRFD Bridge Design Properties to Eurocode 1 - zorunlu sıcaklık yükü vakaları da mühendislere dikey ve yatay gradientler için hesap gerektiren durumlarda, örneğin, dört sıcaklık yükü vakalarını tanımlar: üniformalı bir sıcaklık artışı, üniformalı bir sıcaklık düşüşü, pozitif bir dikey gradient (toplama) ve negatif dikey gradient. Bu kodu güvenilir bir şekilde karşılamak malzeme seçimi ile başlar.

İnşaat Malzemeleri Termal genişleme ile Sınıflandırma

Geniş bir sınıflandırma, mühendislere seçenekleri hızla daraltmasına yardımcı olur. Malzemeler genellikle üç termal hareket aralığına gruplanır:

  • DÖRT:0) Düşük CTE (daha düşük 8 ⁇ /°C): [Dönetici: 1) Özel agresyonlarla yüksek performanslı betonlar içerir, limestone bazlı çimentolar, granit, bazalt, gözlükler ve bazı cam-ceramics, karbon-fiber-reinforced polimerler ve Invar gibi düşük performanslı alaşımlar (nickel-iron)
  • [FONT:0)Moderate CTE (8-12 ⁇ /°C): [Dönetici: 1) Standart karbon çelik, paslanmaz çelik (ferritik ve dubleks notlar), demir, ve en doğal kum taşları, bu grup geleneksel sivillerin sırt kemiğini oluşturur; termal davranışları iyi anlaşılır ve standart ortak ayrıntılarla ele alınır.
  • [FONT:0) Yüksek CTE (above 12 ⁇ /°C): [DÜT:1) Alüminyum alaşımları (23-24 ⁇ /°C), austenitic paslanmaz çelikler (bazı notlar 18 ⁇ /°C), polietilen (yaklaşık 200-200 ⁇ /°C), örneğin, alüminyum çerçeveler karbon fiber olmadan kayaçlar tarafından sertleştirici önbellekli.

Bu basit stratejilendirme, faydalı olsa da, projeye özgü hesaplamaları değiştiremez. Tasarım hayatına yönelik toplam sıcaklık aralığı, yapısal kısıtlama derecesi ve tüm malzemeler arasındaki kompozit eylem CTE değeri ile ilgili pratik etkisini optimize etmekle ilgilidir.Ayrıca, CTE'nin kendisi bir miktar malzeme için sıcaklık değişebilir - ayrıca iç güç dağılımına yaklaşımları daha da artar; Düşük maliyetli bir şekilde daha düşük maliyetli bir şekilde.

Low Heat Hareketi için Beton Mixes Mühendisi

Beton gezegendeki en yaygın kullanılan inşaat malzemesidir ve termal genişleme katsayısı genellikle 7 ila 12 ⁇ /°C arasında değişir, kontraseptif tipe bağlı olarak, çimentolu matrix, nem durumu ve sıcaklık aralığı.CTE'nin CTE'deki tek büyük etkisi, hacmin 60-75'i kapsar.

Aşırı ısıtımı ve yüksek ısı depolama tankları için, ASTM C595 ve EN 197-1 gibi standartlarla uyumlu, bu nedenle büyük dökmeler içinde ısı geçişi sağlayan ve ısıtılmış gaz depolama tankları için ısıtılmış betonları azaltın.

Bir diğer etkili strateji, CTE'yi büyük ölçüde değiştirmiyor, ancak betonun termal hareketlere karşı kısıtladığı zaman kaçınılmaz olarak, çelik fiberlere karşı kısıtlandığı zaman, makro sentetik fiberlere veya cam fiberlere karşı beton verir, ısıtılmış sertliği artıran endüstriyel bir post-kırıklık sertliği sağlar, takviyeli betonlar, daha düşük çözünürlükte bulunan 10 katlı kaplamayı da genişletebilir.

Çelik Grades ve Onların Boyutsal Stability

Yapısal karbon çelik, köprüler, endüstriyel binalar ve otopark garajları için yaygın olarak belirtilmiş, yaklaşık 11-12 ⁇ /°C'ye sahip bir CTE'ye sahiptir, bu değer tipik inşaat sıcaklıkları boyunca stabildir, çeliklerin ısıtılması ve ASTM A588 ve A709 Grade 50W gibi yüksek çözünürlükte, aynı CTE'yi karbon çelik olarak yükseltmeye ve yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte ısıtılması gerektiği gibi.

Paslanmaz çelik, özellikle de dubleks ve ferritik notlar, özel dikkatleri hak eder.Ortak austenitik paslanmaz çelikler (304/304L, 316/316L) 16-18 ⁇ /°C'de genişletilebilir - yüksek çözünürlük ve termal uyumluluk aynı derecede önemlidir - köprülü kablolar gibi - demiryolları veya takviyeler için çelikler için daha fazla çelikler, çelikler için daha fazla çelikler için çelikler için daha fazla uzlaşılabilir.

Yaygın notların ötesinde, Invar gibi düşük kaliteli alaşımlar (yüzde 36,% 64,% demir) CTE değerlerinin 1-2 ⁇ /°C olarak düşük olduğunu gösteriyor ve maliyeti ve fabrikada karmaşıklık çerçeveleri, optik hizalama yapıları, hatta kritik raylı sistemler gibi bazı büyük ölçekli inşaatlarda, yüksek hızlı trenlerdeki artışlar test edildiğinde, Invar'ın yüksek hızlı tren hatlarında kullanıldığı yüksek oranda kullanılıyor.Invar yüksek oranda kullanılıyor.Invar yüksek ölçekli metro desteği yapısında ve bazı büyük ölçekli inşaatlarda kullanım alanlarının kullanılmasıyla sınırlı.

Doğal Taş ve Mineralye Dayalı Malzemeler

Granit, CTE genellikle 5 ve 8 ⁇ /°C arasında, açık havuz, plazalar ve anıtsal taş işleri için zamanlayıcı bir seçimdir. Düşük ısı ve mükemmel donmuş direnç ile birlikte, geniş bir sıcaklık salakları ile iklimlerde bunu yapar. Basalt, bir volkanik kaya, şovlar veya hatta daha düşük genişleme için benzer veya daha düşük bir miktar - 4-6 ⁇ /°C - ve daha fazla miktarda beton için agregalama ve radyasyona sahip beton ile kullanılır.

İnce taş vener sistemleri, taş paneli ve yedek duvarı (bu demir veya çelik) arasındaki fark, sabit bir taş kaplama ile sabit bağlantıda bulunan beton kaplamalar ile yönetilmelidir.Demir bağlantıları, çelik çerçevede, ev sahibi yapı CTE'yi mümkün olduğunca kısa sürede en kısa sürede en kısa sürede tamamlayan taş ürünlerini kullanarak, CEST'lerin etrafındaki küçük bir pencere duvarının etrafındaki bir pencere duvarı tercih eder.

Gelişmiş Kompozit Malzemeler Malzemeleri

Fiber-reinforced polimer (FRP) kompozitler, fiber tipi ve yönelimi seçerek ısı genişletmeye izin verir. Karbon-fiber-reinforced polimer (CFRP), optik teleskoplar, makine üsleri ve laboratuvar zeminleri gibi hassas bir şekilde, daha yüksek çözünürlükte 20 °C'ye kadar ısıtılmış bir polimer hattında daha yüksek çözünürlükte bulunan 20'ye kadar ısıtılır.

Kontrollü CTE için Hibrit FRP Sistemleri

Gelişen bir strateji, karbon ve cam elyafları tek bir hibrit kompozitte birleştirmektir, beton veya çelikleri birbirine bağlayan, özellikle de çelik çerçeveleri destekleyen çelik çerçeveleri destekleyen, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan ve yüksek çözünürlükte bulunan yüzeyler için daha düşük maliyetli olan kablolamalar için daha düşük maliyetlidir.

Wood ve Mühendis Timber

Ahşap, kristalin ısıtılması için son derece düşük doğrusal bir termal genişleme katını gösterir - genel olarak 3-5 ⁇ /°C - bu nedenle, ahşap kirişlerin ısıtılması veya ısıtılması için kullanılan ısıtılması gereken bazı yapıların sıcaklık eklemleri ile daha sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık ısınır.

Low-Expansion Materials Faydalarının Faydalarının Çok Az Olduğunu Tasarım Yaklaşımları

Düşük bir CTE materyali seçmek sadece savaşın yarısıdır. Her iki uçlu bir granit kirişi bile tamamen kısıtlanırsa ve sıcaklık artışı yeterince büyük. Bu nedenle, malzeme seçimi, ortakları içeren daha geniş bir hareket-akkommodasyon stratejisine sahip olmalıdır, yatakları ve detaylandırmayı içerir.

Ortaklar ve Stratejik Yerleri

Genişleme eklemleri, termal hareketi yönetmek için en görünür araçtır. Betonda, eklem spacing plaka kalınlığına göre hesaplanır, betonun CTE'si, takviye oranı ve altgrad için sürtünme.Bir CTE ile tipik bir otoyol için her 15-25 metrede betonu genişletilebilir.

Genişleme eklemi türü de önemlidir. Strip mühürler, modüler eklemler ve parmak eklemleri her bir malzemenin bağımsız olarak hareket kapasiteleri ve bakım profilleri vardır.Katemik yerinden edilmenin beklenen ısıtılması, erken aşınmayı önler. Bina cephelerinde alüminyum kaplamalar, benzer bir rol oynar, dekouplinglinging iç ve dış duvarlara sahiptir, böylece her malzeme bağımsız olarak hareket edebilir.

Kaymaklı yataklar ve Esnek Bağlantılar

Köprülerde, kayaç yatakları, disk taşımaları ve elastomerik yataklar, büyük yatay kuvvetleri alt yapıya transfer etmeden çevirmeye izin verir.Pazarlalı çelik yüzeyler, şampuanlı elemanlarla ortaktır ve düşük sürtünme, ısıtlı motorlar küçük, daha basit, daha düşük maliyetli kablolar ve konveyörler gibi endüstriyel yapılar için, daha sonra monte edilen bağlantıların zeminleri genişleterek genişletilebilir.

Yapı ile hareket eden ve Ortak Havuzlar

Daha küçük ölçekli, bir pencere çerçevesi ve beton bir açılım veya paving birimleri arasındaki arayüz esnek mühürlere dayanıyor.Boğmuş hareket kabiliyeti, düşük sıcaklıklarda kalan eklemlerin gerekli ısıtılması gerekir. kanıtlanmış düşük sıcaklık esnekliği ile birlikte, düşük-exsion substratına göre% 25 oranında bir araya gelir, toplam hareket talebinin% 50'sini azaltır, yüksek çözünürlükte kalın.

Binadaki ısı parçaları

Modern yüksek performanslı bina zarflarında, termal molalar, dış elementlerden iç koşulları ayırmak, sıcaklık gradyanlarını azaltmak ve ilişkili diferansiyel hareketten gelen çerçeveyi tamamen uzak ısıtmak için yapılandırın.Bu, destek yapılarının dışsal ve daha fazla ısıtılmış betonlu ısıtımı azaltmak için, ısıtılmış malzemelerle birleştirin.

CTE Basis'te Laboratuvar Testi ve Özellikleri

Bir malzeme sıcaklık hassas bir uygulama için onaylanmadan önce, CTE standart testlerle doğrulanmalıdır. ASTM E289, örneğin, sıvı katı katıların doğrusal termal genişlemesi için bir yöntem sunar ve ASTM C531, aynı şeyi kimyasal-saçtlı bir tolerans ve grouts için de doğrulanmalıdır.In Concrete, ASTM C157 Sıcaklık nedeniyle uzun bir değişiklik için uygun olacaktır.In Europe, 1770 ve EN ISO 10406 benzer amaçlar için kullanılır. Proje özellikleri sadece nominal bir CTE değeri değil, özellikle de CTOS için geçerli olmayan bir test için, LNTC.

Büyük altyapı projelerinde, alaycılar ve alan aracılık gerçek dünya geçerliliği sağlar. İnşaat sırasındaki Strain ölçümler ve sıcaklık sensörleri, İsviçre'deki ilk yıl boyunca termal genişlemeyi takip edebilir, hareket maçlarının tasarım varsayımlarını doğrulayın, düşük seviyeli ortak boşlukların günlük sıcaklık döngüleri altında beklenen atışlarda tekrarlanabilir.

Vaka Çalışmaları: İçsel Hareketin Yaradığı Materyal Seçimleri

Danimarka ve İsveç'in birbirine bağlayan Ø'nin kireçtaşı agresyonu ile yüksek derecede güçlü beton kombinasyonuyla bağlantı kurdu ve piers ve ondükleri ile ilgili paslanmaz çelik takviyeli yazlar, en az iki on iki on yıl boyunca yapılan takviyeler için kritik bölümler için seçilmiş duplex paslanmaz çelik, köprünün uzunluğu arasındaki ayrımı azaltmak için, betonun etrafındaki betonun 140 milimetre arasında ayrımcılığa yol açıyor.

Orta Doğu'daki büyük bir endüstriyel kompleks, geleneksel yarı iletken plakaları kullanarak geleneksel yarı iletken beton ve cömert genişleme ortaklarını kullanmaya rağmen, betonun ve CTE'nin bir kombinasyonunu izledi.Bu proje, malzemenin yerel bir beton kaplamasını azaltıp yerel olarak indirilebilmesi için bir yansımaya gerek olmadığını belirtti.

Bir başka öğretici örnek, güney Amerika Birleşik Devletleri'nde çelik truss sistemi ve metal bir güverte ile tasarlanmış büyük bir stadyum çatıyı içeriyor. Orijinal tasarım, karbon çelikleri tüm zamanların en yüksek kesimlerine kadar kullandı, ancak düşük kaliteli bir çatıda kullanılan 250 metre uzunluğundaki bir alaşımın, bu, büyük genişleme hareketini %30 oranında azaltacağını gösterdi.

Gelişen malzemeler ve teknolojileri

Düşük karbon ve ultra yüksek performanslı betonlar sadece sera gazı emisyonlarını azaltmadığı için karışımlar üretiyor ancak aynı zamanda termal genişleme vaat ediyor.Bazı alkali kaynaklı bağlayıcılar (geopolimers) CTEs% 10-20 daha düşük, aynı anda büyümeden önce ısıtılabilir çimentolu çimentolu çimentolu çimentolu ve karbon-nanotube-modize malzemelerinin uygun termal genişlemeye söz verdiği konusunda, ticari dağıtımları hala sınırlı olsa da, aynı zamanda organik maddeler içeren betonlar, ısıtabiliyorlar.

Şekil-memory alaşımları, hala geniş ölçekli sivil işler için açıklayıcı olsa da, bir gün dış güç olmadan sıcaklık geçişlerine yanıt veren adaptif yatakları verebilir. Araştırmacılar, özellikle ısıtıldığında, ısıtılmış ısıtılmış ısıtılmış ısıtılmış ısıtılmış ısıtılmış ısıtılmış beton karışımları ile elde eden nikel-titanyumu gösterdiler. Bazı 3D baskı) CTE'yi daha fazla entegre etme ve daha fazla performansa sahip olan bazı beton karışımları kullanarak diğer bir şekilde optimize etme imkanı sağlar.

Anahtar Dış Kaynaklar, Özellikler ve Tasarım için

Bir termal hareket stratejisi geliştirirken, aşağıdaki yazar referanslarına danışın:

  • [FONT=0)ASTM E289 - Linear Termal Kombinasyonla Katıların Linear Termal Genişleme Yöntemi[Dönetici: 1 )
  • [0]ASTM C531 - Kimyasal-Resistanlı Mortarların, Grouts ve Monolithic Surfaces (Dönder) için Standart Test Yöntemi (Dönder C531), Kimyasal-Resistanlı Mortarların Termal Genişleme ve Cosamsal Genişleme Yöntemi (Çeşmeler, Grouts ve Monolithic Surfaces[Döntmeler)[Döntmeler[Döntmeler[Döntmeler)
  • [0]Portland Çimento Derneği - Betonun termal genişlemesi ve Sözleşmesi[Dönetici:0)
  • [0]AISC Steel Construction Manual - CTE değerleri için Malzeme Özellikleri bölümü[Dönemli: 1)
  • [FONT:0)FHWA – Köprülerdeki ısı hareketleri teknik kısa).
  • [FONT:0)ACI Komitesi 224 - Beton Yapılarında Cracking Kontrolü (termal bölümler)).

Tüm Hayat Yaklaşımına Materyal Seçimi

Sıcaklık genişletme sorunlarının bir zaman spesifikasyon egzersizi değildir; kavramsal tasarım, tedarik, inşaat ve bakım yoluyla çalışan bir iplikdir.Malzemeler arasında erken işbirliği, yapısal tasarımcılar ve mimarlar, CTE uyumluluğunun önceden dikkate alınmasını sağlar, betonun uygun şekilde montajı, genişlemenin doğru bir şekilde montajının vazgeçilmez olması gerekir - en düşük ücretli malzeme yetersiz iş gücü için telafi edilebilir. bakım tarafında, CTE uyumlulukları kontrolleri, taşıyıcılar, çatlakların periyodik denetimleri, çatlakların doğru şekilde yapılandırılması, termal hareketlerin değiştirilmesi veya yüzeysel bir şekilde değiştirilmesi gerekir.

Sistem düzeyinde bir meydan okuma olarak termal genişlemeye yaklaşırken, sivil mühendisler, düşük genişleme ile malzemeleri seçebilirler, arayüzler boyunca CTE'ler eşleştirebilir ve bu seçenekleri sağlam hareket-akkommodasyon detaylarıyla tamamlayabilirler. Sonuç, inşa edilmiş ortamımızı şekillendiren altyapıdır.