Prestressing Steel ve Dynamic Yüklemeye Giriş

Prestressing çelik, modern yapısal mühendisliğin temel taşıdır, daha uzun süre inşaatını sağlar, uzun binalar ve daha dirençli altyapılar. kontrollü sıkıştırıcı stresler beton elementlere, bu koşullar altında gelişen çelik etkiler.Bu yetenek özellikle güvenli, dayanıklı ve verimli yapılar tasarlandığında önemlidir.

Yüksek güçlü çelik tendonları veya barların prestress betonu ilk 20. yüzyıldaki gelişimi kontrol etme yeteneğinden dolayı dönüştürücü bir ilerleme olmuştur.Bugün, prestressed beton, uzun vadeli çelik köprüler, yüksek binalar, stadyumlar ve deniz platformları dahil olmak üzere birçok kritik altyapı projesi için seçim malzemesidir.

Bu makale, prefabrik elemanların mekanik cevabı, tasarım değerlendirmeleri ve ileri uygulamalar hakkında bilgi sahibi olmak için ayrıntılı bir inceleme sunar.Bu makale, prefabrik çelik ve dinamik yapısal davranış ilkelerine sahiptir, ilgili vaka çalışmaları ve mevcut tasarım kılavuzları tarafından desteklenen, mühendisler ve araştırmacılara pratik yapmaktır.

Prestressing Steel Prensleri

Nasıl Prestressing Works

Beton elementleri için yüksek güçli çelik tendonları veya barlar tarafından betona karşı, ya da betonun sertleştirilmesinden önce (post-tanışlama) veya betondaki çatlakların sıkıştırılmasında zorlanan stresin kullanılmasıyla elde edilir.

Önden gelen, tendonlar betonun içine yerleştirilen ve betonun sertleştiğinden önce sabit bir şekilde gerginliklenir.Çalışanların, önkoşulların betona aktarıldığı, düktörlerin korozyondan ve bağın sağlanması için kullanılması durumunda, betonun zorlandığı durumlarda gerginliklenir.

Prestressing için kullanılan çelik, aşırı kesitsiz bir kuvvete sahip olmak için genellikle 7-tel ipliklerden oluşur ve bu işlem için 900 MPa ve parmak izlerinin yüksek çözünürlükte olması gerekir. Çelikin yüksek gücü, aşırı kesitsiz kuvvetle elde etmek için gereklidir.

Prestressing Steel Özellikleri

Çelikin benzersiz malzeme özellikleri dinamik yükleme koşulları için uygun hale getirir. Yüksek çekme gücü, malzemenin verimli kullanılmasını sağlarken, çeliklerin prestressed elementlerin sertlik olmadan içsel deformasyonlara neden olabileceğini sağlar - sismik ve etki yükleri için kritik bir gerekliliktir.

Şükrü direnci, demiryollarında ve deniz platformlarında tekrarlanan yapıların en önemli özelliklerinden biridir. Prestressing çelik fuarları iyi yorgunluk davranışları, dayanıklılık sınırları genellikle yaklaşık 200 ila 300 MPa arasında, uzun vadeli yorgunluk ve koruma türüne bağlı olarak.

Rahatlama başka bir anahtar özelliktir. Rahatlama, zaman içinde çelikte sürekli olarak stres kaybı anlamına gelir. Low-relaxation çelik, özellikle de dinamik yüklemenin ek stres dalgalanmalarına neden olabileceği yapılarda, ilk stresin% 2-3'ünü, normal sağlık çelik için% 6-8'e kıyasla, bu özellik, prestress'ın uzun vadeli etkinliğini korumak için önemlidir.

Yapılarda Dinamik Yükümlülük Anlamak

Dinamik Yüklerin Türleri

Dinamik yükler, zamanla değişen statik yüklerden farklıdır ve sabit etkiler, vibrasyonlar ve osilasyonlar. Yapıları etkileyen başlıca dinamik yükler türleri şunlardır:

  • [FONT:0]Seismic Yükler:[Döneticiler:[Döneticiler) Depremlerden gelen temel hareketler, önemli inelastic deformasyonlara neden olabilecek önemli ölçüde temel yapılara neden olan temel yapılardır.
  • [FONT:0)Wind Yükler: [Dönder: [Dönder:) Rüzgar, uzun binalarda vibrasyonları, kuleler ve uzun kuyruklu köprüler. Vortex hedding, galoping, ve flutter, düzgün yönetilmeyen büyük ölçüde salınımlara yol açan fenomenlerdir.
  • [FONT:0]Traffic Yükler:[Dönemli Yükler:[Dönemli Yükler: 0 ) Köprüler ve park yapıları tasarım yaşamlarında milyonlarca araç yüklemesini deneyimliyor.
  • [FONT:0]Blast ve etki yükleri:[Döntgen: 0,4][/FONT:0)Blast ve etki yükleri:[Dönetici:0)[Dönetici: 0,8|D) Patlamalar, araç çarpışmaları ve nesnelere kısa mesafeli yükler, yerelleştirilmiş hasarlara veya çökmüş hasarlara neden olabilecek yüksek oranlarda yapısal bütünlüğün korunmasına yardımcı olabilir.
  • [FONT:0]Makine ve ekipman yükleri: [Dönler: [Döneticiler, türbin temelleri ve geri dönen veya karşılıklı makineleri destekleyen diğer yapılar periyodik veya rastgele vibrasyonlara tabidir. Prestressing, defleksiyonları kontrol edebilir ve yorgunluklara karşı direnebilir.

Dinamik Güçlere Yapısal Yanıt

Dinamik yüklemeye bir yapının cevabı, yapının doğal frekanslarından birine, resonance'ın frekansına bağlıdır ve yükün kendisi için önemli parametrelerdir. Dinamik davranışı yöneten temel parametreler doğal frekanslar, mod şekilleri ve baraj oranlarıdır.Uygulamalı yük maçlarının frekansı, resonance meydana geldiğinde, hasar veya rahatsızlıklara neden olabilecek büyük amplifiğe yol açan titreşimlerin özellikleri.

Çelik, bu dinamik parametreleri birkaç şekilde etkiler.Yapıdaki dinamik cevabı artırarak, prestressing genellikle demiryollarında, kanaldaki yükler gibi düşük frekanslı yüklere geri dönmelerine yardımcı olabilir.Deprestressed structures, bu da ısıtılışlı yapılarındaki dinamik tepkiyi olumlu bir şekilde dağıtmaya eğilimlidir. Damping genellikle demiryolları, demiryollarında sürtünme gibi mekanizmalar aracılığıyla güçlendirilir.

Prestressing Steel'in Dinamik Yapısal Davranış Üzerine Etkisi

Stiffness ve Deflection Control

Dinamik yükleme altındaki çelik önkoşulların birincil faydalarından biri, yapısal elementin etkili bir şekilde sertleştirilmesidir.Bir prestresed beton elementinde, gerilim çatlakları nispeten düşük yük seviyelerinde meydana gelir, çatlakların azaltılması veya daha düşük doğal frekanslara yol açar, potansiyel olarak yapının dinamik bir elementle yeniden ele geçirilmesini sağlar.

Bu yüksek sertlik doğrudan dinamik yüklerin altında boşlukları azaltır. Örneğin, ağır kamyon yüklemesi altındaki bir beton köprünün oranı, aynı boyutlardaki beton yükleyicisinden daha küçük bir boşlukta yer alır. Aşağı defleksiyonlar sadece hizmet edilebilirliği azaltır, aynı zamanda dinamik amplifikasyon faktörü (DAF) - statik yanıtın maksimum dinamik cevabının oranı - çünkü daha yüksek sertlik doğal frekansı artırır.

sismik uygulamalarda, prestressed elementlerin yüksek ilk katılığı hem bir avantaj hem de bir meydan okuma olabilir.Bir yandan, yapı sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık kullanılan sertleştirici davranışlara ve dışsal olmayan unsurların oluşmasıyla birlikte, yapı esnek olmayan bölgelerde veya daha yüksek sertlikte yatan daha büyük bir temel hear kuvvetlerin kullanılması için tasarlanmıştır.

Damping Özellikleri

Damping, vibrasyonal enerjinin bir yapı içinde ayrıştırıldığı mekanizmadır. Yüksek barajlar betonda sertleştirici stresler yaratır ve mikro-kahkalama davranışı etkileyen yapı geri dönmesine yardımcı olur.Bir mikro-kökezleyici elektrik kapatılma ve histeriler aracılığıyla enerjiyi etkileyebilir.

Bağlanmış posta elemanları, tendonların ve tendon arasındaki bağıntılı ve beton, arayüzdeki hear deformasyonlar ve sürtünmeler aracılığıyla değiştirilebilir.Tövücü olmayan elementler, yüksek tepelerdeki köprüler ve binalar tasarımında, kinsiz stabiliteler oldukça etkili olabilir.

Metal yapılar için% 0.5 ile kıyaslanma oranları genellikle beton için% 1 ila % 3 arasında değişmektedir, daha yüksek sertlik, daha iyi çatlakların birleşimi ve daha sağlam bir şekilde takviye edilen beton yapıların% 2 ila% 5'ine kıyasla daha sağlam olan ilave titreşim mekanizmaları.

Crack Control and Serviceability

Crack kontrolü dinamik yükleme altında yapılar için en önemli hizmet edilebilirlik gözlerinden biridir. Betondaki çatlaklar sadece görünüş ve dayanıklılık etkilemez, aynı zamanda yorgunluk hasarlarının potansiyelini azaltır ve prestressed beton, pre-kompresyon, betonun hizmet yükleri altında sıkıştırılmasını sağlar, çatlakları oluşturmanın önlenmesini sağlar. Tüm hizmet kombinasyonlarında tamamen ön planda kalmayan yapılar için tasarlanmıştır.

Bazı yapılarda, yüksek yük seviyelerine (Class 3 prestressing, sınırlı çekme stresleri izin verilen), bazı çatlaklar aşırı hizmet yükleri altında meydana gelebilir. Ancak, bu durumlarda bile, yüksek çözünürlükteki çatlakların çoğu için çok küçük değerlere (tipik yükler için 0.1 mm'den daha az) kontrol etme yeteneği özellikle deniz köprüleri olmayan ortamlarda gelişebilecek daha yüksek çatlaklarda önemlidir.

sismik yükleme altında, çatlakların tasarımı sırasında yapının bütünlüğünü korumak için çatlaklar önemlidir.Süresel direniş için tasarlanmış beton elementleri genellikle prestressed ve non-prestressed takviyelerin bir kombinasyonunu içerir.Enstressing, yapının depremden sonra önemli bir sertlik veya sertlik kaybı olmadan önce değerlendirilmesi gerektiğini sağlamak için dikkatle kontrol edilir.

Fatigue Performansı

Fatigue, bir malzeme Çevrimdışı yüklemeye maruz kaldığı zaman ortaya çıkan ilerici, yerelleştirilmiş hasar sürecidir.Süresel beton yapılarda yorgunluk, yüksek hacimli çelik için yaklaşık 200 ila 300 MPa'nın korozyonsuz bir ortamda yaşadığı stres aralığının üzerindedir.Bu, çoğu köprüde deneyimlenen tipik stres aralıkları ve bina uygulamaları ile birlikte, canlı yükleri en yüksek çözünürlükte 50 MPa'ya kadar uzanan yaklaşık 50 MPa'ya kadar etkileyebilir.

Prestressing sisteminin yorgunluk performansı, stresin ve sapma noktalarının ayrıntılarına bağlıdır (bu bölgelerde dışsal yönlendirme sistemleri en aza indirmek için).Bu yerlerde, tendon deneyimleri yorulma ömrünü azaltabilecek ve bükme stresi yaratır.Bu nedenle stresin bozulması ve bozulmaması gibi özel ayrıntıları kullanmak için yaygın bir uygulamadır, bu da yorgunluk zararları ve pürüzsüz saddlesiyonları en aza indirmek için.

Uzun süreli köprüler veya deniz platformları gibi çok yüksek sayıda döngüye maruz kalan yapılar için, önkoşul sisteminin yorulma tasarımı kritik bir öneme sahiptir. Tasarım kodları, prestressing çelikin yorgunluk direncinin tipik olarak S-N eğrilerine göre (stress serisine karşı çıkış noktalarının başarısız olması için) yasal hasar sağlar. Tasarım, genel olarak yüksek güç ve iyi yorgunluktan elde etmek için en iyi şekilde korunmalıdır.

Dinamik Yükler altında Prestressed Structures için Tasarım

Yük Magnitude and Frekans

Dinamik yükleme için bir önlü yapı tasarlarken, ilk adım, büyük ölçüde, frekans içeriği ve süresi açısından yükleri karakterize etmek.Süresel yükler için tasarım yanıt spektrumu, maksimum hız ve yer değiştirme taleplerini belirlemek için kullanılır.For windload, the gust spektrumu ve aerodinamik özellikleri rüzgar kaynaklı kuvvetler ve aerodinamik özellikleri rüzgar kaynaklı kuvvetler ve aeroe karşı algılanabilirlik.For traffic and Machinery load, the load spektrumu (the distribution of load scales and number of cycle)

Dinamik amplifikikasyon faktörü (DAF) tasarımda merkezi bir rol oynar.ADR, yapının doğal frekansına ve baraj oranına yük frekansına bağlıdır. Daha yüksek doğal frekanslarla ilgili yapılarla ilgili olarak, çoğu zaman yük frekansının doğal bir frekansla örtüşmemesi gerektiği konusunda daha düşük olur.

Tendon Layout ve Prestress Level

Prestressing tendonlarının düzeni ve prestress seviyesi, yapının dinamik davranışını etkileyen önemli tasarım değişkenleridir. tendon profili, içsel güçlerin dağılımını etkiler ve elementin sertliklerini etkiler. Örneğin, bir paraboz profili, bir üst düzey cambere doğru bir şekilde destek verir, altüst yükü azaltır, orta spanyayı azaltır ve doğal frekansı arttırır.

Önleyici seviye (en etkili prestress kuvvetinin büyüklüğü) aynı zamanda dinamik davranışları etkiler. Daha yüksek prestress seviyesi, çatlakları artırırken, çatlakları korumak için çok yüksek bir prestress seviyesi aşırı derecede fazla kameraya yol açabilir.Sürücük olmayan bir parametreye ve yüksek sağlık kaybına yol açar.

Kod Hükümler ve Kılavuzlar

Birkaç tasarım kodları ve yönergeleri, dinamik yükleme için önsözlü beton yapıların tasarımını ele alır.TheETHTO LRFD Bridge Design Properties[DK:1) (Amerikan Devlet Yolu ve Ulaşım Resmiler Birliği), Kuzey Amerika'da yaygın olarak kullanılan ve diğer birçok yargıda referanslar da kullanılır.

Avrupa'da, Avrupa'da, 0:0)Eurocode 2: Beton Yapılarının Tasarımı[[DÜDÜT:1) 1992-1-1 ve EN 1992-2), dinamik ve yorgunluk için hükümler dahil olmak üzere, önceden belirlenmiş beton yapıların tasarımını ve değerlendirmelerini kapsayan kapsamlı bir uluslararası referanstır.

ABD'de yayınlandığı gibi, uygulamada yaygın olarak kullanılan birkaç rehber yayınlamaktadır.(0)Post-Tensioning Institute (PTI)), bu kaynakların başlangıç öncesi binalar arasında karmaşık bir etkileşim için gerekli olan güvenilir bir tasarım için gerekli olan temel bilgileri yerine getirmek için.

[FONT=0)Dön bağlantı: [Dönetici:0) [FONT=0) [FONT=0)

[FONT=0)Dön link:[Dönem:2)Post-Tensioning Institute (PTI)).

Gelişmiş Uygulamalar ve Vaka Çalışmaları

Seismic-Resistant Köprüleri ve Binalar

Prestressed beton, sismik alanlara yoğun olarak alışkın, beton sütunları ve hear anahtarları gibi kirli elementler aracılığıyla sağlanan sıvı yakmanın tasarımını kullanarak elastik olarak konumlandırılabilir. köprü yapımında kullanılan beton kirişler genellikle sismik bölgelerde kullanılır, çünkü deprem altındaki kütle ve ilişkili kuvvetler altında esneklik sağlamak için tasarlanmıştır.

Önemli bir vaka çalışması, çatıdaki ve ana yapısal sütunlarda tendonları içeren, binayı önemli hasar olmadan büyük yere iten beton ve çelik elementlerin bir kombinasyonunu kullanan, olağanüstü sismik performansı elde etmek için temel yapıdaki zeminleri içerir.

Başka bir örnek, sisli yüklere direnmek için tasarlanmış uzun süreli beton kablo geçirmez köprüdür. Köprü, ana yapısal elemanların mekaniksel olayda yerini almasını sağlar.

Rüzgar-Loaded Tall Structures

Uzun binalar, kuleler ve uzun vadeli köprüler özellikle sert bir kuvvetle titreşimler oluşturmak için hassastır.Saç çelik, bu yapılarda sertlik ve titreşimleri kontrol etmek için kullanılır. yüksek binalarda, ön-tane zemin plakaları ve duvarlar sert bir dahaki kuvvetle çalışır ve sakinlerin rahatlığını artırmak için kullanılır.

1998'den 2004'e kadar dünyanın en yüksek binaları olan Kuala Lumpur'da bulunanPetronas Kuleleri[DÜT:1) tarafından verilen bir beton, önyükleme sistemi ile birlikte, rüzgar kaynaklı titreşimleri kontrol etmek için gerekli olan en yüksek binalarla bir araya getirildi. kuleler, en az daha hızlı hıza sahip, konutlar için rahat bir ortam sağlamak için üst düzey bir zemine dayanıklı bir ortam sağlamak için tasarlanmıştır.

Uzun zamandır köprüler, rüzgar kaynaklı titreşimler kritik bir tasarım konusu olabilir.TheETHFLT:0)Millau Viaduct) Fransa'da, çok katlı beton güverte segmentleri ile çok yönlü bir köprüyü sağlamak, rüzgar ve dinamik davranışlar için geniş ölçüde incelenmiştir.

[FONT=0)Dön bağlantı: [Dönemli Beton Enstitüsü (PCI)).

Bridge Decks'ta Trafik ve Fatigue

Köprü güverteleri, kontrol edilen stres seviyelerinin ve sınırlı çatlakların sabit bir köprünün parçası olduğundan, üst düzey flange'nin bir parçasıdır ve her iki yerel (kırık yük) ve küresel (bütün bükme) strese maruz kalır.

[FONT=0]I-35W Saint Anthony Falls Bridge [DÜDÜSTÜDÜSTÜRKİYE) , 2008 yılında çökmüş I-35W köprüsünü yerine getiren, yüksek dayanıklılık ve uzun yorgunluk yaşamı için tasarlanmış modern bir beton köprünün önemli bir örneği. Köprü, her iki iç ve dışsal ve dışsal kutu ile bir ön plana doğrulanmış beton segmenti kullanıyor.

Mevcut köprüler için, yırtılma öncesi tendonlarda yorgunluk hasarının değerlendirmesi karmaşık bir görevdir. Akustik ve manyetik flux sızıntısı gibi, büyük hacimli tendonlarda kırık telleri tespit etmek için geliştirilmektedir. Birçok durumda, betonun yük altına alınması ve yorgunluk durumu, hizmet hayatı için yeterli bulunmuştur.

Dinamik Dayanıklılık için Prestressing Steel'te yenilikler

Unbonded ve Dış Tendons

Unbonded post-tanış sistemleri, ki bu tendonlar betona boyun eğmiyor ve yükün altında hareket etmek için özgürdür. Bu davranış özellikle sismik ve dinamik uygulamalarda popülerlik kazanıyor.

Dış postalama, tendonların beton kesiti dışında yerleştirilir ve koruyucu bir tüpte kapalıdır, inceleme ve bakım için avantajlar sunar. Dış tendonlar mevcut köprülerin ve binaların güçlendirilmesi için test edilebilir ve yerine getirilir, yeni inşaatta uzun süreli köprüler ve büyük ölçekli çatılar için de.

Yüksek-Strength ve Korozyon-Resistant Alaşımları

Daha yüksek güçlü çeliklerin gelişimi (küresel yükler için 2,100 MPa'ya kadar güçlü kuvvetlerle) daha düşük çelik alanlarla daha yüksek dayanıklılık ve dayanıklılık sağlar, bu da yapıyı hafife almalı.Bu azalma, sabit kuvvetler için avantajlıdır ve doğal frekansları azaltır. Ancak, daha yüksek çözünürlük ve yorgunluklar için daha düşük yüksek çözünürlükte ve yorgunluklar için ısıtılabilir.

Çelik ve çelik gibi korozyona dayanıklı alaşımlar, Baltık Denizi ortamındaki uzun süreli prestressing sistemlerinin uzun vadeli dayanıklılıklarını geliştirmek için agresif ortamlarda kullanılır.2004 dayanıklı malzemelerin kullanımı, prestressing sisteminin kullanımı, yüksek çözünürlükte bile paslanmaz çelik yönlendirme barları kullanır.

Akıllı Tendons, gömülü Sensörlerle

İzleme teknolojisi önkoşullara entegre edilmesi, prefabrike yapıların güvenliğini ve yönetimini geliştirmek için vaat eden bir alandır. Fiber optik sensörler, pastazoelektrik cihazları ve kablosuz su hatları, tendonlar içinde veya demirler altında aşırı bir olayı ölçmek için gömülü olabilir.

Birkaç gösteri projesi köprülerde ve binalarda akıllı tendonlar kurdu, yapısal davranışlarda sürekli veriler sağlıyor. Örneğin, ESFLT:0)Streicker Köprüsü), Princeton Üniversitesi'nde ABD'de bulunan ve bu yüklemelerdeki tümleşik bir izleme sistemi kullanıyor ve betonda kullanılan bu sensörlerin verileri büyük ölçekli denetimlerde kullanılan akıllı izleme sistemleri geliştirmeye yardımcı oluyor.

[FONT=0)Dön bağlantı: [Dönem:2]AASHTO).

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Prestressing çelik, dinamik yükleme altında yapısal davranışı derinden etkiler. Kontrollü sıkıştırıcı stresleri beton elementlere tanıtarak, prestressing söndürücüleri geliştirir, sönüllüleri kontrol eder ve mükemmel yorgunluk direnci sağlar. Bu avantajlar otomatik değildir - önleyici sistemin seçimi dahil olmak üzere, uygun tip, prestress seviyesi ve belirli dinamik yükler için yer alan değişiklikler.

Dinamik olarak yüklenen yapılardaki çeliklerin uygulamaları çeşitli, sismik dayanıklı köprüler ve binalar, rüzgara duyarlı uzun yapılar ve yorgunluk-kırık köprü güverteleri. Yenilikçiler, zorlu yük senaryoları karşısında, yüksek güçlü alaşımlar ve akıllı izleme teknolojileri daha dayanıklı ve daha uzun süreli yapılar için olasılıkları genişletmektedir.Bu gelişmelerden elde edilen bilgiler tasarım kodları ve yönergeleri de bilgilendirir ve mühendisler, talep eden çeliklerin tamamını talep eden tüm potansiyelini kullanarak, en yüksek performanslı yük senaryoları kullanarak sürekli olarak genişletir.

Ses materyali bilimini, yapısal dinamikleri ve titiz tasarım metodolojisini bütünleştirerek, mühendisler, yerleşik ortamda dinamik yüklemenin zorluklarını karşılamak için prestressing çeliklerini güvenle kullanabilirler. Yapısal mühendisliğin geleceği şüphesiz daha uzun süreler, uzun yapılar için talep edilen teknolojiye daha fazla güven görecek ve daha yüksek performans büyümeye devam edecektir.