Yapısal Analiz

Hollanda, Breda tren istasyonunda bir çatı desteğinin desteklenmesi - bu tür yapılar yapısal olarak doğrulanmalıdır
Sadece kendi ağırlığını ve ihmal edilebilir rüzgar ve kar yüklerini taşıması gereken statik olarak alakasız yapı. Bu tür işlevsel olmayan bileşenler için de kanıt gereklidir.
Taşıyıcı olmayan bir duvarın öngerilmeli bir beton tavan altında başarısız olması, bu tür hafif bölme duvarlar için temeller de gereklidir.
Statik hesaplama örneği

Yapı mühendisliği veya yapı yapılarının statiği , yapı endüstrisindeki destekleyici yapıların güvenlik ve güvenilirliğinin incelenmesidir . Yapı mühendisliğinde, kuvvetler ve bunların karşılıklı etkileri bir binada ve ilgili her bir bileşende hesaplanır. Yapı mühendisliğinin hesaplama yöntemleri, yapısal planlamada yardımcıdır ve modelleme ve yapım teorisinin öğretilmesiyle birlikte yapısal teorinin bir parçasıdır. Yapı mühendisliği, dayanım teorisi , teknik mekanik , katı cisimlerin statiği ve sürekli ortam mekaniği araçlarını kullanır .

Yapısal analiz, dış yüklerin etkisinden binalardaki yükleri ve deformasyonları gerilmeleriyle birlikte çıkarmaya , yapının yük transferini anlamaya ve dolayısıyla hizmet verilebilirliğini kanıtlamaya hizmet eden bir hesaplamalı ve grafiksel yöntemler topluluğudur. rijitlik , dayanım ve malzeme açısından temelden farklılık gösterebilen bir yapının yük aktaran parçalarının model konsepti ).

Bir yapıya etkiyen yükler, oluşma sıklığına göre kalıcı (örneğin yapının ölü ağırlığı ), değişken (örneğin kar, rüzgar, sıcaklık, trafik veya dalgalanan su seviyeleri) ve olağanüstü etkiler (örneğin deprem, yangın ) olarak ikiye ayrılır. veya araçların etkisi). Bu gerçek yükler i. d. Genellikle, güvenli tarafta yatan belirli bir başarısızlık olasılığı olan standartların yardımıyla tahmin edilir. Yapı mühendisliğinin amaçlarından biri, i'nin en elverişsiz kombinasyonunu bulmaktır. d. Kural olarak, standarda göre, bu varsayılan yüklerin ilgili kombinasyonları, yani yük taşıma güvenliği (örn. kırılma , plastisite , burkulma ) ve servis kolaylığı (örn. deformasyonlar, çatlak genişlikleri, titreşimler) ile ilgili olarak belirlenmelidir.

İlgili yapısal dinamikler , yapıların zamanla değişen yüklere (rüzgar gibi) tepkisini kaydederken , problemler esas olarak yarı statik yüklerin yanı sıra statik kuvvet ve stabilite kanıtlarını içerir, bu sayede dinamik yükler statik yöntemler kullanılarak hesaplanabilir. Bu sözde yarı statik hesaplama, bu şekilde belirlenen tahminin güvenli bir şekilde sağ tarafta olması için yeterince büyük faktörlerle dinamik etkileri hesaba katar. Normal yapı yapım şeklinde, yapı boyunca titreşim doğrulamalar analiz otomatik olarak belirli bir yapı ile yerine geldiği kabul edilir bağlı olarak boyutları yapı malzemesi , örneğin içinde ( Avrupa Standardı EN 1992 ince bel sınırı belirleyen bir minimum kalınlığı levha bağlı olarak ayrı bir titreşim doğrulaması yapmak zorunda kalmadan hayali bir açıklık ve güçlendirme derecesi).

Mekaniğin özel ve uzmanlaşmış bir alt alanı olarak klasik yapısal analiz, elastisite teorisini ve Hooke yasasını kullanır , ancak plastik mafsal teorisinin yanı sıra plastisite teorisinde de kullanılabilir.

Sınırlar ve terimler

Statik terimi belirsiz bir şekilde kullanılır ve genellikle teorik-matematiksel-fiziksel tarafla ilgilidir ( teknik mekaniğin bir alt alanı olarak statik ), yapı mühendisliği ise bu statiğin inşaatta uygulanmasını amaçlar. Yapının planlaması yapılır i. d. Genellikle yapısal hesaplamalar olmadan (genellikle mimar tarafından). Bundan, statik bir model geleneksel olarak, daha sonra genellikle boyutlandırmanın izlediği yük transfer mekanizması ile tanımlanır , bu nedenle boyutların ayarlanması, donatı vb.

Sorumlu yapı mühendisi veya yapı mühendisi - bugün genellikle bir inşaat mühendisi , daha az sıklıkla bir mimar - genellikle halk dilinde bir yapı mühendisi olarak anılır . Düşüncelerinin ve hesaplamalarının sonucu olan statik hesaplama , bazı bağlamlarda kararlılığın kanıtı olarak anılır, ancak çoğunlukla kısaltılmış biçimde statik olarak da adlandırılır .

görevler

Yapı mühendisliği ve statiğindeki en önemli varsayım, taşıyıcı sistemin dengede olduğudur . Yapısal analizin önemli bir yönü, doğrulamaları ekonomik olarak mantıklı bir çabayla sağlayabilen karmaşık bir yapıdan açıkça tanımlanmış bir yük taşıma sistemini modellemektir. İlk olarak hesaplanan yükler belirlenir. Bu , bir tasarımı gerçekleştirmek için hesaplanmış iç kuvvetler ve deformasyonlarla sonuçlanır . Statik bir varsayım sırasında her zaman dengede olan hareket eden yükler, taşıyıcı bileşenler aracılığıyla kısa devre edilir.

Yapılar

İki destek üzerinde ışın
Destek kuvvetlerine sahip tek açıklıklı kiriş
sürekli bir kirişin statik sistemi

Yapı mühendisliği iki büyük yapı grubunu bilir:

Eylemler (yükler)

Eylemler (veya yük) bir yapı yapısal analizi kullanılarak boyutlandırılmış gereken için diğerlerinin yanı sıra vardır.

Dinamik yükler (örn. şoklar, titreşimler, depremler) ve ortaya çıkan deformasyonlar (örn. titreşimler, salınımlar ) genellikle bir yapıya uygulanmadan önce bina ve yol yapımında statik eşdeğer yüklere dönüştürülür.

Hesaplama yöntemi

Yapı mühendisliğindeki hesaplama yöntemleri şu şekilde ayrılabilir:

kremonaplan

Çizim prosedürleri

hesaplama prosedürleri

Yapı mühendisliğinin hesaplama yöntemleri şunları içerir:

Şövalye kesim
Trapez gerilme yöntemi - konsoldaki gerilmeler

Klasik prosedürler

matris süreci

bilgisayar hesaplamaları

İçin Konrad Zuse , formalizasyon kolaylığı ve statik hesaplamalar için gerekli olan yüksek zaman programlanabilir bilgisayarları geliştirmek için orijinal motivasyon vardı. Statik hesaplamalar en başından bilgisayarla ilgiliydi - yavaş yavaş herhangi bir amaç için yürütülen statik tasarım programları haline gelen uygulamalar . Günümüzde statik hesaplamalar neredeyse sadece bilgisayar programları ile yapılmaktadır. İncelenen statik modeller genellikle daha karmaşık ve talepkardır. Tavan panelleri, elastik gömülü paneller, duvar panelleri vb. gibi düz yüzeyli yapıların hesaplanması artık pratikte rutin bir iştir. Sonlu elemanlar yöntemi ile i. d. Genellikle membran ve kabuk yapıları gibi daha karmaşık yapılar incelenir.

Genişletilmiş teknik bükme teorisi

Teknik eğilme teorisi, iç kuvvetlerin (N, M y , M z , V z , V y , T) genel kombinasyonu için doğrusal olmayan malzeme için ilgili bozulma durumu da hesaplanabilecek şekilde genişletildi. davranış. Ayrıca dikkate alınması gereken kayma nedeniyle de eğrilmiş bir genişleme düzlemidir. Genişletilmiş teknik eğilme teorisinde (ETB), teknik eğilme teorisine benzer şekilde, gerekli denge ve gerçekçi malzeme davranışı ile geometrik uyumluluk koşulları karşılanmaktadır. ETB'nin uygulanması, eğilme ve kesme ölçümlerinin ayrı doğrulamalarını gereksiz kılar.

Teori I., II. Veya III. sipariş

Deforme olmamış konumdaki denge dikkate alınarak deforme olmuş yapı

Birinci dereceden teori

Uygulanmasında birinci dereceden teorisini irade ışın yükler (kuvvetler arasındaki kesit baskın dengeler anları ) ve stres üzerinde (stres) olmayan deforme kabul kirişler. Kuvvetlerin konumu, deforme olmamış çubuk enine kesiti ile ilgilidir, yani. H. bozulmalar ve dönüşler 1'den çok daha küçük olmalıdır; Öte yandan, mukavemet hesapları için çarpıtmalar vardır değil deforme olmayan bir üyesi genelleştirilmiş Hooke yasaya dayalı yüksüz bir elemana eşdeğer olacağını, çünkü sıfıra ayarlayın. Bu prosedür, i. d. Genellikle sadece deformasyonlar çok küçükse ve hesaplama sonuçları üzerinde önemsiz bir etkiye sahipse veya bu normatif bir şekilde düzenlenmişse izin verilir.

deforme olmuş yapı

burkulma

Sehimden kaynaklanan iç kuvvetlerdeki değişim ihmal edilemiyorsa , hesaplamada deforme olmuş yapının geometrisi dikkate alınmalıdır. Genel olarak, aynı zamanda, gerekli olduğu dikkate almak (örneğin planlanan geometrisinden (sütun örneğin eğim) ve bileşenlerin ön deformasyonlara yapısının istenmeyen sapmalara eğrilik arasında sıkıştırma çubukları ). İnşaat mühendisliğinde dikkate alınması gereken bu kusurların boyutu standartlarda önerilmektedir.

İkinci dereceden teori

Durumunda ikinci mertebeden teorisi , i. d. Genellikle bir bileşenin deformasyonlarının küçük olduğu varsayılır . Bu, inşaatta kuraldır, çünkü diğer şeylerin yanı sıra büyük bükülmeler yol açar. kullanılabilirlik i. d. R. artık verilmez. Olarak doğrusallaştırılmış ikinci dereceden teorisi, basitleştirmeler küçük rotasyonlar φ sonuçlarının varsayım φ = φ ve cos φ = 1 sin küçük açı yaklaşım (bakınız ayrıca mertebe etkileri ).

Daha yüksek dereceli teoriler

Bir yapının büyük deformasyonlarını da kaydetmek nadiren gereklidir , o zaman ikinci mertebe teorisinin basitleştirmeleri artık uygulanmaz. Buna bir örnek halat ağlarının hesaplanmasıdır . Bu durumda, III. teoriye göre bir hesaplamadan söz edilir . sipariş .

Teoriler arasında II. ve III. Açık bir düzen ayrımı yoktur, bu yüzden bazen sadece birinci ve ikinci düzen teorisinden söz edilir.

Bazı kitaplarda dördüncü dereceden bir teori de bulabilirsiniz , ki bu z. B. şişkinlik sonrası davranışı açıkladı.

Yapı malzemeleri

Yapısal analizin hesaplama sonuçları , destekleyici yapıların boyutlandırılmasında kullanılır . Bunlar ayrıca yapı malzemelerine göre farklılık gösterir ve bu nedenle çok farklı tasarım yöntemleri gerektirir:

Yapı mühendisliği tarihi

Yapı mühendisliğinin tarihi, diğerlerinin yanı sıra araştırma ve yayınlarla yakından ilişkilidir. aşağıdaki yazarlar tarafından bağlantılı:

Statik düzenlemeler

Kral Hammurabi : zayıf yapı mühendisliği için ağır ceza

Statik hukukunun tarihi

Kararsız binalardan kaynaklanan tehlikelerle ilgili olarak, yapı mühendisliği de birkaç bin yıldır mevzuat ve içtihat konusu olmuştur. Mezopotamya'nın ilk kültürlerinde bile binaları çöken ve insanları öldüren inşaatçılar için özel cezalar vardı, örneğin Babil Kralı Hammurapis'in yasal bir koleksiyonu olan Codex Hammurapi'de (* MÖ 1810; † MÖ 1750).

Belirli bir kaliteyi belirleyen daha dar anlamda statik düzenlemeler tarihsel olarak daha yenidir. 27 AD z yılında. B. Roma'nın kuzeyindeki Fidenae'de, altı inşa edilmiş ahşap bir amfi tiyatro çöktü ve binlerce kişi öldü. Roma Senatosu daha sonra statik düzenlemeler yayınladı .

Tipik bugünün düzenlemesi

Bugün statik düzenlemeler bina düzenlemelerinin bir parçasıdır . Gerçek hukuk kuralları genellikle çok kısa ve geneldir. Bu yüzden z'yi okuyun. B. Rheinland-Pfalz Devlet İnşa Kanununun 13. Bölümü :

Her yapısal sistem, bir bütün olarak ve tek tek parçalarında olduğu kadar kendi başına da istikrarlı ve dayanıklı olmalıdır. Stabilitesi diğer yapılar ve komşu özelliği toprakaltı yük taşıma kapasitesi tehlikeye edilmemelidir.

Ancak, kural olarak, daha sonra inşaatla ilgili başka düzenlemelerin çıkarılabileceği öngörülmüştür. Alıntılanan LBO, Bölüm 87'de şunları şart koşar:

Sorumlu bakanlık ... 2. gerekli başvurular, bildirimler, deliller ve sertifikalar hakkında kanuni düzenleme yapabilir .

İnşaat belgelerine ve yapısal incelemeye ilişkin ilgili devlet yönetmeliğinin § 5'inde şöyle denmektedir:

(1) Stabiliteyi kanıtlamak için, tüm statik sistemin bir temsili ile gerekli hesaplamalar ve gerekli inşaat çizimleri sunulacaktır. Çizimler ve hesaplamalar eşleşmeli ve aynı konum bilgisine sahip olmalıdır. (2) Statik hesaplar, planlanan yapıların ve bölümlerinin stabilitesini kanıtlamalıdır. Alt toprağın yapısı ve taşıma kapasitesi belirtilmelidir. ...

Buna karşılık, yapısal analizin bireysel bileşenleriyle ilgili çok sayıda teknik kural vardır. Almanya'da z. Örneğin çok sayıda bağlayıcı DIN standardı vardır . Birkaç paragrafta, binlerce bireysel şart içeren yüzlerce standart bağlayıcıdır ve bu da ideal olarak bina sanatının teknik durumunu bağlayıcı hale getirir.

Gelen OİB 2.1.1 kılavuz:
Yapılar planlı ve yapı maruz ve zemine onları dağıtmak için hangi efektler emmek için yeterli taşıma kapasitesine, kullanılabilirlik ve dayanıklılığa sahip olacak şekilde imal edilecektir.

Hemen hemen tüm modern bina yönetmeliklerinde gerekli olan bu stabilite kanıtları, genellikle özel bir grup mühendis, yapı mühendisleri veya kısaca yapı mühendisleri tarafından oluşturulur ve ayrıca belirtilen çelik donatıya uygunluk gibi inşaat işlerini de izler. onlar tarafından beton yapımında .

Ayrıca bakınız

ql² / 8 statiğinin çizimi

Edebiyat

  • B. Hartung: Betonarme kirişin mekaniği üzerine . tez . TH Darmstadt, 1985, D 17.
  • B. Hartung, A. Krebs: Teknik eğilme teorisinin genişletilmesi bölüm 1. İçinde: Beton ve betonarme yapı. Cilt 99, Sayı 5, 2004.
  • A. Krebs, J. Schnell, B. Hartung: Teknik bükme teorisi bölümünün 2. uzantısı : İçinde: Beton ve betonarme yapı. Cilt 99, Sayı 7, 2004.
  • A. Krebs, B. Hartung: ETB ile betonarme ve öngerilmeli beton kirişlerin yük taşıma ve deformasyon davranışının gerçekçi bir açıklaması için. İçinde: inşaat mühendisi. Cilt 82, Sayı 10, 2007.
  • Karl-Eugen Kurrer : Yapısal Analizin Tarihi. Denge arayışı içinde. 2., büyük ölçüde genişletilmiş baskı. Ernst & Sohn, Berlin 2016, ISBN 978-3-433-03134-6 .
  • Karl-Eugen Kurrer: Yapılar Teorisinin Tarihi. Kemer Analizinden Hesaplamalı Mekaniğe . Ernst & Sohn, Berlin 2008, ISBN 978-3-433-01838-5 .
  • Karl-Eugen Kurrer: Yapılar Teorisinin Tarihi. Denge aranıyor . 2., büyük ölçüde genişletilmiş baskı. Ernst & Sohn, Berlin 2018, ISBN 978-3-433-03229-9 .
  • K.-J. Schneider: Mühendisler için inşaat masaları. 19. baskı. Werner Verlag, Köln 2008, ISBN 978-3-8041-5242-7 .
  • K.-J. Schneider: Mimarlar için inşaat masaları. 18. baskı. Werner Verlag, Köln 2008, ISBN 978-3-8041-5237-3

İnternet linkleri

Bireysel kanıt

  1. ↑ Wilfried Wapenhans, Jens Richter: 260 yıl önce dünyanın ilk istatistikleri . (pdf)
  2. ^ Theodor Kissel: kitle lideri. İçinde: Pazar günü Rheinpfalz . 31 Mayıs 2009, sayfa 20.
  3. ↑ Statik düzenlemeler - DIN. 4 Mart 2016, erişim tarihi 27 Ekim 2020 .
  4. ↑ OIB kılavuzu 1 Mekanik dayanım ve kararlılık. (PDF) Avusturya Yapısal Mühendislik Enstitüsü, Nisan 2019, erişim tarihi 20 Haziran 2019 .