Stabilność konstrukcji

Stabilność konstrukcji wynika z działań podjętych przez projektanta, aby uniknąć jego ruinę w czasie jego trwania. Rzeczywiście, konstrukcje ( mosty , budynki , klatki , tamy ,  itd. ) Muszą wytrzymać określoną liczbę naprężeń lub obciążeń wynikających zwykle (obciążenie usług, śnieg, itp) lub nawet wyjątkowej (wypadek, trzęsienia ziemi, etc.) warunkach. Bez uszkodzeń i bez narażania mieszkańców.

Stabilność jest zapewniona, gdy w każdym punkcie wysiłków konstrukcyjnych od obciążeń zewnętrznych nie przekracza materiału sprężystość .

Stateczność budowli jest kierunkiem studiów z dziedziny inżynierii, a zwłaszcza budownictwa lądowego , budowli inżynierskich .

Przepisy prawne

Oficjalne przepisy lub przepisy określają kryteria stateczności, a także współczynniki bezpieczeństwa, które należy uwzględnić podczas projektowania . Zwracamy uwagę głównie na:

• Te Eurokody opracowany przez Europejski Komitet Normalizacyjny (CEN).
• Amerykańskie standardy napisane przez profesjonalistów z branży budowlanej. Zwróćmy uwagę bardziej szczegółowo na ACI-318 opracowany przez American Concrete Institute dla betonu zbrojonego.

Obciążenia lub naprężenia

Obciążenia lub naprężenia to siły lub naciski przyłożone do konstrukcji. Wyróżniamy:

• obciążenia stałe: ciężar własny konstrukcji i jej wykończeń ,…;
• wewnętrzne obciążenia konstrukcji: sprężanie , regulacja łożysk,…;
• koszty eksploatacji , wynikające z samej funkcji konstrukcji: obciążenia komunikacyjne na moście , parcie wody na zaporę , obciążenia związane z okupacją budynku, pchanie gruntu na ścianę,…;
• obciążenia klimatyczne: wiatr , deszcz , śnieg , temperatura ,…;
• obciążenia wynikające ze zmian środowiska otaczającego konstrukcję: osiadanie pod podporą,…;
• ładunki o wyjątkowym zdarzeniu: powodzie, burze i tornada , trzęsienia ziemi itp .;
• ewentualnie pewne przypadkowe ładunki: pożar , eksplozje, uderzenia, niespodziewany wyciek ciężkich materiałów, nadciśnienie w procesie przemysłowym itp.

Opłaty, które należy uwzględnić, określają obowiązujące przepisy oraz funkcja konstrukcji. Należy zauważyć, że niektóre tak zwane konstrukcje „zabezpieczające” są w rzeczywistości wykorzystywane tylko w wyjątkowych lub przypadkowych przypadkach: w przypadku zapór przeciwburzowych.

Rezystory

Każdy materiał można scharakteryzować swoją wytrzymałością. Jest to mierzone za pomocą testów i pomiarów ( test mechaniczny ) lub jest certyfikowane przez producenta.

Wartość rezystancji brana pod uwagę przy sprawdzaniu stabilności uwzględnia rozrzut statystyczny właściwy dla materiału. Mówimy o rezystancji charakterystycznej, to znaczy o wartości, która z prawdopodobieństwem 95% będzie niższa niż w przypadku faktycznie użytego materiału.

Kontrola stabilności

Kryteria stabilności

Stabilność konstrukcji jest zapewniona, gdy naprężenia są mniejsze niż opory, a mianowicie:

S ≤ R

Gdzie S reprezentuje naprężenia, a R reprezentuje opory. Jeśli S = R, mówimy, że stan graniczny został osiągnięty. Jeśli S> R, konstrukcja przekracza ruinę i doznaje uszkodzeń.

Czynniki bezpieczeństwa

Jednak biorąc pod uwagę niepewność dotyczącą zarówno obciążeń, jak i wytrzymałości, przepisy i przepisy wymagają stosowania współczynników bezpieczeństwa.

Powyższa relacja staje się wtedy:

S * Cs_charge ≤ R / Cs_materials

Gdzie Cs_charge reprezentuje współczynnik bezpieczeństwa, który ma być zastosowany do obciążeń i uwzględnia:

• Możliwość niekorzystnych odchyleń w opłatach.
• Możliwość nieprecyzyjnego modelowania obciążeń.
• Niepewności związane z oceną skutków obciążeń.

A Cs_matériaux reprezentuje współczynnik bezpieczeństwa, który należy zastosować do rezystorów i uwzględnia:

• Niekorzystne odchylenia od wytrzymałości statystycznej materiałów.
• Niedokładności współczynników konwersji między zmierzonymi rezystancjami a rzeczywistymi rezystancjami.
• Niepewności dotyczące właściwości geometrycznych i modeli wytrzymałościowych.

Te współczynniki bezpieczeństwa są określane zgodnie z warunkami weryfikacji (stany graniczne nośności i podczas eksploatacji).

Sprawdzanie ogólnej stabilności

Projektant podejmuje niezbędne kroki, aby konstrukcja nie przesuwała się jak blok, a tym samym unika:

• linia wodna: Ta kontrola jest szczególnie ważna w przypadku konstrukcji zakopanych poniżej poziomu lustra wody. Konieczne jest uwzględnienie zmian tego poziomu w czasie;
• poślizg  : Może się zdarzyć, do podpierania ściany ziemi;
• przechylanie lub przewracanie się: przypadek smukłej konstrukcji narażonej na działanie wiatru.

Kontrola odporności

Każdy element konstrukcji musi mieć wystarczającą wytrzymałość, aby uniknąć następujących trybów zniszczenia :

• zniszczenie spowodowane nadmiernym obciążeniem, a tym samym przekroczeniem nominalnej wytrzymałości na obciążenia ( wytrzymałość materiałów ), tj. krótkotrwałe lub długotrwałe zniszczenie ciągliwe ( pełzanie );
• zniszczenie przez niestabilność geometryczną , gdy konstrukcja ucieka pod obciążeniem ( wyboczenie ). Może to mieć miejsce głównie w przypadku smukłych elementów, takich jak stalowe pręty konstrukcyjne;
• ruiny przez zmęczenie , gdy liczba naprężenia przemiennego ( drgania ,  itp ) przekracza pojemność elementu. Zmęczenie dotyczy głównie podpór maszyn wirujących;
• zniszczenie przez kruche pękanie ( mechanika pękania ) w przypadku elementów poddanych działaniu niskich temperatur lub dużej prędkości obciążenia lub posiadających wcześniej istniejące wady.

Ta kontrola ma również zastosowanie do gruntu pod fundamentem ( geotechniczne ).

Kontrola funkcjonalności

Oprócz stabilności należy zadbać o funkcjonalność konstrukcji. Na przykład należy unikać:

• Mieszkańcom budynku nie przeszkadzają znaczne odkształcenia przy silnym wietrze .
• Zbyt duże amplitudy drgań nie niszczą obsługiwanej maszyny.
• Te pęknięcia zmniejszy proofing (Budynek) z wieżą wodną, ...

W stanie eksploatacyjnym projektant zapewni, że konstrukcja pozostanie w zakresie swojej funkcjonalności: brak nadmiernych odkształceń, pęknięć  itp.

W wyjątkowych sytuacjach ( pożar , wypadek, trzęsienie ziemi itp.) Konstrukcja może ulec częściowemu uszkodzeniu, ale należy wziąć pod uwagę bezpieczeństwo użytkowników (mieszkańców itp.).

Uwagi i odniesienia

1. http://www.cen.eu
2. Wymagania przepisów budowlanych ACI -318 dla betonu konstrukcyjnego i komentarz
3. American Concrete Institute http://www.concrete.org/general/home.asp
4. Patrz Eurocode 1: EN 1991-1 [9.4]
5. Zobacz powiązany artykuł „Beton w stanach granicznych”
6. dla  współczynników bezpieczeństwa patrz, na przykład, Eurokod I : EN 1991-1 [9.3]

Zobacz też

Bibliografia

 : dokument używany jako źródło tego artykułu.

• Charles Massonnet - Statyka konstrukcji - University of Liège - 1972
• Timoshenko , Strength of Materials, D. Van Nostrand Co., 1930 (przedruk 1940, 1955), 2 vol.

Powiązane artykuły

• Inżynieria budowlana
• Wzmocniony beton
• Żelbet w stanach granicznych
• Stal
• (en) w: Mechanika_pęknięć
• (en) en: Fatigue_ (materiał)
• Inżynieria lądowa
• Rama

Linki zewnętrzne

• Eurokody: http://www.icab.fr/guide/eurocode/index.html