Stabilitet av konstruksjoner

Den stabiliteten av en konstruksjon resultat av de tiltak som treffes av designeren for å unngå sin ruin i løpet av sin levetid. Faktisk konstruksjoner ( bruer , bygninger , rammer , dammer , etc. må) tåle et visst antall påkjenninger eller belastninger under vanlige (tjenesten belastning, snø, etc.) eller til og med eksepsjonell (ulykke, jordskjelv, etc.) forhold. Uten skader og uten å sette beboerne i fare.

Den stabilitet er sikret når ved hvert punkt av konstruksjonen innsatsen fra masser eksterne ikke overstiger materiale elastisitet .

Bygningsstabiliteten er studieretningen til en gren av ingeniørfag og spesielt anleggsteknikk , ingeniørstrukturene .

Forskrifter

Offisielle koder eller forskrifter definerer stabilitetskriteriene samt sikkerhetsfaktorene som skal tas i betraktning under utformingen . Vi noterer oss hovedsakelig:

De Eurocodene utviklet av European Committee for Standardization (CEN).
Amerikanske standarder skrevet av fagfolk. Merk mer spesifikt ACI-318 utviklet av American Concrete Institute for armert betong.

Belastning eller belastning

Belastninger eller spenninger er krefter eller trykk som påføres konstruksjonen. Vi skiller mellom:

permanente belastninger: egenvekt av konstruksjonen og dens overflater ,…;
interne konstruksjonsbelastninger: forspenning , lagerjustering osv .;
driftskostnadene , de som skyldes den meget funksjon av konstruksjonen: trafikkbelastninger på en bro , vanntrykket på en demning , masse bringes ved okkupasjon av en bygning, land presser mot en vegg, ...;
massevis av klimatisk opprinnelse: vind , regn , snø , temperatur , ...;
belastninger som følge av endringer i miljøet rundt konstruksjonen: bosetting under en støtte,…;
masse eksepsjonell forekomst: flom, storm og tornadoer , jordskjelv osv .;
muligens visse utilsiktede ladninger: brann , eksplosjoner, støt, uventet søl av tunge materialer, overtrykk i en industriell prosess, etc.

Kostnadene som skal tas i betraktning er definert av regelverket i bruk og av selve konstruksjonens funksjon. Det bør bemerkes at enkelte såkalte “safety” konstruksjoner er bare virkelig tilkalt unntak eller tilfeldige tilfeller: tilfelle av anti-storm barrierer .

Motstander

Hvert materiale kan være preget av dets motstand. Dette måles ved tester og målinger ( mekanisk test ) eller er sertifisert av produsenten.

Motstandsverdien tatt i betraktning for stabilitetskontrollen tar hensyn til den statistiske spredningen som ligger i materialet. Vi snakker om karakteristisk motstand, det vil si en verdi som har en sannsynlighet på 95% for å være lavere enn materialet som faktisk brukes.

Stabilitetskontroll

Stabilitetskriterier

Stabiliteten til konstruksjonen sikres hvis spenningene er lavere enn motstandene, nemlig:

S ≤ R

Der S representerer spenningene, og R representerer motstandene. Hvis S = R, sier vi at grensetilstanden er nådd. Hvis S> R overgår konstruksjonen ruinen og får skade.

Sikkerhetsfaktorer

Gitt usikkerhet knyttet til både belastning og motstand krever koder og forskrifter imidlertid bruk av sikkerhetskoeffisienter.

Ovennevnte forhold blir da:

S * Cs_charge ≤ R / Cs_materials

Der Cs_charge representerer sikkerhetskoeffisienten som skal påføres lastene og tar hensyn til:

Muligheten for ugunstige avvik i anklagene.
Muligheten for upresis modellering av last.
Usikkerhet knyttet til evaluering av effekten av last.

Og Cs_matériaux representerer sikkerhetskoeffisienten som skal brukes på motstandene og tar hensyn til:

Ugunstige avvik fra materialets statistiske styrke.
Unøyaktigheter i konverteringskoeffisientene mellom de målte motstandene og de virkelige motstandene.
Usikkerhet angående geometriske egenskaper og motstandsmodeller.

Disse sikkerhetskoeffisientene er spesifisert i henhold til verifiseringsbetingelsene (endelige grensetilstander og i drift).

Kontrollerer total stabilitet

Designeren tar de nødvendige tiltakene slik at konstruksjonen ikke beveger seg som en blokk og derfor unngår:

vannlinjen: Denne kontrollen er spesielt viktig for konstruksjoner som er begravd under vannbordet. Det er nødvendig å ta hensyn til variasjonene av dette nivået over tid;
den slip : Det kan være tilfelle for understøttelse av en vegg på land;
vippe eller velte: Tilfelle av en slank konstruksjon utsatt for vindens påvirkning.

Motstandskontroll

Hvert element i konstruksjonen må ha tilstrekkelig styrke til å unngå følgende ruinemodi :

svikt ved overbelastning og derfor ved å overskride den nominelle motstandskapasiteten ( materialets motstand ), dvs. kort eller langvarig duktil svikt ( kryp );
ødelegges av geometrisk ustabilitet når strukturen slipper ut under belastningen ( knekk ). Dette kan forekomme hovedsakelig for slanke elementer som stålstenger;
ruin av tretthet , når antallet av vekslende påkjenninger ( vibrasjoner , etc. ) overskrider kapasiteten av elementet. Tretthet gjelder hovedsakelig støttene til roterende maskiner;
ruin av sprøbrudd (bruddmekanikk ) for elementer som utsettes for lave temperaturer eller høy lasting hastighet eller med pre-eksisterende defekter.

Denne kontrollen gjelder også for jord under fundamentet ( geoteknisk ).

Funksjonalitetskontroll

I tillegg til stabilitet, bør konstruksjonens funksjonalitet sikres. For eksempel bør det unngås at:

Betydelige deformasjoner i sterk vind plager ikke innbyggerne i en bygning.
Overdrevent sterke vibrasjoner amplituder ikke ødelegge støttet maskinen.
De sprekker vil redusere prøvetrykk (bygg) av et vanntårn, ...

I servicetilstand vil designeren sørge for at konstruksjonen holder seg innenfor funksjonsområdet: ingen overdrevne deformasjoner eller sprekker osv.

Under spesielle forhold ( brann , ulykke, jordskjelv osv.) Kan konstruksjonen lide delvis skade, men sikkerheten til brukere (innbyggere osv.) Må vurderes.

Merknader og referanser

http://www.cen.eu
ACI -318 byggekodekrav til betongkonstruksjon og kommentar
American Concrete Institute http://www.concrete.org/general/home.asp
Se Eurocode 1: EN 1991-1 [9.4]
Se relatert artikkel "betong i grensetilstander"
for sikkerhetsfaktorer se for eksempel Eurocode I : EN 1991-1 [9.3]

Se også

Bibliografi

: dokument brukt som kilde til denne artikkelen.

Charles Massonnet - Statics of konstruksjoner - University of Liège - 1972
Timoshenko , Strength of Materials, D. Van Nostrand Co., 1930 (opptrykk 1940, 1955), 2 bind.

Relaterte artikler

Eksterne linker

Eurokoder: http://www.icab.fr/guide/eurocode/index.html