MT SS - w 15
1
Obciążenia
Prawidłowe określenie obciążeo, działających na konstrukcję
jest ważnym elementem przy obliczaniu konstrukcji
budowlanych, w tym zaś konstrukcji fortyfikacyjnych.
Rozróżniamy:
• obciążenia
statyczne
,
• obciążenia
dynamiczne
.
Współczynnik Dynamiczności Obciążenia
w - 15
MT SS - w 15
2
Obciążenia statyczne
Są to obciążenia, które nie zmieniają się w czasie w sposób
gwałtowny i są przyłożone do konstrukcji w sposób spokojny.
Obciążenia statyczne definiuje się teoretycznie jako takie,
które rośnie wolno od zera do wartości koocowej.
Parcie wiatru (
ważne szczególnie przy projektowaniu konstrukcji
wysokich
) jest obciążeniem dynamicznym, chociaż w
obliczeniach zakłada się, że działa ono statycznie.
Rozróżniamy:
• obciążenia
stałe
,
• obciążenia
zmienne
.
MT SS - w 15
3
Obciążenia statyczne stałe
Występuje zawsze przy projektowaniu każdego elementu
konstrukcji jako jej ciężar własny.
Obciążenia statyczne zmienne
Wszystkie obciążenia przyłożone do konstrukcji, traktowane
w rozważaniach teoretycznych jako statyczne, należą do
grupy obciążeo zmiennych.
Zaliczamy do nich:
•obciążenia stropów przez: ludzi, meble, urządzenia,
materiały, zwierzęta, ścianki działowe, itp.,
•parcie i ssanie wiatru, parcie wody, parcie gruntu, ciężar
śniegu.
MT SS - w 15
4
Obciążenie śniegiem
Tzw.
normowe obciążenie śniegiem
S
n
płaszczyzny rzutu
poziomego, zależne od pochylenia i kształtu dachu,
obliczamy według wzoru:
S
n
= S·C
Dla dachów o kształcie takim jak na
rysunku, wartośd współczynnika C
wyznacza się przez interpolację
liniową następującego przedziału
zmienności:
.
0
60
,
1
24
C
C
Dla dachów o innych kształtach wartośd C odczytujemy z
normy.
MT SS - w 15
5
Obciążenie wiatrem
Obciążenie wiatrem składa się z:
• parcia
, które uważamy za dodatnie i
• ssania
, które uważamy za ujemne.
Przyjmuje się, że zarówno parcie, jak i ssanie są prostopadłe
do płaszczyzny dachu.
Wartości parcia i ssania
są zależne od:
•
strefy klimatycznej,
•
wysokości dachu,
•
nachylenia połaci dachowych,
•
kształtu dachu,
•
kształtu obiektu.
MT SS - w 15
6
Wpływy mechaniczne
• zmiany temperatury
• osiadanie podpór.
Podczas
projektowania
konstrukcji
należy
wpływy
mechaniczne:
- uwzględnid wymiarowując odpowiednie przekroje, albo
- zaprojektowad system konstrukcyjny tak, aby te wpływy
wyeliminowad.
MT SS - w 15
7
Obciążenia dynamiczne
Obciążeniami dynamicznymi nazywamy takie obciążenia,
które zmieniają się w czasie gwałtownie lub, których wartośd
w chwili przyłożenia do konstrukcji jest skooczona.
Przykłady:
• koła pociągu wjeżdżającego na most,
• maszyna pracująca, ustawiona na stropie,
• uderzenia młota w element konstrukcji,
• detonacja materiału wybuchowego w pobliżu elementu
konstrukcji.
MT SS - w 15
8
Klasyfikacja obciążeo dynamicznych
• obciążenia siłami: skupionymi lub rozłożonymi,
• obciążenia falą ciśnienia,
• obciążenia impulsem prędkości,
• obciążenia typu uderzeniowego.
Przy
tych
samych
amplitudach,
skutki
obciążeo
dynamicznych są z reguły większe od skutków obciążeo
statycznych.
Wielkością, która uwzględnia wspomnianą relację jest tzw.
WSPÓŁCZYNNIK DYNAMICZNOŚCI OBCIĄŻENIA
, którego
zmiennośd dla danej konstrukcji zależy od czasu trwania
obciążenia dynamicznego.
MT SS - w 15
9
Dla belki swobodnie podpartej obciążonej siłą P wg. rysunku
i
pracującej
w
zakresie
odkształceo
sprężystych,
współczynnik dynamiczności obciążenia K
d
zmienia się
zgodnie z rysunkiem.
T
t
P
T
MT SS - w 15
10
Obciążenia siłami
Występują np. w przypadku wirowania niewyważonych mas.
Jeśli niewyważona masa m
1
, posiadająca mimośród r, wiruje
ze stałą prędkością kątową p, wówczas na zasadniczą masę m
układu, np. strop, fundament, działa w kierunku osi x siła
P(t), pokazana na rysunku.
pt
p
r
m
pt
P
t
P
o
sin
sin
2
1
MT SS - w 15
11
Siła obciążająca model konstrukcji będący układem o jednym
stopniu swobody jest tu siłą skupioną.
W przypadku stropu, który traktujemy jako płytę o masie m,
siła obciążająca może byd traktowana jako siła rozłożona na
powierzchni stropu.
Siła dynamiczna przedstawiona na poprzednim rysunku
stanowi obciążenie okresowe harmoniczne zmienne.
Element konstrukcji może byd również obciążony siłami
nieokresowo zmiennymi w czasie. Przykłady:
MT SS - w 15
12
Obciążenia falą ciśnienia
Obciążenie konstrukcji falą ciśnienia może nastąpid, gdy
konstrukcja znajduje się w pobliżu miejsca gdzie zdetonował
materiał wybuchowy.
Ten typ obciążenia ma istotne znaczenie w przypadku, gdy
przedmiotem rozważao są konstrukcje fortyfikacyjne.
Obciążenie propaguje się w przestrzeni, a jego zmiennośd
opisana jest wzorem
n
o
D
x
t
p
t
x
p
1
,
MT SS - w 15
13
n
o
D
x
t
p
t
x
p
1
,
gdzie:
p (x,t) – ciśnienie w miejscu określonym przez
współrzędną x w chwili czasu t,
p
o
– amplituda fali ciśnienia,
τ
– czas trwania fali ciśnienia,
D
– prędkośd propagacji czoła fali ciśnienia,
n
– wykładnik potęgowy wyznaczany z zależności
MPa
p
przy
p
n
o
o
10
9
,
1
MT SS - w 15
14
Fala ciśnienia opisana powyższą zależnością ma charakter fali
uderzeniowej, tzn.
na jej czole występuje skok takich parametrów jak:
• gęstośd cząstek
r
,
• prędkośd cząstek υ,
• ciśnienie p.
Fotografie tej funkcji, tzn. jej położenie w przestrzeni w
ustalonych chwilach czasu t
1
, t
2
, t
3
, przedstawiono na rysunku
MT SS - w 15
15
Funkcja
pozwala wyznaczyd zmiany wartości ciśnienia w czasie w
ustalonym punkcie przestrzeni, wybranym przez ustalenie
parametru x
Opisany przebieg jest słuszny przy detonacji konwencjonalnego
ładunku MW oraz w odległościach niewielkich od centrum
wybuchu.
n
o
D
x
t
p
t
x
p
1
,
MT SS - w 15
16
W przypadku, gdy źródłem generacji fali ciśnienia jest
wybuch
jądrowy
, wówczas w odległościach od centrum wybuchu,
odpowiadających strefom, w których o niszczącym działaniu
będzie decydowad fala ciśnienia, kształt tej fali będzie
jakościowo różny.
Będzie to fala:
• z wyróżnionym czasem
narastania obciążenia,
• z wydłużonym czasem
trwania obciążenia
• z falą podciśnienia.
MT SS - w 15
17
Obciążenia impulsem prędkości
Ten rodzaj obciążenia konstrukcji uzyskuje się wówczas, gdy
detonujący materiał wybuchowy styka się bezpośrednio z
konstrukcją.
Mówimy wtedy o
ŁADUNKU KONTAKTOWYM
.
W momencie detonacji
na powierzchni styku ładunku z konstrukcją
następuje
przekazanie
tej konstrukcji
początkowej prędkości
zależnej od ilości materiału wybuchowego.
MT SS - w 15
18
Jeśli detonujący materiał generuje całkowity impuls I,
wówczas początkowa prędkośd przekazywana przez obszar
styku o polu powierzchni A jest równa V
o
.
gdzie
μ – masa przypadająca na jednostkę powierzchni
obciążonej konstrukcji.
A
I
V
o
MT SS - w 15
19
Obciążenia typu uderzeniowego
Uderzenie lub zderzenie dwóch ciał jest zjawiskiem
występującym często w praktyce inżynierskiej.
Obciążenie uderzeniowe występuje np. w skrzyniach
przekładniowych.
W czasie ruchu układu materialnego może w pewnej chwili
nastąpid zmniejszenie liczby stopni swobody.
Ma to miejsce wtedy, gdy niektóre więzy nieczynne stają się
czynne na krótki okres czasu.
Def. Zespół zjawisk fizycznych, towarzyszący nagłemu
zmniejszeniu liczby stopni swobody, nazywamy
UDERZENIEM
.