Makaslar Neden Uzun Mesafelerde Bu Kadar Verimlidir?

Kafes, inşaat mühendisliğinde çok sık kullanılan bir yapıdır., köprüler gibi, çelik binalar, kuleler ve çatı yapıları (aşağıdaki resimde görüldüğü gibi). Ayrıca vinçler gibi birçok mekanik ve havacılık yapısında da görülürler., açık deniz platformları, uzay yapıları, ve benzeri.

Ahşap çatı makası Kafesler, her bir üyenin iki ucunda birbirine bağlanan düz üyelerden oluşur.. Bir kafes yapının tüm elemanları, pim eklemlerle birbirine bağlanır., öyle ki, bu yapıların tasarımı amacıyla, bağlantıların herhangi bir momenti taşıyamadığını veya direnemeyeceğini varsayıyoruz..

Tipik, eklem bağlantıları, uç elemanların ortak bir plakaya cıvatalanması veya kaynaklanmasıyla oluşturulur., köşebent levha denir (aşağıda resmedilmiştir). Bir kafes kirişe etki eden tüm dış yüklerin sadece birleşim yerlerine etki ettiği varsayılır., ve bu nedenle, bir kafes kirişin tüm üyeleri iki kuvvet üyesidir. Bireysel elemanlar eğilme momentlerine ve kesme kuvvetlerine maruz kalmazlar, sadece sıkıştırma veya çekme olan eksenel kuvvetlere maruz kalırlar..

Genelde, kafesler çelikten yapılmıştır, kereste ve çok nadiren beton ve alüminyumdan.

köşebent plakası

Neden uzun açıklıklarda bu kadar verimliler??

1. Kafes sistemleri transfer kuvvetleri eksenel olarak

Kafesler, içerdikleri kuvvetin yönü ve türü nedeniyle uzun açıklıklarda katı kirişlere göre çok daha uygundur.. Söylendiği gibi, kafes elemanları pim eklemleri ile bağlanır, bu da var olduğu anlamına gelir iç kesme ve moment kuvvetleri yok, ve kuvvetler elemana eksenel olarak uygulanır.

Eğimli bir çatı düşünün, Açıklık boyunca uygulanan nokta yükleri ile (SkyCiv'in ücretsiz yazılımı kullanılarak modellenmiştir makas hesaplayıcı):

Bu nokta yükler, eleman üzerindeki iç eksenel kuvvetlere aktarılır., çok az veya hiç iç moment veya kesme ile:

Doğrusal statik analizden sonra iç kuvvetler, SkyCiv'de de analiz edildi makas hesaplayıcı

2. Üyeler eksenel olarak daha güçlüdür

Her kafes kiriş elemanı üzerindeki kuvvetlerin eksenel olması, uzun açıklıklar için bir kafes kirişin verimliliğinin anahtarıdır.. Eksenel yüklü bir elemanda, kuvvet, üyenin her parçası tarafından eşit olarak taşınır - hiçbir malzeme israf edilmez. Bunu bir ışınla karşılaştır. Merkeze bir kiriş yüklediğimizde, stresler orada başka herhangi bir yerden çok daha yüksek - stresler yoğunlaştı. Merkezden uzaktaki malzeme o kadar fazla iş yapmıyor, yapının verimliliğini düşürmek ve daha ağır hale getirmek:

Alternatif olarak, bir kafes yapısında kuvvetler ekseneldir. Bu şu anlama gelir, her kafes elemanının, tüm eleman boyunca aynı eksenel kuvvet yoğunluğuna sahip olması (tek tip sıkıştırma veya gerginlik). Bu nedenle, kuvvet ve gerilimler tüm eleman boyunca dağıtılıyor. Bu nedenle, truss üyeleri daha hafif olabilir, ve yine de daha yüksek yük kapasitesine ve daha verimli kullanılan enine kesitlere sahip olacak.

Genel olarak, Bir kafes kirişin genel verimliliği, kirişlerde daha az malzeme ve destek elemanlarında daha fazla malzeme kullanılarak optimize edilir. Bu, özellikle beton kirişler veya öngerilmeli beton gibi alternatiflere göre daha uzun açıklıklarda daha kullanışlıdır.. Kafes elemanlar hafif kalabilir ve büyük bir beton bölüm üzerinde bir çelik eleman sistemi kullanılarak malzeme kullanımı azaltılabilir. Kiriş elemanları yüklendiğinde sarkma eğilimi gösterirler ve açıklıktaki artışlara artan mukavemet gereksiniminden daha duyarlıdırlar..

Alternatif Tasarımlar

Ön Gerilmeli Beton uzun açıklıklı yapılar için alternatif bir yapıdır. Daha basit bir yapı olmasına rağmen, bir kafesten çok daha az verimlidir. Öngerilmeli beton elemanlar muazzam eğilme gerilimine dayanmalıdır, ve yalnızca aralık arttıkça kötüleşir. Yani aralık ne kadar uzunsa, gereken daha fazla beton.

Askılı Köprüler Uzun açıklıklar için etkili bir tasarım, ancak yine de kabloları desteklemek için geniş bir malzeme kullanımı gerektirir. Kablolar, kafes kirişler kadar verimlidir, kuvveti gerginliğe aktardıkları için, ancak bu sistemi destekleyecek dış yapı verimsiz ve ağır olabilir..

3. Özet

Makaslar genellikle geniş açıklıklı binaların çatı yapıları olarak ve ayrıca köprülerde kullanılır., kuleler, vinçler ve yürüyüş yolları. Daha yüksek yük kapasitesine ve daha verimli kullanılan kesitlere sahiptirler..

Bunun nedeni, pimli bağlantılarının kuvvetleri eksenel olarak aktarması ve elemanlarda çok az eğilme momenti ve kesme kuvveti olmasıdır.. Gerilmeler eşit olarak dağıtıldığından, elemanlar eksenel yükleri taşımada daha verimlidir, konsantre olan enine yüklerden ziyade. Bu kombinasyon, kafes sistemleri tek üyeli alternatiflerden daha verimli hale getirir (Örneğin. öngerilmeli beton).

Kafesler, mühendislerin daha az malzeme ile geniş açık alanlar oluşturmasına olanak tanır. Daha az malzeme kullanmak, müteahhitlerin ucuza inşa etmelerine de olanak tanır. SkyCiv's Free kullanarak kafes yapınızı modellemeye veya tasarlamaya başlamaktan çekinmeyin Makas veya Çatı Rafter Hesaplayıcı.