A méretezés alapjai I. A mérnöki tervezés alapjai
SZIE-YMMF
1. Mérnöki tervezés elmélete Elméleti ismeretek: • Műszaki ismeretek • Használati szempontok • Komfort • Esztétika • Környezetvédelem • Közösségre gyakorolt hatás
1
Tervezés: az építmények megvalósítási folyamatának része. 1. Igény megjelenése 2. Tervezés 3. Megvalósítás Terv: az igény kielégítésének a tervező által elképzelt módozata. Befolyásoló tényezők: • Forma • Funkció • Gazdaságosság • Szerkezet
Mérnöki építmények: szerkezet dominál • Hidak, gátak, távvezetékoszlopok, hűtőtornyok stb. Építészeti alkotások: funkció, forma • Épületek: emberi tartózkodásra szolgálnak Mérnöki alkotó tevékenység: 3. Alapötlet kitalálása 1. Anyaggyűjtés 4. Részletes kidolgozás 2. Érlelés Cél: leggazdaságosabb megoldás megtalálása
2
A mérnöki tervezés folyamata 1. A probléma beazonosítása 2. A lehetséges megoldások vizsgálata – Múltbeli tapasztalatok kutatása – Ötletbörze – Előtervezés 3. Egy vagy több megvalósítható megoldás tanulmányozása és megtervezése 4. A megoldások összevetése és értékelése 5. Kísérleti vizsgálat (prototípus) vagy modellkísérlet – Megfigyelések kiértékelése 6. A megoldás megépítése a rendelkezésre álló erőforrásokból (anyag, felszerelés, munkaerő)
Alapvető mérnöki szempont a szerkezetek biztonsága. Ha a szerkezet összeomlása emberi életeket veszélyeztet, akkor a súlyos meghibásodás valószínűségét alacsony szinten kell tartani. Szabványok A tervezési folyamat egyes részei gépesíthetők. De nem mind! • Nem minden számszerűsíthető • Mindig van új ötlet, új szempont CAD – számítógéppel segített tervezés
3
Méretezés legegyszerűbb fajtája: kétféle követelmény 1. A szerkezet ne dőljön össze, de a károsodása megengedett (no collapse requirement) 2. A szerkezet egyáltalán nem, vagy csak korlátozott mértékben károsodhat (damage limitation requriement) Szerkezeti anyagok elmélete.
2. Szerkezettervezés 2.1. Szerkezetek Szerkezet: az anyagok oly szándékkal való összeépítése, hogy terheket tudjanak viselni vagy közvetíteni. A szerkezet megválasztásának vezérelve a gazdaságosság a funkció, a rendelkezésre álló anyagok és a kivitelezési lehetőségek figyelembevételével.
4
2.2. Épületek tartószerkezetének részei Anyaguk szerint: • Falazott: kő, tégla • Fa • Szerkezeti acél, vas • Beton, vasbeton • Öszvér • Üveg • Kompozitok
Helyzetük szerint: • vízszintes: födémek, gerendák • függőleges: falak, oszlopok • alaptestek • tetők • ívek, héjak Készítésük módja szerint: • hagyományos, helyben gyártott • előregyártott, szerelt
5
Födémek Helyzetük szerint: • tetőfödémek, zárófödémek • közbenső födémek Anyaguk szerint: • fafödémek • vasfödémek • acélgerendás födémek • vasbeton födémek • öszvérszerkezetű födémek Készítésük módja szerint: • elemekből épített • helyben öntött (monolit)
2.3. Épületek teherhordó szerkezetének rendszerei Hagyományos szerkezeti rendszerű épületek: égetett téglával falazott főfalakkal és fa / vasgerendás / vasbeton födémekkel Vázas rendszerű épületek: fa / acél / vasbeton gerendákkal és oszlopokkal Lemezvázas épületek: öntött falakkal / faltáblákkal Vegyes rendszerű épületek Különleges szerkezeti rendszerű / építési móddal készülő épületek: feszített vasbeton, függesztett szerkezetű stb.
6
2.3. Terhek és hatások • Állandó és esetleges terhek • Koncentrált és megoszló terhek • Hőmérsékleti terhek • Szél és víznyomások • Dinamikus hatások (szél, földrengés, jármű, gépek) • Rendkívüli hatások (földrengés, ütközés, robbanás)
Építményekre ható terhek
Függőleges: gravitáció
Vízszintes: szél, földrengés
7
3. Statikai alapfogalmak Terhelés: az általunk vizsgált rendszerhez nem tartozó testektől származó ismert nagyságú hatások (ismert erőhatások). Terhelés = ismert külső erőrendszer Tehertípusok: • Koncentrált • Vonalmenti megoszló • Felületi megoszló • Térbeli megoszló
A szerkezetben a külső erők hatására belső erők keletkeznek. RII
RI = RII
II RI
I
belső erő RII RII
RI RI
Belső erő: az eltávolított rész eredője (erő+nyomaték)
belső erő
8
K
T
M
N R
r
Normálerő (N): a km.-től balra lévő erők a km. síkjára merőleges összetevőinek algebrai összege. Nyírőerő (T): a km.-től balra lévő erők a km. síkjával párhuzamos összetevőinek algebrai összege. Hajlítónyomaték (M): erőpár, melynek nagysága a km.-től balra lévő erők a km. súlypontjára felírt nyomatékainak algebrai összegével egyenlő.
Igénybevételek: a szerkezetre ható külső erőknek a km.-re gyakorolt hatását igénybevételeknek nevezzük. Igénybevételek fajtái: • egyszerű – kp.-os húzás-nyomás – nyírás (tiszta) – hajlítás (tiszta) – csavarás • összetett – külpontos húzás-nyomás – hajlítás+nyírás
9
Erők a szerkezeti elemekben 100 kg
100 kg
Húzás
Nyomás
Erők a szerkezeti elemekben 100 kg
Hajlítás
Csavarás
10
Feszültség: a belső erőknek a km. felületegységére jutó részét felültségnek nevezzük. [erő/felület] nr r l
dA
r
r
ρn
σn
σn
τ ln P
r
τn τ mn
r m
Feszültség dimenziója: 1[N/mm2] = 1[MPa] = 103 [kN/m2] Alakváltozás: alakváltozásról beszélünk, ha a test pontjai terhelés hatására egymáshoz képest úgy mozdulnak el, hogy a test anyagi geometriai alakzatai (pl. hossz, szög, felület, térfogat) megváltoznak.
4. Tartószerkezetek modellezése Mechanikai modell: • A szerkezet anyagának modellje anyagmodell • A szerkezeti alakzat modellje – geometriai modell • A terhek és hatások modellje tehermodell
11
Determinisztikus modell: a „tényleges” értékeket adjuk megy egy-egy számmal (fesztáv, anyagminőség, teherintenzitás) Sztochasztikus modell: értékek valószínűségi változók (beton anyaga függ a kivitelezés körülményeitől, hó mennyisége évenként más) Sztochasztikus Determinisztikus = Fél-valószínűségű modellek Modell pontossága mérnöki döntés
Húzott szerkezetek
Inka függőhíd, Peru
12
Erzsébet híd, Budapest (kábelhíd)
Régi Erzsébet híd, Budapest (lánchíd)
13
Elkészült: 1998-ban Nyílástávolság: 1991 m – a világ legnagyobb nyílású hídja Pillérek magassága: 297 m. Merevítőtartó magassága: 14 m
Akashi Kaikyo, Japán
Nyomott szerkezek - oszlopok oszlop
Zeusz temploma, Athén, Görögország
14
Nyomott szerkezek - oszlopok
A Propylaea (az Akropolisz bejárata)
Nyomott szerkezek - ívek
Boltív
Pont-du-Gard, Franciaország
15
Nyomott szerkezek - ívek teherautó
Circa 19 BC
Pont-du-Gard, Franciaország
Nyomott szerkezek - ívek
Épült: 1777-1779 A világ első öntöttvas hídja
Coalbrookdale, Anglia (Severn folyó)
16
Nyomott szerkezetek - kupolák
Hagia Sophia, Isztanbul, Törökország
Nyomott szerkezetek - kupolák
Hagia Sophia, Isztambul, Törökország
17
Nyomott szerkezetek - kupolák
Pantheon, Róma, Olaszország
Rácsos szerkezetek
Rácsostartó Ny
Ny
H
Ny
H Rácsos tartó erői
18
Rácsos szerkezetek
Eiffel-torony, Párizs, Franciaország
Rácsos szerkezetek
Forth vasúti híd, Skócia
19
Rácsos szerkezetek
A Forth vasúti híd működési elve
Rácsos szerkezetek
Szabadság híd, Budapest
20
Keretek
Keret
Kikötői daru
21
Felületszerkezetek
Sík födémlemezek
Felületszerkezetek
Lemezművek
22
Felületszerkezetek
Héjak
Köszönöm a figyelmet!
23
