În construcții moderne și inginerie de poduri, Truss de oțel a devenit soluția preferată pentru structurile cu distanță mare datorită avantajelor sale, cum ar fi rezistența ridicată, greutatea ușoară, intervalul flexibil și gradul ridicat de industrializare. Cu toate acestea, evaluarea științifică a capacității sale de încărcare și a stabilității sale este legătura de bază pentru a asigura siguranța proiectului.
1. Analiza statică: deconstrucție mecanică de la noduri la întreg
Calculul capacității de încărcare a armăturilor din oțel începe cu analiza statică. Prin stabilirea unui model mecanic tridimensional, inginerii trebuie să descompună forțele nodurilor și membrilor. Ecuația de echilibru de forță internă la nod (cum ar fi ∑Fx = 0, ∑Fy = 0) este baza, iar calculul forței axiale a membrului trebuie să fie combinat cu legea lui Hooke (σ = Eε) și formula lui Euler (sarcină critică P_CR = π²EI/(KL) ²) în mecanica materialului. De exemplu, în proiectarea podurilor feroviare, dimensiunile transversale ale principalilor membri ai truss trebuie să îndeplinească starea de rezistență a N/(φa) ≤ f, unde φ este coeficientul de stabilitate și F este rezistența la randament a oțelului.
Este demn de remarcat faptul că rigiditatea conexiunii nodului afectează în mod direct distribuția forței interne. Atunci când utilizați software de element finit (cum ar fi ANSYS sau ABAQUS) pentru o analiză neliniară, este necesar să se ia în considerare preîncărcarea șurubului, rezistența la sudură și efectul local de flambaj. Cazul unui truss de oțel de 120 de metri într-o sală de gimnastică arată că, prin modelarea rafinată, factorul de concentrație de stres al domeniului nodului poate fi redus de la 3,2 la 1,8, îmbunătățind semnificativ rezerva de siguranță.
2. Caracteristicile dinamice și evaluarea stabilității
Stabilitatea armăturilor de oțel nu implică doar o defecțiune statică, dar trebuie să prevină instabilitatea dinamică. Analiza de flambaj a valorii proprii poate determina sarcina critică corespunzătoare modului de flambaj de prim ordin, dar în inginerie reală, trebuie introduse defecte inițiale (cum ar fi îndoirea inițială a tijei la L/1000) pentru analiza de flambaj neliniară. Luând un exemplu de oțel al unui pod încrucișat, după ce a luat în considerare efectul de vibrație a vântului, factorul de stabilitate general al structurii trebuie să fie crescut de la 2,5 la peste 3,0.
Analiza dinamică a răspunsului este de asemenea critică. Frecvența naturală a structurii este obținută prin analiza modală (de obicei controlată la 3-8Hz pentru a evita banda de frecvență de încărcare a traficului), iar răspunsul la deplasare sub cutremur sau încărcare a vântului este evaluat în combinație cu metoda de analiză a istoricului timpului. În proiectarea unui armăt de oțel cu coridor înalt, accelerația indusă de vânt este redusă cu 40% după utilizarea amortizorului de masă reglat TMD, îndeplinind cerințele de confort uman.
3. Monitorizare inteligentă și gestionare completă a ciclului de viață
Odată cu dezvoltarea tehnologiei Internet of Things, evaluarea din oțel a trecut de la calculul static la monitorizarea dinamică. Senzorii de grătare cu fibre Bragg pot monitoriza încordarea de tije în timp real, iar modelele BIM combinate cu algoritmii de învățare automată pot prezice degradarea performanței structurale. De exemplu, 200 de puncte de monitorizare sunt instalate pe terenul de oțel al unui terminal aeroport, iar datele sunt actualizate la fiecare 5 minute, obținând un avertisment de nivel secund asupra stresului suprapus.
Evaluarea de siguranță a armăturilor din oțel este o combinație precisă de teorie mecanică și practică de inginerie. De la formula clasică de rezistență a materialului până la sistemul de monitorizare inteligentă, fiecare legătură necesită o verificare științifică riguroasă. În viitor, odată cu popularizarea designului parametric și a tehnologiei digitale Twin, optimizarea performanței armăturilor din oțel va intra într -o nouă etapă cu o precizie mai mare. Doar prin aderarea la principiile de calcul și integrarea tehnologiilor inovatoare, putem construi o coloană vertebrală din oțel care se întinde pe timp și spațiu.
