הנדסת מבנים

מקור: רוברטו ליאון, המחלקה להנדסה אזרחית וסביבתית, וירג'יניה טק, בלקסבורג, VA בניגוד לייצור מכוניות או טוסטרים, שבהם מיוצרים מיליוני עותקים זהים ובדיקות אב טיפוס נרחבות אפשריות, כל מבנה הנדסי אזרחי הוא ייחודי ויקר מאוד לשחזור (Fig.1). לכן, מהנדסים אזרחיים חייבים להסתמך בהרחבה על מודלים אנליטיים כדי לעצב את המבנים שלהם. מודלים אלה הם הפשטות פשוטות של המציאות ומשמשים כדי לבדוק כי קריטריוני הביצועים, במיוחד אלה הקשורים כוח ונוקשות, אינם מופרים. כדי לבצע משימה זו, מהנדסים דורשים שני מרכיבים: (א)...

מקור: רוברטו ליאון, המחלקה להנדסה אזרחית וסביבתית, וירג'יניה טק, בלקסבורג, VA חשיבות החומרים להתפתחות האנושית נתפסת בבירור על ידי הסיווגים המוקדמים של ההיסטוריה העולמית לתקופות כגון תקופת האבן, תקופת הברזל ותקופת הברונזה. כניסתם של תהליכי סימנס ובסמר לייצור פלדות באמצע המאה ה-19 היא ללא ספק ההתפתחות החשובה ביותר בהשקת המהפכה התעשייתית שהפכה את רוב אירופה וארה"ב במחציתהשנייה של המאה ה-19 מחברות חקלאיות לחברות העירוניות והמוכן של ימינו. פלדה, בווריאציות הכמעט אינסופיות שלה, נמצאת סביבנו, ממכשירי...

מקור: רוברטו ליאון, המחלקה להנדסה אזרחית וסביבתית, וירג'יניה טק, בלקסבורג, VA אלומיניום הוא אחד החומרים הנפוצים ביותר בחיינו, שכן הוא נמצא בכל מקום בכל דבר, החל פחיות סודה לרכיבי מטוס. השימוש הנרחב שלה הוא חדש יחסית (1900 לספירה), בעיקר משום שאלומיניום אינו מתרחש במצבו החופשי, אלא בשילוב עם חמצן ואלמנטים אחרים, לעתים קרובות בצורה של Al2O3. אלומיניום הושג במקור ממרבצי מינרלים בוקסיט במדינות טרופיות, והעידון שלו דורש צריכת אנרגיה גבוהה מאוד. העלות הגבוהה של ייצור אלומיניום איכותי היא סיבה נוספת...

מקור: רוברטו ליאון, המחלקה להנדסה אזרחית וסביבתית, וירג'יניה טק, בלקסבורג, VA אחד הסוגים החתרניים יותר של כשלים שיכולים להתרחש במבנים הם שברים שבירים, אשר בעיקר בשל חומרים באיכות ירודה או בחירת חומר לקוי. שברים שבירים נוטים להתרחש פתאום וללא חוסר נטיות חומרית רבה; תחשוב על שבר בעצמות, למשל. כשלים אלה מתרחשים לעתים קרובות במצבים שבהם יש יכולת מועטה עבור החומר לפתח לחצי גיסה בשל תנאי טעינה תלת ממדיים, שבהם ריכוזי המתח המקומיים גבוהים, ושבו נתיב כוח לוגי וישיר לא סופק על ידי המעצב. דוגמאות לכישלון...

מקור: רוברטו ליאון, המחלקה להנדסה אזרחית וסביבתית, וירג'יניה טק, בלקסבורג, VA בדיקת קשיות היא אחד המבחנים המכניים בעלי הערך האוניברסלי ביותר העומדים לרשות המהנדסים, שכן הוא פשוט וזול יחסית לעושר המידע והנתונים שהוא מייצר. בדיקת קשיות, בדרך כלל בצורה של מבחן חדירה לפני השטח, היא מהירה יותר והרסנית פחות מבדיקות מתיחה. קשיות מספקת מערכת יחסים ליניארית עם חוזק מתיחה על פני מגוון רחב של עוצמות עבור חומרים רבים, כגון פלדה. מבחני קשיות הם אמפיריים, ולא נגזרים מהתיאוריה, שכן התוצאות ממזגות השפעות של...

מקור: רוברטו ליאון, המחלקה להנדסה אזרחית וסביבתית, וירג'יניה טק, בלקסבורג, VA בתכנון עבודות אזרחיות, חשוב לספק מבנים שאינם רק בטוחים תחת עומסים בלתי צפויים, אלא גם לספק ביצועים מצוינים תחת עומסים יומיומיים בעלות כלכלית סבירה. זה האחרון קשור לעתים קרובות לשימוש מינימלי בחומרים, קלות ייצור, ובנייה מהירה בתחום. מבנים עשויים חברי פלדה יכולים להיות חסכוניים מאוד בגלל הכוח הגדול של החומר ואת הטרומיות הנרחבת של חבריהם וקשרים, אשר מסייעים למקסם את מהירות הבנייה באתר. בדרך כלל, השלד של מבנה פלדה יהיה דק...

מקור: רוברטו ליאון, המחלקה להנדסה אזרחית וסביבתית, וירג'יניה טק, בלקסבורג, VA נדיר כיום שעוברת שנה שלמה ללא אירוע רעידת אדמה גדול שזרע הרס אי שם ברחבי העולם. במקרים מסוימים, כמו רעידת האדמה בבנדה אצ'ה באינדונזיה ב-2005, הנזק כלל אזורים גיאוגרפיים גדולים ונפגעים בשש הדמויות. באופן כללי, מספר ועוצמתן של רעידות אדמה אינה גדלה, עם זאת, הפגיעות של הסביבה הבנויה עולה. עם העיור הגובר ללא פיקוח סביב אזורים פעילים מבחינה סיסמית, כגון "חגורת האש" של Circum-Pacific, עליית הים באזור החוף הנמוך, והריכוזים...

מקור: רוברטו ליאון, המחלקה להנדסה אזרחית וסביבתית, וירג'יניה טק, בלקסבורג, VA החשיבות של לימוד עייפות מתכת בפרויקטים של תשתיות אזרחיות הובאה לאור הזרקורים על ידי קריסת גשר הכסף בפוינט פלזנט, מערב וירג'יניה בשנת 1967. הגשר התלוי של שרשרת המשקפיים מעל נהר אוהיו התמוטט בשעות העומס של הערב, והרג 46 אנשים כתוצאה מכישלון של מוט עיניים אחד עם פגם קטן 0.1 אינץ '. הפגם הגיע לאורך קריטי לאחר תנאי טעינה חוזרים ונשנים ונכשל בצורה שבירה שגרמה לקריסה. אירוע זה זכה לתשומת לב בקהילת הנדסת הגשרים והדגיש את...

מקור: רוברטו ליאון, המחלקה להנדסה אזרחית וסביבתית, וירג'יניה טק, בלקסבורג, VA חומרים פולימריים נמצאים בשימוש נרחב במבנים אזרחיים, עם שימושים החל חומרי איטום רכים מאוד צינורות נוקשים יותר במערכות מים ושפכים. ההגדרה הבסיסית ביותר של פולימר היא מבנה מולקולרי עם תת-units חוזרים. המונח פולימר מגיע מיוונית, שם "פולי" פירושו רבים, ו "-מר" פירושו יחידה בסיסית. מונומרים, או mers יחיד, הם היחידות החוזרות הספציפיות. עם פולימרים, המבנה, כולל אורך עמוד השדרה של הפחמן ואת הגמישות המשתנה, יכתיב את המאפיינים...

מקור: רוברטו ליאון, המחלקה להנדסה אזרחית וסביבתית, וירג'יניה טק, בלקסבורג, VA חומרים פולימריים מחוזקים בסיבים (FRP) הם חומרים מרוכבים שנוצרו על ידי סיבים אורך מוטבע שרףפולימרי , ובכך ליצור מטריצה פולימרית עם סיבים מיושרים לאורך כיוון אחד או יותר. בצורתו הפשוטה ביותר, הסיבים בחומרי FRP מיושרים בצורה מסודרת ומקבילה, ובכך מעניקים מאפיינים חומריים אורתוטרופיים, כלומר החומר יתנהג אחרת בשני הכיוונים. במקביל לסיבים, החומר יהיה חזק מאוד ו / או נוקשה, ואילו בניצב לסיבים יהיה חלש מאוד, שכן הכוח יכול...

מקור: רוברטו ליאון, המחלקה להנדסה אזרחית וסביבתית, וירג'יניה טק, בלקסבורג, VA בטון ואספלט הם ללא ספק חומרי הבנייה הנפוצים ביותר המשמשים כיום. בטון הוא חומר מורכב המורכב מלט, מים, אוויר, צבירה גסה, אגרגטים עדינים. אגרגטים עדינים הם בדרך כלל חולות וצבירה גסה הם סלעים טבעיים או כתוש. תערובות כימיות לשינוי תכונות ספציפיות מסוימות משמשים גם נפוץ (כלומר, superplasticizers כדי להפוך את נוזל בטון במהלך הליהוק). תערובות אספלטיות מורכבות בעיקר אספלטים, אגרגטים גסים וצבירה עדינה, בנוסף למספר מתחלבים...

מקור: רוברטו ליאון, המחלקה להנדסה אזרחית וסביבתית, וירג'יניה טק, בלקסבורג, VA בטון הוא אחד מחומרי הבנייה הנפוצים ביותר ומורכב משני שלבים: שלב המרגמה, המורכב מבטון, מים ואוויר, והשלב המצרפי, המורכב ממצרפים גסים ויפים. ישנם שני שיקולים מרכזיים בעת עיצוב תערובת בטון. ראשית, הבטון חייב להיות מעשי וקל להטיל את הצורות במצבו הטרי, גם כאשר הטפסים ארוזים עם חיזוק פלדה. במצב זה, זה rheology של בטון כי הוא חשוב. שנית, התמהיל חייב לייצר בטון מוקשח של כוח שצוין ב 28 ימים (או זמן שצוין דומה) כי הוא עמיד...

מקור: רוברטו ליאון, המחלקה להנדסה אזרחית וסביבתית, וירג'יניה טק, בלקסבורג, VA ישנם שני שלבים נפרדים בפרויקט בנייה הכולל בטון. השלב הראשון כרוך האצה, הובלה, ויציקת בטון טרי. בשלב זה, החומר הוא צמיג, ואת העבודה ואת יכולת הגימור הם קריטריוני הביצועים העיקריים. השלב השני מתרחש כאשר תהליך ההידרציה מתחיל זמן קצר לאחר הצבת הבטון בצורה, והבטון יוצב ויתחיל להקשיח. תהליך זה מורכב מאוד, ולא כל השלבים שלו מובנים ומאופיין היטב. עם זאת, הבטון צריך להשיג את כוח העיצוב המיועד שלה נוקשות על 14 עד 28 ימים לאחר...

מקור: רוברטו ליאון, המחלקה להנדסה אזרחית וסביבתית, וירג'יניה טק, בלקסבורג, VA במעבדה קודמת שהתמקדה בבטון בדחיסה, ראינו כי בטון יכול לעמוד בלחצים גדולים מאוד תחת כוחות דחיסה חד-אקסיאליים. עם זאת, הכשלים שנצפו לא היו כשלים דחיסה אלא כשלים לאורך מישורי גיזה שבו כוחות מתיחה מקסימליים מתרחשים. לכן, חשוב להבין את ההתנהגות של בטון במתח ובמיוחד את כוחו המרבי כמו זה ישלוט הן את ההתנהגות האולטימטיבית שלה שירות. מנקודת המבט האולטימטיבית, שילובים של מתח ולחץ גיזמה יובילו לפיצוח ולכישלון מיידי וקטסטרופלי.

מקור: רוברטו ליאון, המחלקה להנדסה אזרחית וסביבתית, וירג'יניה טק, בלקסבורג, VA עץ הוא חומר בכל מקום ששימש בבנייה מן המוקדם ביותר. עץ הוא חומר מתחדש ובר קיימא עם ערך אסתטי רב. כיום, יש כנראה יותר מבנים שנבנו עם עץ מכל חומר מבני אחר. רבים מהמבנים הללו הם בתי מגורים חד-משפחתיים, אך בנייני דירות גדולים רבים, כמו גם מבנים מסחריים ותעשייתיים, משתמשים גם הם במסגור עץ. השימוש הנרחב בעץ בבנייה מושך הן על בסיס כלכלי והן על בסיס אסתטי. היכולת לבנות בנייני עץ עם כמות מינימלית של ציוד שמרה על עלות מבני מסגרת...