構造工学

ソース: ロベルト ・ レオン、ブラックスバーグ, バージニア バージニア工科大学土木環境工学科 車やトースター、同一のコピーの数百万を作ったが、豊富な試作が可能の生産と対照をなして各土木構造物はユニークで非常に高価 (図 1) を再現します。したがって、土木学会は広く分析モデリング構造を設計するために頼らなければなりません。これらのモデルは、現実の簡素化の抽象化は、特に強度や剛性に関連する性能基準に違反していないことを確認する使用されます。このタスクを実行するためにエンジニアは 2 つのコンポーネントを必要とする: (a) どの構造対応荷重、すなわち、力と変形の関連方法、(b) それらの理論の内で区別する定数の一連の理論のセット方法材料 (例えば鋼鉄とコンクリート) は、彼らの応答で異なります。 図 1: 世界貿易センター (ニューヨーク) 交通機関のハブです。

ソース: ロベルト ・ レオン、ブラックスバーグ, バージニア バージニア工科大学土木環境工学科 材料人間開発の重要性は石器時代、鉄器、青銅器などの期間に世界史の初期の分類によって明らかにキャプチャされます。1800 年代半ばに鋼を生産するジーメンスとベッセマー プロセスの導入は間違いなく 19thの半分 2 番目に多くのヨーロッパやアメリカを変えた産業革命を起動で単一の最も重要な開発今日の都市と機械化された社会に農村社会からの世紀。そのほぼ無限のバリエーションで、鋼は、車、電気伝達ネットワークおよび配水システムなどライフラインに私たちのキッチンから、私たちの周りです。この実験では 2 種類の通常土木工学アプリケーションに見られる範囲をバインドされている鋼材の応力-ひずみ挙動になりますハード、寒さに非常に穏やかな、ホット圧延鋼から 1...

ソース: ロベルト ・ レオン、ブラックスバーグ, バージニア バージニア工科大学土木環境工学科 アルミニウムは、航空機部品にソーダ缶からのすべての遍在は私たちの生活の中で最も豊富な材料の一つです。その普及は比較的最近 (1900AD)、主に、フリーの状態で、酸素と Al2O3の形で多くの場合、他の要素との組み合わせではなく、アルミは発生しません。アルミはもともと熱帯の国でのボーキサイト鉱床から得られた、その洗練された非常に高エネルギーの消費が必要です。質のアルミニウムを生産の高コストは非常に広くリサイクル材料が別の理由です。 アルミ、特に場合は、いくつかの共通の要素の 1 つ以上の合金はますます建築、交通機関で使用されている化学・電気のアプリケーション。今日では、アルミを突破鋼構造部材としての使用でのみです。アルミニウムは鋳造及び鍛造、押し出しフラッ...

ソース: ロベルト ・ レオン、ブラックスバーグ, バージニア バージニア工科大学土木環境工学科 陰湿なタイプの構造で発生する障害の 1 つは、脆性破壊、たいがいは質の悪い材料や材料の悪い選択であります。脆性破壊が起きやすい突然、多くの材料の非弾性;たとえば、骨折のだと思います。局所ひずみ濃度が高い 3次元荷重によるせん断応力を開発する材料の能力はほとんどがある、力論理と直接パスから提供されていないこれらの障害は、しばしば状況で発生します。デザイナー。この種類のエラーの例としては、多層鋼構造 1994 年ノースリッジ地震の余波で観察されました。これらの建物の数キーの溶接は延性行為を表示せず骨折。骨折は、両方、材料と、幾何学と同様に冷却による三次元応力ローカル不連続面を紹介する傾向がある溶接接続、近くまたは、素地の部分間のインターフェイスで発生する傾向があります。 簡単にそれをテストする必要がある非常に低い動作温度 (すなわち、アラスカのパイプライン) (高速道路の橋)...

ソース: ロベルト ・ レオン、ブラックスバーグ, バージニア バージニア工科大学土木環境工学科 硬さ試験は、エンジニアが利用できる最も普遍的に貴重な機械的テストの 1 つそれはシンプルで豊富な情報とそれが生成するデータ用の比較的安価です。硬さ試験、一般的に表面貫入試験の形式ではより速く、引張試験より少ない破壊です。硬さは、鋼など、多くの材料の強さの広い範囲にわたって引張強度と線形の関係を提供します。硬さ試験は、します理論から得られる結果は、多くの異なる材料プロパティ (ヤング率、降伏強度など) からの影響を合成ではなく経験に基づいた。 硬度は知られている力を加えたときに材料に加えられるどのくらいプラスチック変形 (降伏) を記述するために使用される材料の特性)。1 つは 3 つの方法で硬さを特徴付けることができる: スクラッチ、インデント、および硬さを回復します。硬度 (スクラッチ) テストの一般的な初期の例は、派生、鉱物とするタルクが 1 とダイヤモンドの値 10 の値でモース (1820 年)、です。押込みロックウェル...

ソース: ロベルト ・ レオン、ブラックスバーグ, バージニア バージニア工科大学土木環境工学科 土木工事の設計は予期しない荷重には、安全ではないが、また合理的な経済的コストで日常の負荷の下で優れた性能を発揮する構造を提供することが重要です。後者は結び付いて作製と急速施工の容易さ、材料の最小使用するフィールド。構造体メンバーは材料の偉大な強さおよび彼らのメンバーとサイトの建設の速度を最大限に高めるための接続の豊富なプレハブのため非常に経済的にすることができますスチール製です。一般に、鋼構造の骨格は 1 つ鉄筋コンクリートに比べて非常に細いになります。緊張でその動作は、材料の強度によって主に支配される中、鋼圧縮のすべての材料の座屈に共通もう一つの故障モードが適用されます。この振舞いは、突然横に移動し、負荷容量を失う圧縮荷重下で、細い木製定規の下に押して簡単に示されて。この現象は、構造体の細いメンバーで発生します。この演習では時間をかけて建立された 1918...

ソース: ロベルト ・ レオン、ブラックスバーグ, バージニア バージニア工科大学土木環境工学科 最近一年は、世界中どこかの大混乱を wreaking 大地震イベントなしで行くことはまれです。インドネシアでは、2005年バンダ痛み地震のようないくつかのケースで被害は大規模な地理的領域と六つの数字で死傷者を関与しています。一般的には、数と地震の強度は増加しない、しかし、造られた環境の脆弱性が高まっています。環太平洋「火の帯」などの地震活動領域の周りの無秩序な都市化に伴い海低敷設臨海部で上昇、エネルギー生産、物流およびデジタル/通信の両方の濃度の増加傷つきやすい区域に重要なノードをネットワーク、耐震設計が将来への鍵のコミュニティの弾力性であることは明らかです。 地震に抵抗する構造物の設計は 1971 サンフェルナンド バレー地震アメリカ合衆国、1964 年新潟地震に続く日本での仕事を通じて主に最後の 50 年で大きく進歩しました。仕事は 3 つの平行トラックに沿って進んで: (a)...

ソース: ロベルト ・ レオン、ブラックスバーグ, バージニア バージニア工科大学土木環境工学科 土木インフラ プロジェクトの金属疲労の勉強の重要性によってもたらされたスポット ライトに銀橋の崩壊ポイント プレザント、1967 年にウェスト バージニア州。オハイオ州川に架かる eyebar チェーン、サスペンションの橋崩壊夕方のラッシュアワーの間に小さい 0.1 インチ欠陥を持つ単一 eyebar の失敗の結果として 46 人が死亡します。欠陥繰返し条件と脆性崩壊の原因に失敗した後の重要な長さに達した。このイベントは、ブリッジ エンジニアの方々 の注目を集めて、テストと金属疲労を監視の重要性を強調しました。 通常のサービス条件下で材料はサービス (または毎日) 負荷の多数の適用を受けることが。これらの負荷は、通常構造の終局耐力の 30-40% ではせいぜい。しかし、終局耐力をはるかに下回る大きさで、繰り返し荷重の発生後、材料は疲労破壊と呼ばれるものを体験できます。疲労破壊は突然、重要な事前の変形が生じる、き裂成長と急速な伝播リンクされます。疲労は疲労抵抗 (表 1)...

ソース: ロベルト ・ レオン、ブラックスバーグ, バージニア バージニア工科大学土木環境工学科 高分子材料は、用途で水および廃水システムでより堅い管非常に柔らかいシーリング材に至る土木構造物で広く使用されます。高分子の最も基本的な定義は、サブユニットを繰り返すと分子構造です。"Poly"が多くのことを意味ここに、ギリシャ語から来ている言葉高分子と"-mer"基本単位を意味します。モノマーまたは単一の mers は、特定の繰り返しの単位です。ポリマー、炭素バックボーンとさまざまな柔軟性の長さを含め、構造はポリマーの特性を定めます。ポリマーは 3 のサブカテゴリに分類されます: プラスチック、エラストマー、そして剛直高分子。プラスチックを行う加熱し、冷却の強化を和らげるか暖房と熱可塑性樹脂、軟化しない熱硬化性樹脂にさらに細分されます。さらに、熱可塑性樹脂、主に線形熱硬化性樹脂 3 D 構造を展示し、広範な架橋があるに対し、ほとんどない架橋高分子を分岐または。エラストマーやゴムが長いコイル状のチェーンと、元の長さを 2...

ソース: ロベルト ・ レオン、ブラックスバーグ, バージニア バージニア工科大学土木環境工学科 繊維強化高分子材料 (FRP) は、縦繊維高分子樹脂、それにより高分子マトリクスを作成する 1 つまたは複数の方向に沿って一直線に並べられた繊維に埋め込まれたによって形成される複合材料です。最も単純な形式で frp の繊維は直交異方性材料特性、材料が 2 つの方向で異なる動作が意味を与える従って整然とした、並列のファッションに配置されます。繊維に平行、材料になります非常に強い、および/または堅い、強さがマトリックスの全体ではなく樹脂に起因する、繊維に対して垂直になります非常に弱いが。 この一方向の構成の例は市販 FRP 補強筋、鉄筋コンクリート構造で使用される従来の鋼棒を模倣します。Frp は強化し、既存の構造を修復する歩道橋や階段などのスタンドアロンの構造とも材料としてを使用します。細長い板が強度を追加する既存のコンクリート構造物に epoxied した多くの場合。この場合、FRP のバーは、外部補強として機能します。FRP バーとプレートは、軽量化とより耐腐食性、ブリッジ...

ソース: ロベルト ・ レオン、ブラックスバーグ, バージニア バージニア工科大学土木環境工学科 コンクリートやアスファルトは、今日使用される最も一般的な建設材料です。コンクリートはセメント、水、空気、粗骨材、細骨材からなる複合材料です。細骨材は、砂と粗骨材は天然岩を砕いたか。特定の特定のプロパティを変更する化学混和剤も使われる (すなわち、鋳造時にコンクリート流体に減水)。アスファルト混合物は乳化剤などの添加物を配置中に粘度を高めるための数に加えて、細骨材、粗骨材、アスファルトから主に成っています。 コンクリートとアスファルト混合物の骨材ようにミックス ボリュームの非常に重要な部分を経済セメントおよびアスファルト量を最小化することが必要です。骨材の 2 種類が一般的に認識される: 粗骨材、細骨材、小さい粒子 (砂) から成る約 4.75 mm (岩) より大きい粒子として定義されています。骨材の他の重要な特性は、剛性と耐久性のコンクリート ・...

ソース: ロベルト ・ レオン、ブラックスバーグ, バージニア バージニア工科大学土木環境工学科 コンクリートは最も一般的な建設材料の 1 つと 2 つのフェーズで構成されています: モルタル相コンクリート、水と空気と集計の段階から成る粗・微動の集合体で構成されています。具体的なミックスを設計するとき、2 つ重要な考慮事項があります。まず、コンクリートは流動で簡単フォームが満載です鉄筋もその新鮮な状態のフォームでキャストする必要があります。この状態では重要なコンクリートのレオロジーです。第二に、ミックスは、28 日 (または同様の指定した時間) は耐久性に優れたを提供している指定された強度の硬化コンクリートを生成しなければなりません。 この実験室の練習、コンクリート混合物の調合、トライアル バッチ法をという名前のメソッドで探検されます。製造したコンクリートは、スランプ、流動性、空気量、密度など、フレッシュ コンクリートの主な特徴を決定する典型的なテストの実施に使用されます。トライアル バッチ メソッドは混合物のデザインにシンプルな経験的なアプローチです。 この実験の目的は、4 倍:...

ソース: ロベルト ・ レオン、ブラックスバーグ, バージニア バージニア工科大学土木環境工学科 建設プロジェクトのコンクリートの 2 つの段階があります。最初の段階では、バッチ処理、輸送、および鋳造フレッシュ コンクリート。この段階で、素材は、粘性と仕上げ作業性と施工性が主要なパフォーマンス基準。第二段階は、水和プロセス開始直後にコンクリートをフォームに配置し、コンクリートを設定し、硬化を開始するときに発生します。このプロセスは非常に複雑で、その段階のすべてがわかって、特徴付けられる。それにもかかわらず、コンクリートは打設後約 14 〜 28 日でその目的の設計強度と剛性を達成すべき。この時点でコンクリート シリンダー コンクリートの圧縮・引張強さと同様、機会に、その剛性を決定するために配置の時にキャストの一連のテストが行われます。 この実験の目的は三重: 7 ・ 14 ・ 28 日間での弾性率を決定するには (2) と (3) 簡単な非破壊的なテストの使用を示すため、コンクリートの 28 日強度を決定する圧縮シリンダー テストを実施するには...

ソース: ロベルト ・ レオン、ブラックスバーグ, バージニア バージニア工科大学土木環境工学科 圧縮コンクリートに焦点を当てて、前研究室、コンクリートが一軸圧縮力を受ける非常に大きな応力を耐えることができますが見られました。ただし、圧縮失敗ですが最大引張力が発生するすべり面に沿って障害障害の観察ができませんでした。したがって、それはその究極の両方を支配し、サービス動作として緊張と特に最大強度のコンクリートの挙動を理解することが重要です。究極の観点から引張りとせん断応力の組み合わせは割れと即時かつ致命的な失敗に します。構造のアプリケーションで非強化状態で使用された場合はその理由、コンクリートはめったこれらの亀裂を停止することができ、ひび割れ幅の制限最もコンクリート部材が鋼で強化されます。分布が耐久性に重要ですこれは、除氷塩と貫通し、補強の鋼鉄腐食から類似した化学物質を阻害、後者は、ひび割れ幅を制御するので保守性の観点から重要です。 この実験の目的は三重: (1) (2) ビーム試験コンクリートの引張強度を確認し、(3)...

ソース: ロベルト ・ レオン、ブラックスバーグ, バージニア バージニア工科大学土木環境工学科 木は太古の時代からの建設で使用されているユビキタス材料であります。木は偉大な美的価値と再生可能エネルギー、持続可能な材料であります。今日では、その他の構造材より木で構築されたおそらくより多くの建物があります。これらの建物の多くは繰り返し住宅ですが、商業・工業の建物と同様、多くのより大きいアパートの建物、また木材フレーミングを使用します。 建設における木材の普及は、経済および審美的な基準の両方から魅力を持ってください。機器の最小限の量と木材の建物を構築する能力は、他のタイプの構造と競争力のある軸組構法建物のコストを維持しています。その一方で、アーキテクチャの考慮事項が重要ですが、美しさと露出された木の暖かさ難しいです他の材料と合わせて この実験の目的は、木材の応力-ひずみ挙動を調査し、木材梁の曲げ性能を確認するための 4 点曲げ試験を行うための 3 つのタイプの引張および圧縮試験を実施します。4 点曲げ試験では、一定の瞬間とゼロのせん断中心部の結果、その 3 点で 2...