Betonarme bir yapının tasarım ömrü nasıl hesaplanır?


10

Büyük yapısal projelerin spesifikasyonları tipik olarak yapının belirli bir tasarım ömrüne sahip olmasını gerektirir. Bu 50 yıl, 100 yıl vb. Olabilir.

Çelik için tasarım ömrüne uyum sağlamak, bu süre zarfında beklenen korozyonu hesaba katmak için ek kalınlık eklemek kadar basit olabilir . Bu hesaplama, kaplamalara veya çelik türüne bağlı olarak herhangi bir varyasyonu da dikkate alacaktır.

Tarih, betonarme yapıların yüzlerce yıl dayanabileceğini göstermiştir . Romalıların Pantheon gibi bazı örnekleri var .

Betonarme ile ilgili problem, nihayetinde donatıların korozyona uğraması , genişlemesi ve betonun çatlamasına neden olmasıdır. Kullanılan agregalarla ilgili sorunlar da olabilir.

Bir tasarımcı betonarme bir yapının ömrünü nasıl hesaplayabilir ve sözleşmeyle garanti edebilir?


Afaik'in bugünkü binalarının çoğu 60 yıl ile planlanıyor.
peterh - Monica'yı

Bu soru benim için yanlış bir yol gibi görünüyor. Bir yapı tasarlamaz ve daha sonra tasarım ömrünü hesaplarsınız; hangi tasarım ömrünün gerekli olduğunu belirlersiniz ve sonra bunu karşılamak için tasarım yaparsınız. Belki de soru, "Betonarme bir yapının tasarımının hangi yönleri tasarım hayatından etkilendi?" Olmalıdır. Ayrıca, bir yapının ömrünü garanti eden bir tasarımcıyı hiç duymadım.
AndyT

1
@AndyT Bir tasarım ömrünü karşılamak için bir yapı tasarladığınız doğrudur. Belki soru biraz farklı bir şekilde sorulabilir, ancak sonuç aynıdır. Bir tasarım ömrü gereksinimini nasıl garanti edebilirsiniz? Ve evet, sözleşmelerde gördüm.
hazzey

Tasarım ömrü istatistiksel olarak tasarım yüklerini etkiler. Örneğin rüzgar yükü tasarım ömrüne bağlıdır, çünkü yapının öngörülen ömrü ne kadar uzun olursa, daha yüksek rüzgar görme olasılığı o kadar yüksek olur. Ancak, tasarım rüzgarının tasarım ömrü içinde aşılmayacağı garanti edilmez - bu istatistiksel bir beklenti, zor bir gerçek değil. Bu nedenle bir mühendis, yapının tasarlanan ömrü boyunca hayatta kalacağını garanti edemez. (Bu, "Tasarım hayatından hangi yönler etkilenir?" Yanıtının bir parçasını oluşturabilir, ancak "Hayatı nasıl garanti edebilirsiniz?")
AndyT

@hazzey Ne harika (ve karmaşık!) bir soru. 100 yıllık hizmet ömrü için köprü tasarım kriterleri geliştiren bazı araştırmalarla ilgilenebileceğinizi düşündüm . Bir süredir okuma listemde oldu - sonunda bana kazma motivasyonu verdin!
CableStay

Yanıtlar:


9

Tasarım hayatı iki farklı şeyden biri olabilir ve birbirinin yerine kullanılamaz.

'100 yıl tasarım ömrü' referansı, '100 yıl içinde 1' yükleme kutusu (rüzgar yükü veya gelgit dalgalanması veya herhangi bir şey) için tasarlandığı anlamına gelebilir. Bu sadece yükleme büyüklüğünü ölçmek için bir araçtır. Aslında yapının dayanıklılığı ile ne ilgisi varsa, yapının gücü ile ilgilidir.

Soru farklı bir konuyu soruyor - dayanıklılık ve özellikle betonarme dayanıklılığı. Normal olarak, belirli bir ortamdaki geçmiş deneyimlere atıfta bulunarak, kritik bozulma mekanizmasının ne olabileceğini anlatır ve daha sonra standart bir çözüme ya da bu mekanizmanın ömrünün hesaplanmasına değinilir. Hesaplamalar normalde bir dereceye kadar ampiriktir.

'Normal' maruz kalma koşulu, 'normal' beton özellikleri ve 'normal' tasarım ömrü gereksinimleri olan 'standart' bir yapı için, ilgili tasarım kodunda, muhtemelen basitçe olacak kapak miktarını tanımlayan standart çözümler olacaktır. tasarım ömrünü tatmin eder. 'Normal'i oluşturan şey, tasarım kodunun yargı yetkisine bağlı olacaktır - dünyanın farklı bölgelerinde farklı çimento karışımları mevcuttur ve tamamen ılıman bir ülkede ulusal bir tasarım kodu için' normal 'olmayacaktır' normal 'tropik veya kutup bölgelerinde.

Örneğin, Arap yarımadasında sıçrama bölgesindeki bir yapıda, don saldırısı bir sorun olmayacak, ancak fiziksel tuz saldırısı (veya tuz ayrışması) olacaktır. Don saldırısı, gözeneklerde ve çatlaklarda suyun donması betonu genişletir ve kırar. Tuz ayrıştırma, tuzlu suyun kötüleştiği ve tuz kristallerinin gözenekler içinde büyüyeceği ve betonu kıracağı bir oranda buharlaştığı yerdir.

Bir tasarımcı yerel tasarım kurallarının 'normal' olarak kabul ettiği şeyin dışında kalırsa veya ortam özellikle agresifse veya dayanıklılık gereksinimleri olağandışı bir şekilde zahmetliyse, belirli bir hesaplama gerekecektir.

Betonarme betonun en yaygın başarısızlığı metalik donatıların paslanmaya başlamasıdır. Betondaki çelik korozyona neden olmaz, çünkü beton çok yüksek pH'dır ve yüksek pH'lı bir ortamda çelik 'pasifleştirilir' ve paslanmaz. Bununla birlikte, zamanla atmosferdeki karbondioksit betona yayılır ve nötralize eder. Betonunuzun özelliklerini biliyorsanız, bunun ne kadar hızlı gerçekleştiğini tahmin edebilirsiniz (ampirik deneyime bakarak).

Bununla birlikte, normal olarak korozyonu tetikleyen şey (en azından deniz veya diğer tuzlu ortamlarda - örneğin yol tuzu), klorür iyonlarının yüzeyden yayıldığı klorür saldırısıdır. Çubuğun yüzeyindeki klorür iyonlarının konsantrasyonu kritik bir değere ulaştığında, korozyon yakında tutulur. Yüzeyde (ampirik verilerden) bir klorür konsantrasyonu varsa ve betonun özelliklerini bilirseniz (ampirik veriler veya klorür iyonlarının içinden ne kadar hızlı yayıldığını test ederek bunu hesaplayabilirsiniz, ancak beton çağlar, özellikleri değişir ve buna izin vermeniz gerekir) ve kritik eşiği (ampirik verilerden) bilin.

Life-365 adlı sizin için bu hesaplamayı yapan kullanışlı bir ücretsiz program var ve bir Amerikan Beton Enstitüsü komitesinden çıkıyor. Sizin için klorür difüzyon hesaplamasını yapar, grafikler ve şeyler çizer ve ABD'deyseniz, yerleşik ihtiyaç duyduğunuz ampirik verilere bile sahiptir, böylece yerel koşulların ne olduğuna bakmanıza gerek kalmaz. (Programı kullanıyorum, ancak programla ilişkili değilim). Programın el kitabı arkasındaki bilim hakkında daha ayrıntılı bir tartışmaya sahiptir, ancak en iyi şey onunla oynayabilir ve bir şeyin değiştirilmesinin yaşam üzerindeki etkisini görebilirsiniz.

Kireç yaparsanız ve yeterli yaşam alamazsanız, ya takviyeyi daha derine koyabilirsiniz (böylece klorürün dağılması daha uzun sürer) ya da betonu klorürün difüzyonuna daha dirençli hale getirirsiniz, ya da daha yüksek bir eşik değeri klorür (paslanmaz, diyelim) gerektiren bir çubuk kullanıyorsunuz veya çubuğu veya betonu yüzey işlemden geçiriyorsunuz ya da galvanik veya elektro-kimyasal sistemlere ya da korozyon önleyicilere ya da başka bir şeye koyuyorsunuz. Bunların çoğu ampirik verilere geri dönüyor - test ettiler ve x miktarını koyarsanız n yıl boyunca korozyonu önleyeceğini gösteren test verilerine sahipler.


Sorunun uzun vadeli dayanıklılık ve yük oluşum dönemleri ile ilgili olmadığı konusunda haklısınız.
hazzey

İlginç! Teorik dayanıklılığı beton tipinizden, donatı derinliğinden ve yerel koşullarınızdan hesaplayabileceğiniz teorisini anlayabiliyorum. Ancak gerçek tasarım açısından, bunun her zaman tam tersi olmasını beklerdim. "X yıl tasarım ömrüne ihtiyacım var" ile başlıyorsunuz ve sonra kodlar / standartlar hangi donatı derinliği ve beton karışımının kabul edilebilir olduğunu belirtiyor.
AndyT

Evet, ancak bu hemen hemen tüm tasarımlarda aynıdır - cevabı tahmin / biliyor / sezin, sonra gereksinimleri karşılayıp karşılamadığını kontrol edin. Örneğin, hangi derinlikte beton kiriş kullanılır? Size neye ihtiyacınız olduğunu söyleyen bir denklem yoktur, bir varsayım yaparsınız ve kontrol edersiniz. Dayanıklılık için kodlar (önerdiğiniz çizgiler boyunca) bazı rehberlik sağlar, ancak gerçekten önemliyse veya alışılmadık derecede agresif bir ortamsa, life-365 tarafından yapılan gibi bir kireç yaparsınız.
achrn

1

Bu soruyu bina yapısı olarak cevaplayamam; ancak, yine de ilginizi çekebilecek betonarme bir kaldırım yapabilirim.

Diğer cevaplara paralel olarak, daha sonra tasarım ömrüne göre değerlendirilen bir deneme kaplama tasarımı tasarlanmıştır. Kaldırıma ayrılan yük, tasarım ömrü boyunca standart bir aks tekrarı olarak ifade edilir. Örneğin, bir kaplama, 40 yıllık tasarım ömrü boyunca 1x10 5 standart aks tekrarlarına dayanacak şekilde tasarlanabilir . Buna Tasarım Tekrarı denir.

Bir deneme kaplaması seçilir, daha sonra kaplamanın İzin Verilen Tekrarlarını belirleyen bir yorgunluk analizi yapılır . Tasarım Tekrarları daha sonra İzin Verilen Tekrarlara bölünür ve Kümülatif Hasar Faktörü (CDF) olarak tanımlanan bu değer <1.0 ise, döşemeniz tasarım ömrünü tamamlar.

Yani, CDF = n / N burada n = Tasarım Tekrarları, N = İzin verilen tekrarlar. Diğer terimleri biliyorsanız, tasarım ömrünü belirlemek için bir geri hesaplama yapabileceğinizi unutmayın.


Hangi "diğer cevaplar" dan bahsediyorsunuz? Yorumlar mı demek istiyorsun? Anlaşılır olması için referans verilen içeriğe satır içi bağlantı sağlamak genellikle en iyisidir.
Hava
Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.