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: Funkció Forma Szerkezet Gazdaságosság Mérnöki építmények: szerkezet dominál Hidak, gátak, távvezetékoszlopok, hűtőtornyok stb. Építészeti alkotások: funkció, forma Épületek: emberi tartózkodásra szolgálnak Mérnöki alkotó tevékenység: 1. Anyaggyűjtés 3. Alapötlet kitalálása 2. Érlelés 4. Részletes kidolgozás 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. R II R I = R II R I I II belső erő R II R I R II R I Belső erő: az eltávolított rész eredője (erő+nyomaték) belső erő 8

K T M R N 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] da r σ n n r τ σ ln n P l r r ρn r τ n τ mn m r Feszültség dimenziója: 1[N/mm 2 ] = 1[MPa] = 10 3 [kn/m 2 ] 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 Ny Rácsostartó 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