У "Структурах: чи чому речі не падають" Джеймс Гордон розповідає про перенапруження дерев зовнішньою напругою, а внутрішню - стисненням. Чому воно робить дерево сильнішим, щоб воно було напружене на поверхні та стиснення в основі, і як я читаю графік на першому малюнку нижче?
Також на третьому малюнку йдеться про виконання реверсу бетонним брусом. Як ви створюєте напругу за допомогою арматури?
Відповіді:
Графіки - це графіки напруження проти положення. Напруга - сила на одиницю площі, що діє на матеріал. Позитивні значення - це напруга, а негативні - стиснення.
Перший (лівий) графік показує нормальне напруження проти положення, яке можна було б очікувати від згинання, якби не було попереднього напруження. На середній ділянці зображено попереднє напруження на дереві. Крайній правий графік показує суперпозицію або суму напруги на згин і перед напругою.
У машинобудуванні міцність визначається як максимальне напруження, яке матеріал може перенести, перш ніж вийти з ладу. Кожен матеріал має унікальні межі міцності, їх називають граничною міцністю . У деяких матеріалів це те саме, що стосується натягу та стиску, але в інших гранична міцність на розтяг та стиск відрізняється. Більшість металів мають приблизно однакову міцність на розрив та стиск, але такі матеріали, як дерево та бетон, відносяться до останньої категорії, де міцність на розрив та стиск значно відрізняється.
У статті, яку ви надали, зазначається, що гранична міцність на розрив деревини перевищує її граничну міцність на стиск. Якби дерево не було напружене, сторона від вітру завжди виходила б з першої ланки, оскільки, як показано на першій ділянці, максимальні сили на розтяг та стиск є однаковими при згинанні без попереднього напруження. Маючи попереднє напруження на розтяг на зовнішній стороні дерева, дерево може зменшити максимальне напруження при стисненні і таким чином протистояти сильнішим вітрам. Зауважте, що як наслідок Третього закону Ньютона, для врівноваження сил повинні бути як напруження, так і стиск.
У бетоні ситуація інша, оскільки бетон має по суті нульову міцність на розрив. Попередньо напружений бетон дозволяє уникнути виходу з ладу сталевого арматури в стані попереднього напруження при розтягуванні, а бетон - в стані стиснення перед напругою. Це можна досягти, розтягнувши арматуру під час заливки бетону, або заливши бетон навколо кабелів, покритих покриттям, щоб запобігти прилипненню бетону до кабелю. В останньому випадку кабелі підтягуються для попереднього натягу бетону після його затвердіння.