В «Структурах: или почему вещи не рушатся» Джеймс Гордон говорит о том, что деревья предварительно напряжены с внешним натяжением, а внутренним сжимается. Почему дерево становится сильнее, если оно растягивается на поверхности и сжимается в ядре, и как мне прочитать график на первом рисунке ниже?
Кроме того, на третьем рисунке рассказывается о том, как сделать обратное с помощью бетонной балки. Как вы создаете напряжение с помощью арматуры?
Ответы:
Графики представляют собой графики зависимости напряжения от положения. Напряжение - это сила на единицу площади, действующая на материал. Положительные значения - это напряжение, а отрицательные значения - это сжатие.
Первый (крайний левый) график показывает нормальное напряжение в зависимости от положения, которое можно было бы ожидать от изгиба, если бы не было предварительного напряжения. Средний график показывает предварительное напряжение на дереве. Крайний правый график показывает суперпозицию или сумму напряжения изгиба и предварительного напряжения.
В машиностроении прочность определяется как максимальное напряжение, которое материал может выдержать до разрушения. Каждый материал имеет уникальные пределы прочности, называемые их пределом прочности . В некоторых материалах это одинаково при растяжении и сжатии, но в других предел прочности при растяжении и сжатии различен. Большинство металлов имеют примерно одинаковую прочность на растяжение и сжатие, но такие материалы, как дерево и бетон, попадают в последнюю категорию, где прочность на растяжение и сжатие значительно различаются.
В статье, которую вы предоставили, говорится, что предел прочности древесины на разрыв превышает предел прочности при сжатии. Если бы дерево не подвергалось предварительному напряжению, то сторона, находящаяся в стороне от ветра, всегда вначале выходила бы из строя, потому что, как показано на первом графике, максимальные значения прочности на растяжение и сжатие одинаковы при изгибе без предварительного напряжения. Имея растягивающее предварительное напряжение снаружи дерева, дерево может уменьшить максимальное напряжение сжатия и, таким образом, противостоять более сильным ветрам. Обратите внимание, что как следствие третьего закона Ньютона, для уравновешивания сил должно быть предварительное напряжение растяжения и сжатия.
В бетоне ситуация иная, потому что бетон имеет практически нулевую прочность на разрыв. Предварительно напряженный бетон предотвращает разрушение благодаря тому, что стальной стержень находится в состоянии предварительного напряжения растяжения, а бетон - в состоянии предварительного напряжения сжатия. Это может быть достигнуто либо растягиванием арматуры во время заливки бетона, либо заливкой бетона вокруг кабелей, покрытых оболочкой, чтобы предотвратить прилипание бетона к кабелю. В последнем случае кабели затягиваются для предварительного напряжения бетона после его затвердевания.