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Lo más importante para un diseñador estructural es asegurarse de que las estructuras e instalaciones que diseña sean:
- adecuado para el propósito
- seguridad
- Económico y duradero.
por lo tanto, seguridad Esta es la responsabilidad más importante del diseñador estructural. Pero es más difícil decir qué tan seguro es el diseño. Resistencia de los materiales, también se está cargando. Las siguientes son incertidumbres que afectan la seguridad de las estructuras.
- Incertidumbre de carga
- Incertidumbre sobre la resistencia del material.
- Se desconocen las dimensiones y el comportamiento de la estructura.
Todas estas incertidumbres hacen imposible garantizar que la estructura sea segura. Por lo tanto, es de suma importancia que el diseñador se asegure de que no haya o haya muy poco riesgo de falla a pesar de la incertidumbre.
Para minimizar el riesgo de falla, el diseñador debe basar la estructura en ese diseño. fuerza característica (también llamada resistencia característica). Supongamos que una viga está diseñada para soportar cierta resistencia. Carga característica, su resistencia característica debe ser mayor que el momento de flexión producido por la carga característica. Sin embargo, la resistencia inherente de un material no es constante per se y varía de un elemento a otro, incluso para el mismo material.
Dado que las cargas máximas también cambian, los diferentes elementos estructurales tienen diferentes efectos sobre las cargas, como los momentos de flexión en su vida útil. También se produce variación para cada elemento de la carga aplicada a la estructura, distribuyéndose la carga por toda la estructura. Por lo tanto, cuando un elemento estructural débil se somete a cargas pesadas que exceden su resistencia, el elemento estructural fallará.
por lo tanto, factor de seguridad Se utiliza para obtener la fuerza característica (resistencia) o la carga característica para minimizar los efectos de la incertidumbre en las condiciones de carga y la resistencia del material.
Resistencia característica del acero Un resultado de prueba por debajo de un porcentaje especificado se define como el valor de resistencia esperado. En el diseño, el límite elástico característico suele definirse como límite elástico. Por debajo de este límite elástico, no se espera que exceda el 5% del valor probado. Esto significa que se espera que la resistencia del material supere el 95% de los casos.
de Carga característica Un valor de carga que tiene una probabilidad aceptable de no ser excedido durante la vida útil de la estructura. Esto significa que la carga sobre la estructura no excede la carga característica el 95% del tiempo.
estado límite Una condición en la que se considera que una estructura ha fallado en el propósito para el cual fue diseñada y construida. Hay dos condiciones limitantes que se consideran durante la fase de diseño.
Estado límite de fuerza:
- Resistencia (rendimiento, pandeo)
- Estabilidad contra vuelcos y sacudidas de estructuras.
- Fallo de elementos estructurales por fatiga
- Colapso plástico de estructuras
- Fractura frágil de elementos estructurales
Estado límite de mantenimiento:
- Flecha de elementos estructurales
- Vibración de estructuras o partes de las mismas
- Comprobación de fatiga, incluidos los daños reparables debido a la fatiga
- corrosión del acero
- Peligros de incendio en estructuras
Así que puedes decir: estado límite de fuerza Se pierde el equilibrio estructural y se pierde la estabilidad estructural. estado límite de mantenimiento Se refiere a los límites de desempeño aceptable de una estructura.
Las limitaciones como la corrosión y la fractura frágil no se incluyen en los cálculos de diseño. Estos pueden abordarse manteniendo la calidad de los materiales. De manera similar, la corrosión puede cubrirse con métodos de protección, como la pintura, y la fractura frágil puede cubrirse con especificaciones de materiales, como materiales dúctiles.