ในการก่อสร้างที่ทันสมัยและวิศวกรรมสะพาน โครงเหล็ก ได้กลายเป็นโซลูชันที่ต้องการสำหรับโครงสร้างขนาดใหญ่เนื่องจากข้อดีเช่นความแข็งแรงสูงน้ำหนักเบาช่วงที่ยืดหยุ่นและอุตสาหกรรมระดับสูง อย่างไรก็ตามการประเมินทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับความสามารถในการรับน้ำหนักและความเสถียรเป็นลิงค์หลักเพื่อให้แน่ใจว่าความปลอดภัยของโครงการ
1. การวิเคราะห์แบบคงที่: โครงสร้างเชิงกลจากโหนดไปทั้งหมด
การคำนวณความสามารถในการรับน้ำหนักของโครงถักเหล็กเริ่มต้นด้วยการวิเคราะห์แบบคงที่ ด้วยการสร้างแบบจำลองเชิงกลสามมิติวิศวกรจำเป็นต้องย่อยสลายกองกำลังของโหนดมัดและสมาชิก สมการสมดุลแรงภายในที่โหนด (เช่น ∑FX = 0, ∑Fy = 0) เป็นพื้นฐานและการคำนวณแรงตามแนวแกนของสมาชิกจะต้องรวมกับกฎของ Hooke (σ = eε) และสูตรของออยเลอร์ ตัวอย่างเช่นในการออกแบบสะพานรถไฟขนาดตัดขวางของสมาชิกมัดหลักจะต้องเป็นไปตามสภาพความแข็งแรงของ N/(φA) ≤ F โดยที่φคือค่าสัมประสิทธิ์ความเสถียรและ F คือความแข็งแรงของเหล็ก
เป็นที่น่าสังเกตว่าความแข็งของการเชื่อมต่อโหนดส่งผลโดยตรงต่อการกระจายกำลังภายใน เมื่อใช้ซอฟต์แวร์ Finite Element (เช่น ANSYS หรือ ABAQUS) สำหรับการวิเคราะห์แบบไม่เชิงเส้นจำเป็นต้องพิจารณา BOLT PRELOAD ความแข็งแรงเชื่อมและเอฟเฟกต์การโก่งตัวในท้องถิ่น กรณีของมัดเหล็กสปาร์ 120 เมตรในโรงยิมแสดงให้เห็นว่าผ่านการสร้างแบบจำลองการกลั่นปัจจัยความเข้มข้นของความเครียดของโดเมนโหนดสามารถลดลงจาก 3.2 เป็น 1.8 ซึ่งเป็นการปรับปรุงความปลอดภัยสำรองอย่างมีนัยสำคัญ
2. ลักษณะแบบไดนามิกและการประเมินความมั่นคง
ความเสถียรของโครงเหล็กเหล็กไม่เพียง แต่เกี่ยวข้องกับความล้มเหลวแบบคงที่ แต่ยังต้องป้องกันความไม่แน่นอนแบบไดนามิก การวิเคราะห์การโก่งงอค่าลักษณะเฉพาะสามารถกำหนดภาระที่สำคัญที่สอดคล้องกับโหมดการโก่งตัวอันดับแรก แต่ในวิศวกรรมจริงข้อบกพร่องเริ่มต้น (เช่นการดัดงอเริ่มต้นของก้านที่ L/1000) จะต้องได้รับการแนะนำสำหรับการวิเคราะห์การโก่งงอแบบไม่เชิงเส้น การใช้โครงเหล็กของสะพานข้ามทะเลเป็นตัวอย่างหลังจากพิจารณาผลการสั่นสะเทือนของลมปัจจัยเสถียรภาพโดยรวมของโครงสร้างจะต้องเพิ่มขึ้นจาก 2.5 เป็นสูงกว่า 3.0
การวิเคราะห์การตอบสนองแบบไดนามิกก็มีความสำคัญเช่นกัน ความถี่ธรรมชาติของโครงสร้างได้มาจากการวิเคราะห์แบบโมดอล (มักจะควบคุมที่ 3-8Hz เพื่อหลีกเลี่ยงแถบความถี่การรับส่งข้อมูล) และการตอบสนองการกระจัดภายใต้แผ่นดินไหวหรือภาระลมถูกประเมินร่วมกับวิธีการวิเคราะห์ประวัติเวลา ในการออกแบบโครงเหล็กทางเดินสูงการเร่งความเร็วที่เกิดจากลมจะลดลง 40% หลังจากใช้แดมเปอร์มวล TMD ที่ปรับแล้วตามข้อกำหนดด้านความสะดวกสบายของมนุษย์
3. การตรวจสอบอัจฉริยะและการจัดการวงจรชีวิตเต็มรูปแบบ
ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีอินเทอร์เน็ตของสิ่งต่าง ๆ เซ็นเซอร์ไฟเบอร์แบร็กตะแกรงสามารถตรวจสอบความเครียดของแท่งแบบเรียลไทม์และโมเดล BIM รวมกับอัลกอริทึมการเรียนรู้ของเครื่องสามารถทำนายการเสื่อมสภาพของประสิทธิภาพเชิงโครงสร้าง ตัวอย่างเช่นมีการติดตั้งจุดตรวจสอบ 200 จุดบนโครงเหล็กของสถานีสนามบินและข้อมูลจะได้รับการปรับปรุงทุก ๆ 5 นาทีเพื่อให้ได้คำเตือนระดับที่สองของความเครียดที่ทับซ้อนกัน
การประเมินความปลอดภัยของโครงถักเหล็กเป็นการผสมผสานระหว่างทฤษฎีเชิงกลและการปฏิบัติทางวิศวกรรมอย่างแม่นยำ จากสูตรความแข็งแรงของวัสดุคลาสสิกไปจนถึงระบบการตรวจสอบอัจฉริยะแต่ละลิงก์ต้องการการตรวจสอบทางวิทยาศาสตร์อย่างเข้มงวด ในอนาคตด้วยความนิยมของการออกแบบพารามิเตอร์และเทคโนโลยีคู่ดิจิตอลการเพิ่มประสิทธิภาพประสิทธิภาพของโครงเหล็กเหล็กจะเข้าสู่ขั้นตอนใหม่ด้วยความแม่นยำสูงขึ้น โดยการยึดมั่นในหลักการคำนวณและการรวมเทคโนโลยีนวัตกรรมเท่านั้นที่เราสามารถสร้างกระดูกสันหลังเหล็กที่ครอบคลุมเวลาและพื้นที่
