Lastannahme
Strukturelle Belastungen oder Einwirkungen sind Kräfte, Verformungen oder Beschleunigungen, die auf eine Struktur oder ihre Komponenten einwirken. Eine Last ist die Menge an Gewicht, die eine Struktur zu tragen hat. Lasten verursachen Spannungen, Verformungen und Verschiebungen in Strukturen. Die Strukturanalyse ist die Berechnung der Auswirkungen von Lasten auf physikalische Strukturen. Übermäßige Belastung oder Überlastung kann zu strukturellem Versagen führen. Dies ist eine Überlegung beim Entwurf und bei der Konstruktion einer Struktur.
Mechanische Strukturen, wie z.B. Flugzeuge, Satelliten, Raketen, Raumstationen, Schiffe und U-Boote, haben ihre eigenen besonderen strukturellen Belastungen und Einwirkungen. Bei einem Fahrzeug, insbesondere bei Lastkraftwagen, ist das Fahrgestell so konstruiert, dass es die strukturelle Belastung tragen kann. Bei vielen Autos wird die Unibody-Konstruktion verwendet, bei der die Metallhaut (oder andere Materialien) so konstruiert ist, dass sie die Last tragen kann.
Die Schwerkraft auf der Erde ist eine Anziehungskraft, die auf alle Objekte wirkt. Eine Gravitationslast ist eine Last, auf die die nach unten gerichtete Kraft der Schwerkraft wirkt.
Strukturelle Belastung ist das Gewicht, das ein Bauwerk zu tragen hat, hier ein Gebäude
Strukturelle Belastungen
Im Folgenden sind typische Belastungen aufgeführt, die auf die meisten Strukturen ausgeübt werden:
- Totlast ist die Last, die dauerhaft auf die Struktur einwirkt. Sie umfasst die Struktur selbst. Eine Totlast ist eine Schwerkraftlast.
- Unter Verkehrslast versteht man alles, wofür die Struktur ausgelegt ist. Nutzlasten können sich innerhalb der Struktur bewegen und zu verschiedenen Zeiten unterschiedliche Lasten in verschiedenen Teilen der Struktur ausüben. Sie sind nicht permanent. Eine Nutzlast können Möbel und Personen in einem Gebäude sein. Sie kann aus Passagieren und Gepäck in einem Fahrzeug bestehen.
- Windlast ist die Kraft des Windes gegen die Oberfläche einer Struktur. Windlasten sind horizontale Querkräfte. Die Windlast ist beim Entwurf größerer Gebäude von großer Bedeutung. Windscherung ist eine Kraft, die auf Strukturen vertikal oder horizontal wirken kann. Auftrieb ist eine durch Wind verursachte negative Kraft. Sie kann dazu führen, dass sich ein Dach nach oben hebt.
- Schneelast ist die durch Schnee verursachte Belastung. Ähnlich wie eine Nutzlast ist sie nicht dauerhaft und kann sich durch Wind bewegen und Schnee auf einem Dach treiben lassen.
Andere Umweltbelastungen
- Seismische Belastungen
- Temperaturänderungen, die zu thermischer Ausdehnung führen, verursachen thermische Belastungen
- Ponding-Lasten
- Frostschäden
- Seitlicher Druck von Boden, Grundwasser oder Schüttgütern
- Belastungen durch Flüssigkeiten oder Überschwemmungen
- Schmelzen des Permafrosts
Strukturelle Belastungen von Flugzeugen
Bei Flugzeugen wird die Belastung in zwei Hauptkategorien unterteilt: Grenzlasten und Bruchlasten. Grenzlasten sind die maximalen Lasten, die eine Komponente oder Struktur sicher tragen darf. Traglasten sind die Grenzlasten mal Faktor 1,5 oder der Punkt, ab dem die Komponente oder Struktur versagen wird. Böenlasten werden statistisch bestimmt und werden von einer Behörde wie der Federal Aviation Administration bereitgestellt. Sturmlasten sind lose begrenzt durch die Fähigkeit von Strukturen, die Verlangsamung eines größeren Bodenaufpralls zu überstehen. Andere Lasten, die kritisch sein können, sind Drucklasten (für unter Druck stehende Flugzeuge in großer Höhe) und Bodenlasten. Lasten am Boden können aus ungünstigem Bremsen oder Manövrieren während des Rollens stammen. Flugzeuge sind ständig zyklischen Belastungen ausgesetzt. Diese zyklischen Belastungen können Metallermüdung verursachen.
Fragen und Antworten
F: Was ist eine strukturelle Belastung?
A: Eine strukturelle Belastung ist eine Kraft, Verformung oder Beschleunigung, die auf eine Struktur oder ihre Komponenten einwirkt. Sie ist das Gewicht, das eine Struktur tragen muss.
F: Wie wirken Lasten auf Strukturen?
A: Lasten verursachen Spannungen, Verformungen und Verschiebungen in Strukturen.
F: Was ist eine Strukturanalyse?
A: Unter Strukturanalyse versteht man die Berechnung der Auswirkungen von Lasten auf physische Strukturen.
F: Was geschieht bei einer übermäßigen Belastung oder Überlastung?
A: Eine übermäßige Belastung oder Überlastung kann zu strukturellem Versagen führen, was bei der Planung und Konstruktion eines Bauwerks berücksichtigt werden muss.
F: Gibt es besondere Belastungen und Einwirkungen für mechanische Strukturen wie Flugzeuge und Schiffe?
A: Ja, mechanische Strukturen wie Flugzeuge, Satelliten, Raketen, Raumstationen, Schiffe und U-Boote haben ihre eigenen besonderen strukturellen Belastungen und Einwirkungen.
F: Wie werden Fahrzeuge konstruiert, um die strukturelle Last zu tragen?
A: Bei Fahrzeugen wie Lastkraftwagen ist das Fahrgestell so konstruiert, dass es die strukturelle Last trägt, während viele Autos eine Unibody-Konstruktion verwenden, bei der die Metallhaut (oder andere Materialien) die Last trägt.
F: Welche Art von Kraft wirkt auf alle Objekte auf der Erde?
A: Die Schwerkraft auf der Erde wirkt auf alle Objekte, da sie eine anziehende Kraft ist. Eine Schwerkraftlast bezieht sich auf diese nach unten gerichtete Kraft der Schwerkraft, die auf etwas wirkt.
