Magasépítészet

Szilárd anyagú szerkezetek hőtágulásáról általában

Ismeretes, hogy egyes építési anyagok és a belőlük létesített szerkezetek a hőmérséklet válto­zása folytán számottevő alakváltozást szenvednek. Felmelegedésnél – a beépítési állapothoz viszo­nyítva – térfogatnövekedés (tágulás), lehűlésnél pedig térfogatkisebbedés áll elő. Ennek követ­keztében a szerkezetben mozgások jönnek létre.

Hőtágulás

A fizikából tudjuk, hogy a szilárd testek hő okozta lineáris kiterjedése egyenesen arányos: a) a test eredeti hosszával (l) és b) a hőfokválto­zással (t2-t1= t). Ebből következik, hogy a szerkezet hő okozta megnyúlása:

Δl = a * l * t, ahol a az anyagra jellemző hőtágulási együttható.

 Hőtágulási együtthatója (a)
A folytacél0,000012
Az öntött vas, beton és vasbeton0,00001
A téglafalazat0,000005
A fa0,000003

Példa

Pl. mekkora mozgások állnak elő egy fedélszerkezet 20 m hosszú acél vonórúdjánál, ± 30 C° hőmérséklet­változás esetén?

Δl= ± a * t * l = ± 0,000012 * 30 * 2000= ± 0,72 cm.

A teljes mozgás: 0,72 * 2 = 1,44 cm.

Tudjuk, hogy a fajlagos megnyúlás: ε = Δl/l = a (t2 – t1).

A Hooke-féle törvény szerint a hőmérséklet változásából származó fajlagos feszültség: σ =E * ε = a * E (t2 – t1).

Ha vasbeton esetén behelyettesítjük az Eb = 140000 kg/cm2 és a = 0,00001 értékeket, kapjuk, hogy: σ = 14,0 (t2 – t1), azaz minden C° változás ±14,0 kg/cm2 feszültsé­get okoz a szerkezetben.

Ha a hőtágulás meg van akadályozva, akkor a szerkezetben belső erők, ún. dilatációs erők keletkeznek; mégpedig hőmérsékletcsökkenésnél húzó erő, hőfokemelkedésnél pedig tengely irányú nyomó erő. Az egyenes tengelyű rúdnál a dilatációs erő nagysága: P = σ * F = a * E * F (t2 – t1).

Amennyiben a szerkezet nem tud szabadon tágulni, úgy a szóban forgó járulékos hőmérsékleti feszültségeket, mint többletei mindig tekintetbe kell venni.

Tágulási hézagok, mozgó felfekvések

Régebben, míg a kérdés fontosságát nem ismer­ték fel, a hőmérsékletváltozás okozta feszültségek következtében igen kellemetlen meghibásodások (repedések, elhajlások stb.) léptek fel a beton és vasbeton, valamint az acél anyagú szerkezetekben. A károsodást egyrészt tágulási hézagok, másrészt mozgó felfekvések kialakítása révén kerülhetjük el.

Igen érzékenyek hőtágulás szempontjából a vasbeton anyagé szerkezetek. A vasbeton szabály­zat szerint ±15 C° hőmérsékletingadozással, te­hát 30 C° hőfokkülönbséggel kell számításba venni a hőmérsékletváltozás okozta belső erőket. A 0,70 m-nél nagyobb vastagságú szerkezeteknél azonban elegendő ± 10 C° hőmérsékletingadozás­sal, vagyis 20 C° hőmérsékletkülönbözettel szá­molni. Nagy hőfokú anyagok tárolására szolgáló tartályokat, kéményeket, rókatorkokat, meleg üzemű helyiségek szerkezeteit stb. a tényleges hőmérsékletingadozásra kell méretezni.