複合ビームとは?

複合梁は、通常、プロファイル鋼梁に取り付けられ、支持された鉄筋コンクリート スラブで構成される建築要素です。複合ビームは、構成部品の合計よりも強く、両方の材料の強度特性の好ましい組み合わせを示します。これは、鋼とコンクリートの複合梁が、コンクリートの圧縮強度と鋼の引張強度の両方を備えていることを意味します。建設業界で使用される複合ビームには、さまざまな等級のコンクリートとプラスチック複合材および木材を組み合わせたものがあります。ただし、鋼と鉄筋コンクリートの複合梁が最も一般的に使用されています。

2 つの異なる材料を結合して複合材を形成することは、2 つの材料の総合力を組み合わせるだけではありません。関連する材料間の結合を形成すると、実際にはそれらの物理的特性が向上し、複合材料はそれらの強度の合計よりも強くなります.大規模な建設では、鋼とコンクリートが複合梁の組み合わせとして最も頻繁に使用されます。コンクリートは、複合質量、剛性、および圧縮強度を提供し、スラブのたわみと振動を低減します。スチール部材は、重量比に対する優れた強度と迅速な建設時間で梁に引張強度を与えます。

複合梁の最も重要な部分の 1 つは、2 つの材料間の固定点またはせん断接続です。複合材の 2 つの部分を正しく接続すると、材料が 1 つのユニットとして機能し、複合材ビームに固有の強度が与えられます。これらのせん断コネクタは、通常、鋼製の梁に溶接されたスタッドで、コンクリート スラブにはめ込まれています。これらのせん断コネクタの数とサイズは、複合材料の機械的性能の重要な部分を表すため、慎重に計算されます。

コンクリートと鋼の複合梁は、以前に鋳造されたコンクリート スラブを使用するか、現場で鋳造することができます。プレキャスト スラブは、固定スタッドを受け入れるスロットまたはポケットで構成されています。スラブが正しく配置されると、これらのポケットはコンクリートで埋められます。現場でスラブを製造するのはもう少し複雑で、コンクリートを流し込む前にプロファイル デッキ シートを敷設する必要があります。このデッキは通常、用途に応じて異なるプロファイルを備えた軽量の鋼板です。

シートを梁の上に置き、「貫通デッキ溶接」プロセスまたはショット焼成のいずれかを使用して、せん断コネクタを梁に固定します。デッキが設置されたら、コンクリートを流し込み、鉄筋を追加します。デッキは、湿ったコンクリートをシャッターまたは封じ込める役割を果たし、スラブが硬化すると複合材に強度を与えます.

小規模な建設では、他のいくつかの複合梁タイプが使用されます。これらには、多くの木造住宅で床スラブとして使用される軽量コンクリート ストリップを支える木材梁が含まれます。コンクリート充填樹脂複合箱は、橋の建設によく使用されます。それらは強く、製造が速く、比較的軽量で、設置するのに最小限の重機しか必要としません。使用される材料は大きく異なりますが、これらの構造要素はすべて、より伝統的な鋼鉄やコンクリートの梁と同じ強度を共有するという同じ原則を利用しています。

コンポジット ビームとシールド ビームの違いは何ですか?

前述のように、構造物や建物にはさまざまな種類の梁が含まれています。複合梁は、現代の建設で使用される 20 種類以上の種類のうちの 1 つにすぎません。しかし、「シールドビーム」という言葉に出くわしたことがあり、少し混乱していると思うかもしれません.封印されたビームは建設と関係がありますか?

結局のところ、密閉された梁は建設業界のものではありません。それらは、レンズの後ろに配置され、自己完結型のユニットに密閉された電球を組み込んだ自動車のヘッドライト設計の一種です。これらは、ほとんどの車が 1990 年以前に装備されていた旧式のタイプでした。今日の車両では、主に複合ビーム ヘッドランプを見つけることができます。それらはメーカー/モデル固有であり、電球が切れた場合にのみ電球を交換することができます。対照的に、ヘッドライトが故障した場合、密閉されたヘッドライト全体を交換する必要がありました.

建設梁の種類

密閉された梁は建設の世界とは何の関係もないことがわかったので、最も一般的な種類の梁を簡単に確認してみましょう。支持条件、構成材料、形状、断面形状、構成方法など、いくつかの論理的特性に基づいて分類されていることがわかります。

ビームの材料とサポート条件

複合梁は、鉄筋コンクリート、鋼、木材と同じカテゴリに分類されます。ほとんどは鋼と鉄筋コンクリートを組み合わせて作られていますが、他のスタイルはプラスチック複合材と木材をコンクリートと組み合わせています。建設材料によって分類されるその他の梁には、純鋼、木材、鉄筋コンクリートが含まれます。

建設用梁は、支持方法によっても分類されます。単純に支持されたビームは、一方の端で固定されたサポートに、もう一方の端でローラー サポートに置かれます。この設定のおかげで、自由に回転できます。一方、固定ビームは両端にサポートがありますが、回転することはできません。片持ちビームは垂直面に取り付けられ、そこから伸びます。出窓やバルコニーなどの構造物を作成するためによく使用されます。連続ビームには、全長に沿って 2 つ以上のサポートが装備されています。

ビームの形状と断面形状

形状と形状も梁の機能において重要な役割を果たします。断面形状を持つものは、通常、鉄筋コンクリート、鋼、または 2 つの混合物から作られます。典型的なデザインには、長方形、T 字型、L 字型、直線、曲線、テーパーなどがあります。

構築方法

コンクリート梁は、可能な限り最高のサポートを提供するために、特定の製造方法で作成できます。現場打ちコンクリート梁は現場で製造されますが、プレキャスト コンクリート梁は建設計画が始まる前に工場で作られます。プレストレスト コンクリート ビームもあり、各ビームの内部にプレテンション金属ストランドが含まれており、その性能を向上させます。

複合ビームに使用されるフォームの種類は?

建物の建設に使用される複合材やその他のタイプの梁については、すでに学習しました。しかし、高性能環境では別の種類の複合梁が使用されています。サンドイッチ梁です。この構造は、通常、航空宇宙、自動車、船舶、風力タービンの製造に使用されます。サンドイッチ複合ビームには、強度、耐疲労性、耐久性、剛性など、多くの利点があります。

サンドイッチ ビームの構造

サンドイッチ複合ビームは、通常、2 つの外側スキンと強力な接着剤を組み合わせた低剛性、低密度の内部コアで構成されます。外板には多くの場合、炭素繊維または航空宇宙グレードのアルミニウムが含まれていますが、ガラスラミネート、炭素繊維強化熱可塑性樹脂、または熱硬化性ポリマーから製造することもできます。低密度の内部は、連続気泡フォームまたは独立気泡フォームで構成されています。製造業者は、サンドイッチ複合ビームを作成する際に、厳選されたさまざまな材料から選択できます:

• ノーメックス フォーム
• メタル ハニカム
• プラスチック ポリマー フォーム

ノーメックス フォーム

Nomex は、1960 年代初頭に DuPont によって最初に作成された、耐久性のある耐熱性および難燃性メタ アラミド ポリマーです。 Nomex は 340 メガパスカルの引張強度を誇り、およそ 49,300 psi に相当します。また、華氏約 700 度までの温度にも対応できます。

ポリマーフォーム

プラスチック ポリマー フォームも、サンドイッチ複合ビームのコアとしてよく使用されます。ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリスチレンが最も一般的に使用されています。 Nomex のように、低密度の内部を作成します。

サンドイッチ コンポジット ビームの利点

サンドイッチ複合ビームは、エンジニアリングの観点からいくつかの重要な利点を提供します。剛性の高い外皮と低密度の内部コアを組み合わせることで、これらのビームは全体の重量を削減しながら優れた強度を実現します。この設計により、ビームの重量に対して高い曲げ強度と剛性が得られます。各ビーム内の特定の材料に応じて、断熱特性に加えて耐腐食性と安定性も提供できます。また、衝突時の衝撃エネルギーを吸収する優れた耐衝撃性も備えています。