Calculator stabilitate structură la răsturnare online

Scurtă descriere

Calculatorul de stabilitate la răsturnare a structurii evaluează capacitatea construcțiilor izolate (stâlpi, panouri publicitare, garduri, catarge) de a rezista la sarcini laterale (de exemplu, presiunea vântului). Calculul se bazează pe compararea momentului de răsturnare produs de forțele externe cu momentul de stabilitate generat de greutatea proprie a structurii, a fundației și a pământului de deasupra acesteia.

Etapele calculului

Etapa 1: Determinarea forței laterale de răsturnare

Forța laterală $Q$ se calculează în funcție de tipul de sarcină selectat:

• Sarcină concentrată: forța se preia direct din valoarea introdusă: $$Q = Q_{\text{intrare}}$$
• Sarcină distribuită liniar: $$Q = q_1 \cdot \frac{h_3}{1000}$$ unde $q_1$ este sarcina pe metru de înălțime ($\text{kg/m}$ sau $\text{kN/m}$), iar $h_3$ este înălțimea zonei de aplicare a sarcinii ($\text{mm}$).
• Sarcină distribuită pe suprafață: $$Q = q_2 \cdot \frac{h_3}{1000} \cdot \frac{b_1}{1000}$$ unde $q_2$ este presiunea pe suprafață ($\text{kg/m}^2$ sau $\text{kN/m}^2$), iar $b_1$ este lățimea scutului ($\text{mm}$).

Etapa 2: Calculul brațului de răsturnare

Brațul forței $L$ se măsoară de la axa de răsturnare (baza fundației) în metri:

• Schema 1 (Cu fundație):
  • Pentru sarcină concentrată: $$L = \frac{h_1 + h_2}{1000}$$
  • Pentru sarcină distribuită: $$L = \frac{h_1 + h_2 + \frac{h_3}{2}}{1000}$$
• Schema 2 (Fără fundație):
  • Pentru sarcină concentrată: $$L = \frac{h_{21}}{1000}$$
  • Pentru sarcină distribuită: $$L = \frac{h_{21} + \frac{h_{22}}{2}}{1000}$$

Etapa 3: Calculul momentului de răsturnare

Momentul de răsturnare $M_{\text{răst}}$ în raport cu cea mai periculoasă muchie este:

Etapa 4: Calculul momentului de stabilitate

Momentul de stabilitate $M_{\text{stab}}$ este generat de greutatea elementelor:

• Schema 1: $$M_{\text{stab}} = m_1 \cdot a_{\text{fund}} + m_2 \cdot a_{\text{stâlp}} + m_3 \cdot a_{\text{pământ}}$$ unde brațele forțelor de stabilitate (în metri) sunt: $$a_{\text{fund}} = a_{\text{pământ}} = \frac{a_1 + a_2}{2 \cdot 1000}$$ $$a_{\text{stâlp}} = \frac{a_1}{1000}$$ Dacă opțiunea presiunii pământului este dezactivată, greutatea pământului $m_3$ nu se ia în considerare ($m_3 = 0$).
• Schema 2: $$M_{\text{stab}} = m_{22} \cdot \frac{a_{21}}{2 \cdot 1000}$$

Etapa 5: Evaluarea coeficientului de stabilitate

Coeficientul de stabilitate se determină prin raportul dintre cele două momente:

În conformitate cu practica inginerească, se disting trei zone de evaluare:

1. Stare instabilă: la $k < 1.00$ structura se va răsturna.
2. Marjă insuficientă: la $1.00 \le k < 1.50$ structura nu se va răsturna, dar marja de siguranță este mică.
3. Stare stabilă: la $k \ge 1.50$ stabilitatea structurii este considerată pe deplin asigurată.

De ce se calculează momentele ca „forță × braț”?

Răsturnarea reprezintă rotația în jurul muchiei extreme a bazei fundației (punctul de sprijin). În fizică și mecanică, acțiunea de rotație a unei forțe este caracterizată de momentul forței, care este egal cu produsul dintre mărimea forței și braț (distanța cea mai scurtă de la punctul de rotație la linia de acțiune a forței). Pentru evaluarea stabilității, se compară momentul de răsturnare produs de forța laterală cu momentul de stabilitate produs de greutatea proprie.

Cum este luată în considerare sarcina de vânt distribuită pe înălțime?

În cazul unei sarcini distribuite (liniar sau pe suprafață), forța laterală rezultantă este aplicată în centrul geometric (centrul de greutate) al diagramei de încărcare. Pentru un panou dreptunghiular cu înălțimea $h_3$, centrul de presiune se află exact la mijlocul înălțimii. Prin urmare, brațul forței de răsturnare este calculat până la centrul de greutate al panoului, adică prin adăugarea a jumătate din înălțimea sa: $L = h_1 + h_2 + h_3 / 2$.

La ce folosește coeficientul de stabilitate k?

Acesta reprezintă raportul dintre momentul de stabilitate și cel de răsturnare: $k = M_{\text{stab}} / M_{\text{răst}}$. Dacă $k < 1.0$, structura se va răsturna, deoarece forțele de răsturnare depășesc greutatea. În proiectarea structurilor, este necesar un factor de siguranță, astfel încât o valoare de $k \ge 1.5$ este considerată sigură.

De ce acest calcul poate diferi de cel „normativ” conform Eurocodului?

Calculele inginerești conform standardelor (de exemplu, EN 1990 sau Eurocod 7) utilizează metoda stărilor limită cu coeficienți parțiali de siguranță pentru sarcini și materiale, luând de asemenea în considerare proprietățile geotehnice ale solului (deformația și rezistența pasivă). Acest calculator efectuează o analiză simplificată a corpului rigid, fiind ideală pentru proiectare preliminară, uz casnic și evaluarea rapidă a influenței dimensiunilor.

Ce factor influențează cel mai mult stabilitatea la răsturnare?

Cea mai eficientă metodă de a crește stabilitatea unei structuri este lărgirea bazei fundației pe partea opusă forței, deoarece aceasta mărește liniar brațul forțelor de stabilitate. De asemenea, creșterea greutății fundației și adâncimea de fundare au un impact pozitiv. În schimb, creșterea înălțimii de aplicare a forței laterale sau a suprafeței expuse scade drastic stabilitatea prin mărirea brațului momentului de răsturnare.