kuormitusvoimien

Kuormitusvoimat ovat voimia, jotka vaikuttavat rakenteisiin tai kappaleisiin ja aiheuttavat jännityksiä sekä muodonmuutoksia. Ne voivat olla ulkoisia tai sisäisiä sekä pysyviä että dynaamisia. Ulkoisia kuormitusvoimia ovat esimerkiksi gravitaatioon perustuva oma paino, tuuli, lumi, veden paine ja liikenne. Sisäisiä voimia syntyy rakenteen omasta massasta sekä lämpötilavaihteluista aiheutuvista laajenemis- tai supistumismuutoksista.

Dynaamiset kuormitusvoimat ovat ajallisesti vaihtelevia tai iskumaisten vaikutusten kaltaisia, kuten tärinät, liikenteen aiheuttamat kuormat sekä lyhytaikaiset iskut. Staattiset kuormitusvoimat pysyvät pitkään samanlaisina, esimerkiksi rakennuksen oma massa ja kiinnittyvän rakenteen pysyvä kuorma. Lämpötilavaihtelut voivat tuottaa sekä termisiä että mekaanisia jännityksiä.

Suunnittelussa kuormitusvoimat käsitellään kuormitusyhdistelmien avulla: yksittäisiä vaikutuksia yhdistellään erilaisten käyttötilanteiden mukaan, jolloin lasketaan suunnittelun kannalta varmuudet ja jännitysten ääripäät. Eurooppalaiset standardit, kuten Eurocodes (EN 1990 ja sen osat, kuten EN 1991-1-1, EN 1991-1-3, EN 1991-1-4), antavat ohjeet kuormitusyhdistelmille sekä maantieteellisen sijainnin ja rakennetyypin huomioimiselle.

Arviointi voidaan tehdä sekä laskennallisesti että mittauksin. Laskennassa käytetään voima- ja momenttitasapainon ratkaisuja sekä rakenteen jännitys- ja muodonmuutosarvojen laskentaa. Mittauksissa voidaan hyödyntää kuormitusantureita ja muita mittausmenetelmiä sekä tietokonesimulointeja, kuten finite element -menetelmiä, jotka täydentävät arvioita.

Sovellukset kattavat rakennukset, sillat, koneet sekä biomekaniikassa kuormitusvoimat selittävät kudosten ja elinten vasteita.