Chuyển đổi đơn vị kỹ thuật - Tài liệu kết cấu

Đơn vị nhất quán là nền tảng của mọi tính toán kết cấu - một lỗi đơn vị duy nhất biến một thiết kế an toàn thành nguy hiểm. Tài liệu này trình bày hệ SI dùng xuyên suốt công việc Eurocode, các đơn vị dẫn xuất cho các đại lượng kỹ sư xử lý hằng ngày, và các chuyển đổi cùng cạm bẫy phổ biến mà Tool giúp bạn tránh.

Đơn vị cơ bản và dẫn xuất SI

Hệ SI được xây trên bảy đơn vị cơ bản; công việc kết cấu dùng ba trong số đó - mét (m), kilôgam (kg) và giây (s) - và một tập đơn vị dẫn xuất được hình thành từ chúng. Lực là cái then chốt: theo định luật hai của Newton, một newton là lực gia tốc một kilôgam ở một mét trên giây bình phương:

Lực - newton, kilônewton và kgf

Tải trọng kết cấu thường tính bằng kilônewton (kN). Nhầm lẫn thường gặp là kilôgam-lựccũ (kgf, hoặc chỉ “kg” tải trong các bản vẽ cũ): một kilôgam-lực là trọng lượng của một kilôgam dưới trọng trường tiêu chuẩn, nên nó không phải một kilôgam:

Xem một kgf như một newton (hoặc một tấn-lực như một kN) đánh giá thấp tải một hệ số khoảng 9,81 - một sai lầm kinh điển và nguy hiểm khi đọc các tài liệu cũ hoặc đơn vị trộn lẫn.

Áp suất và ứng suất - đẳng thức MPa = N/mm²

Áp suất và ứng suất dùng chung đơn vị. Đẳng thức hữu ích nhất trong đơn vị kết cấu là một megapascal bằng một newton trên milimet vuông - vì một triệu trong “mega” triệt tiêu chính xác một triệu trong (1000 mm)²:

Vậy một cấp bê tông C30/37 ($f_{ck} = 30$ MPa) là 30 N/mm², và một giới hạn chảy thép 355 MPa là 355 N/mm². Các đơn vị áp suất khác vẫn xuất hiện: 1 bar = 100 kPa, 1 atm ≈ 101,3 kPa, và 1 psi ≈ 6,895 kPa.

Mô men, diện tích và đặc trưng tiết diện

Mô men uốn là lực nhân khoảng cách - kN·m trong thiết kế. Đặc trưng tiết diện mang lũy thừa của chiều dài, nên cần cẩn thận đơn vị:

Các bảng tiết diện liệt kê $I$ bằng cm⁴ và $W$ bằng cm³, nhưng các công thức khả năng cần đơn vị nhất quán - chuyển sang N và mm (hoặc kN và m) xuyên suốt một tính toán và không bao giờ trộn lẫn.

Làm việc an toàn với đơn vị

• Chọn một hệ nhất quán cho một tính toán - hầu hết công việc Eurocode dùng N và mm (để ứng suất ra trực tiếp bằng MPa) hoặc kN và m.
• Mang đơn vị qua mọi bước; nếu đơn vị của kết quả sai, phép tính sai.
• Chú ý các cạm bẫy kgf/tấn-lực trong các tài liệu cũ hoặc phi SI - nhân với ~9,81 để ra newton.
• Nhớ MPa = N/mm² và kPa = kN/m² - hai đẳng thức loại bỏ hầu hết nhầm lẫn áp suất/ứng suất.

Tool xử lý chiều dài, diện tích, thể tích, lực, áp suất/ứng suất, mô men, tải phân bố và khối lượng riêng trên các đơn vị SI và imperial, nên bạn có thể di chuyển giữa các hệ mà không bị lỗi tính toán.