تعریف خط تأثیر در عمران

«خط تأثیر» (Influence Line)، نموداری است که تأثیر مولفه های بارگذاری در یک نقطه مشخص از سازه را هنگام اعمال بارهای زنده یا متحرک نمایش می دهد.

هنگام بررسی بار مرده (وزن سازه)، پیش بینی عکس العمل عضوهای سازه در نقاط مختلف نسبتا ساده است؛ زیر مقدار بارهای مرده ثابت است و با گذشت زمان تغییر نمی کند.

در طرف مقابل، شرایط برای بارهای زنده نظیر وزن انسان یا خودرو (اجسام متحرک) متفاوت است؛ چراکه مقدار این بارها در طول زمان تغییر می کند.

از این رو، بررسی و پیش بینی عکس العمل های بحرانی نقاط مختلف عضوهای سازه، میزان تمرکز تنش و نحوه توزیع بارها در هنگام اعمال بارهای زنده، نسبتا پیچیده و دشوار می شود.

در نتیجه باید از یک روش مطمئن برای پیش بینی شرایط بارگذاری در نقاط مختلف سازه استفاده کرد.

عبور کامیون از روی پل:
عبور کامیون از روی پل، نمونه ای از بارگذاری متحرک است. بررسی تأثیر این بارگذاری در هر نقطه از پل، توسط خط تأثیر نیروی برشی، لنگر خمشی یا عکس العمل برای آن نقطه انجام می گیرد.

خط تأثیر، مولفه های بارگذاری نظیر نیروی برشی، لنگر خمشی یا عکس العمل در یک نقطه مورد بررسی از عضوهای باربر سازه مانند تیر و خرپا را نمایش می دهد. ترسیم این نمودار به طراح کمک می کند تا محل قرار دادن بار زنده برای محاسبه حداکثر نیروی برشی یا لنگر خمشی تیر را به دست آورد.

توجه داشته باشید که نمودار خط تأثیر برای تعیین تغییر شکل و نیروهای محوری اعمال شده بر تیر نیز قابل استفاده است.

کاربرد خط تأثیر در تحلیل سازه چیست؟
خطوط تأثیر، ابزاری هستند که برای طراحی تیرها و خرپاها در سازه هایی نظیر پل، جرثقیل سقفی، نوار نقاله، شاه تیر کف ساختمان و دیگر سازه های تحت تأثیر بارهای متحرک (در راستای دهانه شان) مورد استفاده قرار می گیرند.

این خطوط، محل ایجاد عکس العمل حداکثری با توجه به پارامتر مورد تحلیل (نیروی برشی، لنگر خمشی، عکس العمل، نیروی محوری، تغییر شکل و غیره) را نمایش می دهند.

خطوط تأثیر علاوه بر تعیین حداکثر تأثیر بار متحرک در هر نقطه، برای محاسبه حداکثر تأثیر بار متحرک در نقطه بحرانی (ماکسیمم مطلق) نیز کاربرد دارند.

انواع خط تأثیر در تحلیل سازه:
انواع خطوط تأثیر به پارامتر مورد بررسی (نیروی برشی، لنگر خمشی، عکس العمل، نیروی محوری، تغییر شکل) و روش ترسیم (تقریبی یا دقیق) بستگی دارد.

در اغلب موارد، یک بار واحد متمرکز به منظور ترسیم این خطوط مورد استفاده قرار می گیرد. به همین دلیل، اکثر خطوط تأثیر، مقیاسی از خطوط تأثیر واقعی را نمایش می دهند.

اگرچه، این خطوط، اسکالر و افزایشی هستند. به عبارت دیگر، امکان استفاده از خط تأثیر برای تحلیل تأثیر بارهای غیر واحد و چندین بار وجود دارد.

به منظور تعیین تأثیر بارهای غیر واحد، نتایج به دست آمده از خطوط تأثیر در بارهای واقعی ضرب می شوند. به این ترتیب، تمام طول این خطوط یا فقط مقادیر حداکثری و حداقلی آن ها را می توان به مقیاس واقعی تبدیل کرد.

مقادیر حداکثری و حداقلی خطوط تأثیر، اعداد مهمی هستند که برای طراحی تیر یا خرپا مورد استفاده قرار می گیرند.

تفاوت خط تأثیر با نمودارهای نیروی برشی و گشتاور خمشی چیست؟
خط تأثیر، اثر بار متحرک بر روی یک نقطه مشخص از دهانه سازه را نمایش می دهد. در صورتی که نمودارهای نیروی برشی و گشتاور خمشی، ابزاری برای نمایش تأثیر بار مرده (بار ثابت) بر روی تمام نقاط در دهانه عضو باربر هستند.

حداکثر تأثیر بار متحرک بر سازه چگونه محاسبه می شود؟
هنگامی که خطوط تأثیر عکس العمل، نیروی برشی و لنگر خمشی برای یک نقطه از سازه رسم شدند، حداکثر تأثیر نیروی متمرکز متحرک با ضرب بیشترین ارتفاع خط تأثیر در مقدار نیرو محاسبه می شود.

مفاهیم مبحث خط تأثیر ارتباط بسیار نزدیکی با اصول استاتیک سازه، به خصوص قضیه کار مجازی دارند. این مفاهیم در مقطع کارشناسی طی درسی با عنوان استاتیک آموزش داده می شوند.

استاتیک، از مهم ترین دروس پایه ای و تخصصی رشته مهندسی عمران، مکانیک، معدن و هوافضا است که یادگیری مناسب آن می تواند درک مباحث پیشرفته تر این رشته ها را آسان کند.