Co je tuhost paprsku?
Ve stavebním inženýrství je tuhost paprsku schopnost paprsku odolávat výchylce nebo ohybu při použití ohybového momentu. Ohybový moment nastane, když je síla aplikována někde uprostřed paprsku fixovaného na jednom nebo obou koncích. K tomu také dojde, pokud je na paprsek aplikován točivý moment, i když je to v běžných aplikacích méně běžné. Tuhost paprsku je ovlivněna jak materiálem paprsku, tak tvarem průřezu paprsku.
Motivace pro návrh paprsku, který odolává výchylce, se snadno ocení v případě mostu. Například beton je skvělý pro svou pevnost v tlaku, ale most vyrobený pouze z betonu by byl špatnou volbou. Beton není silný, když je ohnutý; most vyrobený z betonu se uprostřed gravitací prověší a pravděpodobně se rozpadne. Most by mohl být mnohem silnější, kdyby měl nějaký základ nebo kostru, aby ho příliš nezklonil.
Tuhost paprsku lze vypočítat pomocí dvou faktorů. Prvním faktorem je modul pružnosti . Toto je vlastnost materiálu, která souvisí s tendencí materiálu deformovat se nebo se natáhnout, když je aplikováno napětí. Pokud je paprsek vyroben z nerezové oceli, bude mít vyšší modul pružnosti než řekněme hliník. Je tomu tak proto, že pokud jsou stejné síly aplikovány na stejný tvar oceli i hliníku, ocelový předmět by se deformoval méně. I když se kovy ve srovnání s gumičkami příliš nedeformují, chovají se stejným způsobem; úměrně se protahují tím, jak silně na ně tahá síla. Trámec vyrobený z materiálu s vysokým modulem pružnosti bude mít vysokou tuhost paprsku, takže bude méně pravděpodobné, že se ohne.
Dalším faktorem v tuhosti paprsku je moment setrvačnosti průřezu paprsku. To souvisí s vertikálním rozložením materiálu blízko středu paprsku nebo od něj. Často používaný design paprsku ve stavebnictví s velkým setrvačným momentem je I-paprsek. Jmenuje se I-paprsek kvůli svému průřezu, který má tvar písmene „I“. Tento tvar zaostřuje velkou část materiálu směrem ke spodní a horní části průřezu, přičemž ve středních oblastech je pouze dostatek materiálu pro spojení vnějších částí. Důvodem tohoto tvaru je to, že maximalizuje moment setrvačnosti plochy pro dané množství materiálu. Nejběžnějším materiálem používaným v I-paprskech je ocel, která poskytuje vysoký modul pružnosti. Tyto dvě vlastnosti paprsku I mu dodávají velmi vysokou tuhost paprsku.