Hvad er stråleberegning?
Bjælkeberegning er måling af spænding og afbøjning af en konstruktionsbjælke, når en given belastning påføres den. Mange faktorer bidrager til en bjælkens kapacitet til at modstå bøjning, såsom bjælkens egenskaber, belastningen og understøttelserne. Beregning af belastningsforskydningen af en enkelt stråle ved hjælp af Euler-Bernoulli-stråle ligningen er ligetil, men i de fleste praktiske anvendelser bruges strålsoftware. Beamberegninger bruges til at sikre sikkerhed og undgå overbygning i en række forskellige discipliner som konstruktion og luftfart.
Det er nødvendigt at beregne bjælkebelastningskapacitet for at konstruere strukturer med de letteste og billigste materialer, samtidig med at sikkerhedskravene og opretholdelsen af strukturens æstetiske kvalitet er opfyldt. Hele disciplinen inden for konstruktion er dedikeret til denne analyse og design, der sikrer, at tagene ikke falder sammen under vægten af sne, at underjordiske parkeringshus er sikre, når trafikken kører over hovedet, og at skyskrabere bygget langs fejllinjer opfylder kravene til jordskælvsikkerhed. Bjælkeberegning har også sine anvendelser inden for maskinteknik, når man tester belastningsmodstanden for individuelle dele af en maskine, såsom lasten, som en flyvinge kan modstå, inden der udvikles potentielt farlige spændinger. Endelig skal arkitekter overveje stråledeformering, når de bygger og renoverer huse med stolpe- og bjælkekonstruktion, og når de overvejer den visuelle indvirkning af saggulve, tag og balkoner.
En af de vigtigste faktorer, når man beregner bjælkens bæreevne, er materialevalget. Typisk er bjælker lavet af træ, stål, armeret beton eller aluminium. Hvert materiale har en anden tendens til at deformere elastisk, kaldet elasticitetsmodulet, som henviser til materialets evne til at springe tilbage på plads. Ved dets udbyttepunkt deformeres materialet plastisk, idet deformationen opretholdes, efter at den påførte kraft er fjernet.
Tværsnitsformen af bjælken er den anden egenskab, der tages i betragtning ved bjælkeberegningen. Bjælker kan være rektangulære, runde eller hule samt have mange typer flankering, såsom I-bjælker, Z-bjælker eller T-bjælker. Hver form har et andet inertimoment, ellers kendt som det andet øjeblik i området, der forudsiger en bjælkes stivhed.
Kraften pr. Enhedens længde er en anden parameter, der bruges i bjælkeberegning, og den er afhængig af belastningstypen. Døde belastninger er simpelthen strukturens vægt, og pålagte eller levende belastninger er de kræfter, som strukturen vil blive udsat for med mellemrum, såsom sne, trafik eller vind. De fleste belastninger er statiske, men man skal være særlig opmærksom på dynamiske belastninger, jordskælv, bølger og orkaner, som gentagne gange udøver kraft i en længere varighed. En belastning kan være fordelt, typisk ensartet eller asymmetrisk, såsom snefald eller en bunke med snavs. Det kan også være koncentreret på et punkt, centralt eller med forskellige intervaller.
Grænsevilkårene for bjælkeberegning afhænger af strålestøttetypen. En bjælke kan simpelthen understøttes i begge ender, ligesom en gulvbjælke mellem to bærende vægge. Det kan være udkraget eller understøttet i den ene ende, ligesom en balkon eller flyvinge. Grænsevilkårene gælder for alle punkter langs bjælkens længde.
Forholdet mellem en bjælkens udbøjning og en statisk belastning er beskrevet af Euler-Bernoulli-bjælkeligningen. En anden ligning, Euler-Lagrange-strålingsligningen, beskriver dette forhold for en dynamisk belastning, men på grund af kompleksiteten af dens anvendelse anvendes der typisk statiske tilnærmelser. Afbøjningen, bøjningsmomenterne og forskydningskraften for en bjælke, der er givet en påført belastning, kan afledes. I en praktisk indstilling bruges lastdiagrammer til at opsummere disse oplysninger, og de viser almindelige materialer, der opfylder sikkerhedskravene for en kendt belastning. For mere komplicerede applikationer er strålekalkulatorer let tilgængelige på virksomhedens websteder og som tilføjelser til computerassisteret design (CAD) -software.