Hvad er bjælkestivhed?

I konstruktionsteknologi er bjælkens stivhed en bjælkes evne til at modstå afbøjning eller bøjning, når der anvendes et bøjningsmoment. Et bøjningsmoment resulterer, når en kraft påføres et sted midt i en bjælke, der er fastgjort i den ene eller begge ender. Det vil også forekomme, hvis der påføres et drejningsmoment på bjælken, skønt dette er mindre almindeligt i den virkelige verden. Bjælkens stivhed påvirkes af både materiale fra bjælken og formen af ​​bjælkens tværsnit.

Motivationen til at designe en bjælke, der modstår afbøjning er let at værdsætte i tilfælde af en bro. For eksempel er beton stor for dens trykstyrke, men en bro, der udelukkende er fremstillet af beton, ville være et dårligt valg. Beton er ikke stærk, når den er bøjet; en bro lavet af beton vil falde i midten på grund af tyngdekraften og vil sandsynligvis falde fra hinanden. Broen kunne være meget stærkere, hvis den havde en eller anden form for fundament eller skelet til at forhindre, at den afbøjes i midten for meget.

Strålebjælken kan beregnes ved hjælp af to faktorer. Den første faktor er den elastiske modul . Dette er en materiel egenskab, der relaterer til materialets tendens til at deformere eller strække sig ud, når der påføres stress. Hvis bjælken er lavet af rustfrit stål, vil den have en højere elastisk modul end f.eks. Aluminium. Dette skyldes, at hvis de samme kræfter påføres den samme form af både stål og aluminium, ville stålgenstanden deformeres mindre. Selvom metaller ikke deformeres meget sammenlignet med gummibånd, opfører de sig på samme måde; de strækker sig proportionalt med hvor hårdt en styrke trækker dem. Så en bjælke lavet af et materiale med en høj elastisk modul vil have en stor bjælkestivhed, hvilket gør det mindre tilbøjeligt at bøje.

Den anden faktor i bjælkens stivhed er treghedsmomentet i bjælkens tværsnit. Dette har at gøre med den lodrette fordeling af materiale tæt på eller væk fra bjælkens centrum. En ofte anvendt stråledesign inden for anlægsvirksomhed med et inertimoment med stort område er I-bjælken. Det kaldes jeg-bjælken på grund af dets tværsnit, der er formet som bogstavet 'jeg'. Denne form fokuserer meget af materialet mod bunden og toppen af ​​tværsnittet med kun nok materiale i de centrale områder til at forbinde de ydre dele. Årsagen til denne form er, at den maksimerer treghetsmomentet for en given mængde materiale. Det mest almindelige materiale, der bruges i I-bjælker, er stål, der giver en høj elastisk modul. Disse to egenskaber ved I-bjælken giver den en meget høj bjælke-stivhed.