Was ist Strahlbiegen?
Im Tiefbau bezieht sich Balkenbiegen auf das Verhalten bestimmter Strukturelemente in einer physikalischen Konstruktion. Ein Element kann als Balken betrachtet werden, wenn es fest und homogen ist und seine Länge ein Vielfaches seiner Höhe oder Breite beträgt. Die Hauptfunktion des Trägers besteht darin, dem Biegen zu widerstehen. Dies steht im Gegensatz zu Strukturelementen, die in erster Linie Zug-, Druck- oder Scherbeanspruchungen standhalten. Die strukturellen Eigenschaften eines Trägers beim Biegen werden durch seine Abmessungen, Werkstoffe und Querschnittsform bestimmt.
Ein einfaches Beispiel für das Biegen eines Balkens ist eine Brücke mit einem Auto. Brücken haben oft Betonstraßen, aber Beton ist im Allgemeinen nur stark in der Kompression. Eine lange Brücke neigt jedoch dazu, in der Mitte abzusacken, wo es keinen Grund gibt, um sie zu stützen. Dieses Durchhängen hat die Form eines Kreisbogens und tritt auf, weil sich die inneren Spannungen beim Biegen des Trägers verteilen. Um dieser Biegung zu widerstehen, wird normalerweise ein stärkerer Metallträger unter eine Straßenoberfläche gelegt.
Die wichtigste Gleichung bei der Strahlbiegung ist die Euler-Bernoulli-Strahlgleichung. Diese Gleichung bezieht die Durchbiegung des Trägers auf die angewendeten Kräfte, die Querschnittseigenschaften und die Materialeigenschaften des Trägers. Das Ausmaß der Durchbiegung beim Biegen des Trägers kann verringert werden, indem die aufgebrachten Nettokräfte verringert, der Querschnitt des Trägers umgeformt und ein stärkeres Material verwendet wird.
Bei einem horizontalen Balken mit nach unten gerichteten Kräften wird der obere Teil des Balkens komprimiert, während der untere Teil gespannt wird. In der Tat, je weiter unten das Material ist, desto mehr Spannung wird es erfahren. Es stellt sich heraus, dass für eine bestimmte Menge an Gesamtmaterial die Verstärkung der unteren und oberen Bereiche des Querschnitts der beste Weg ist, um den Balken stärker zu machen. Daher konstruieren die Ingenieure Balken mit Material, das auf den unteren und oberen Bereich des Querschnitts konzentriert ist.
Dies ist das Prinzip hinter der Gestaltung von I-Trägern oder Trägern mit Querschnitten, die dem Buchstaben "I" ähneln. Die Herstellung und der Transport von Trägern mit viel Masse sind teuer, daher ist es wichtig, den Materialeinsatz so gering wie möglich zu halten. Im Querschnitt eines I-Trägers befindet sich nur genügend Material in Zwischenhöhen, um den Träger als festes Stück zusammenzuhalten. Der Rest des Materials konzentriert sich auf den Boden und die Oberseite des Querschnitts, wodurch der Balken eine hohe Biegefestigkeit aufweist. Die Biegefestigkeit eines Trägers wird als Steifigkeit bezeichnet.