¿Qué es el cálculo del haz?
El cálculo del haz es la medición de la tensión y la desviación de un haz estructural cuando se aplica una carga dada. Muchos factores contribuyen a la capacidad de un haz para resistir la flexión, como las características del haz, la carga y los soportes. Calcular el desplazamiento de carga de un solo haz utilizando la ecuación del haz Euler-Bernoulli es sencillo, pero en la mayoría de las aplicaciones prácticas, se utiliza el software del haz. Los cálculos del haz se utilizan para garantizar la seguridad y evitar la construcción excesiva en una variedad de disciplinas, como la construcción y la aeronáutica.
Es necesario calcular la capacidad de carga del haz para construir estructuras con los materiales más ligeros y económicos al tiempo que cumple con los requisitos de seguridad y manteniendo la calidad estética de la estructura. Toda la disciplina de la ingeniería estructural se dedica a este análisis y diseño, asegurando que los techos no colapsen bajo el peso de la nieve, que los estacionamientos subterráneos son seguros cuando el tráfico se impulsaLa cabeza y los rascacielos construidos a lo largo de las fallas cumplen con los requisitos de seguridad de los terremotos. El cálculo del haz también tiene sus aplicaciones en ingeniería mecánica, al probar la resistencia de carga de las partes individuales de una máquina, como la carga que un ala de avión puede soportar antes de desarrollar tensiones potencialmente peligrosas. Finalmente, los arquitectos deben considerar la deformación del haz al construir y renovar casas con construcción de postes y haz y al considerar el impacto visual de los pisos, techos y balcones caídos.
Uno de los factores más importantes al calcular la capacidad de carga de la carga de un haz es la elección de los materiales. Típicamente, las vigas están hechas de madera, acero, concreto reforzado o aluminio. Cada material tiene una tendencia diferente a deformarse elásticamente, llamado módulo de elasticidad, que se refiere a la capacidad del material para volver a surgir. En su punto de rendimiento, el MAterial se deformará plásticamente, manteniendo la deformación después de eliminar la fuerza aplicada.
La forma de sección transversal del haz es la segunda característica que se considera en el cálculo del haz. Las vigas pueden ser rectangulares, redondas o huecas, además de tener muchos tipos de flanqueantes, como vigas I, vigas Z o vigas T. Cada forma tiene un momento diferente de inercia, también conocido como segundo momento de área, que predice la rigidez de un haz.
La fuerza por unidad de longitud es otro parámetro utilizado en el cálculo del haz, y depende del tipo de carga. Las cargas muertas simplemente son el peso de la estructura, y las cargas impuestas o vivas son las fuerzas a las que la estructura estará expuesta intermitentemente, como la nieve, el tráfico o el viento. La mayoría de las cargas son estáticas, pero se debe prestar especial atención a cargas dinámicas, terremotos, olas y huracanes, que aplican repetidamente la fuerza para una duración prolongada. Se puede distribuir una carga, típicamente uniforme o asimétrica, sUch como nevadas o un montón de tierra. También puede concentrarse en un punto, centralmente o en varios intervalos.
Las condiciones de contorno para el cálculo del haz dependen del tipo de soporte del haz. Un haz podría simplemente apoyarse en ambos extremos, como una viga de piso entre dos paredes de carga. Puede ser en voladizo o admitido en un extremo, como un balcón o ala de avión. Las condiciones de contorno se aplican a todos los puntos a lo largo de la longitud del haz.
La relación entre la deflexión de un haz y una carga estática se describe mediante la ecuación de haz Euler-Bernoulli. Otra ecuación, la ecuación del haz Euler-Lagrange, describe esta relación para una carga dinámica, pero debido a la complejidad de su aplicación, se utilizan las aproximaciones estáticas. Se puede derivar la deflexión, los momentos de flexión y la fuerza de corte de un haz dado una carga aplicada. En un entorno práctico, los gráficos de carga se utilizan para resumir esta información, y enumeran materiales comunes que cumplen con la seguridad Requivalentes para una carga conocida. Para aplicaciones más complicadas, las calculadoras de haz están fácilmente disponibles en los sitios web de la compañía y como complementos para el software de diseño asistido por computadora (CAD).