Che cos'è la piegatura del raggio?
Nell'ingegneria civile, la curvatura del raggio si riferisce al comportamento di alcuni elementi strutturali in un progetto fisico. Un elemento può essere considerato un raggio se è solido e omogeneo e la sua lunghezza è molte volte la sua altezza o larghezza. La funzione principale del raggio è di resistere alla flessione; questo è in contrasto con gli elementi strutturali che resistono principalmente a tensioni, compressioni o sollecitazioni di taglio. Le proprietà strutturali di una trave in flessione sono determinate dalle sue dimensioni, materiali e forma in sezione.
Un semplice esempio di curvatura del raggio è un ponte con un'auto su di esso. I ponti hanno spesso strade di cemento sopra di essi, ma il cemento è generalmente solo forte nella compressione. Un lungo ponte, tuttavia, tenderà ad incurvarsi nel mezzo dove non c'è terreno per sostenerlo. Questo cedimento avrà la forma di un arco circolare e si verifica a causa del modo in cui le sollecitazioni interne sono distribuite nella flessione del raggio. Per resistere a questa flessione, una trave metallica più forte viene solitamente posizionata sotto una superficie stradale.
L'equazione più importante nella flessione del fascio è l'equazione del fascio di Eulero-Bernoulli. Questa equazione mette in relazione la deflessione del raggio con forze applicate, caratteristiche della sezione trasversale e proprietà del materiale del raggio. La quantità di flessione nella flessione del raggio può essere ridotta riducendo le forze applicate nette, rimodellando la sezione trasversale del raggio e usando un materiale più forte.
In una trave orizzontale a cui vengono applicate forze verso il basso, la parte superiore della trave entrerà effettivamente in compressione mentre la parte inferiore andrà in tensione. In effetti, più materiale è in basso, più tensione sperimenterà. Si scopre che, per una determinata quantità di materiale totale, rinforzare le regioni inferiore e superiore della sezione trasversale è il modo migliore per rendere più forte il raggio. Pertanto, gli ingegneri progettano travi con materiale concentrato verso la parte inferiore e superiore della sezione trasversale.
Questo è il principio alla base del disegno delle travi a I, o travi con sezioni trasversali che ricordano la lettera "I." È costoso produrre e trasportare travi con molta massa, quindi è importante ridurre al minimo la quantità di materiale utilizzato. Nella sezione trasversale di una trave a I, c'è solo materiale sufficiente ad altezze intermedie per tenere insieme la trave come un pezzo solido. Il resto del materiale è concentrato nella parte inferiore e superiore della sezione trasversale, conferendo al raggio un'alta resistenza alla flessione. La resistenza di un raggio alla flessione si chiama rigidità.