ビーム曲げとは

土木工学では、ビーム曲げとは、物理設計における特定の構造要素の動作を指します。 要素が中実で均質で、長さが高さまたは幅の何倍もある場合、要素は梁と見なすことができます。 ビームの主な機能は、曲げに抵抗することです。 これは、主に張力、圧縮またはせん断応力に抵抗する構造要素とは対照的です。 曲げにおける梁の構造的特性は、その寸法、材料、断面形状によって決まります。

ビーム曲げの簡単な例は、車が乗っている橋です。 橋の上部にはしばしばコンクリートの道路がありますが、コンクリートは一般的に圧縮力が強いだけです。 ただし、長い橋は、それを支える地面がない中央でたるむ傾向があります。 このたるみは円弧状になり、梁の曲げで内部応力が分散されるために発生します。 この曲がりに抵抗するために、通常、より強い金属ビームが路面の下に置かれます。

ビーム曲げで最も重要な方程式は、オイラー-ベルヌーイビーム方程式です。 この方程式は、ビームのたわみを、ビームの加えられた力、断面特性、および材料特性に関連付けます。 ビームの曲げのたわみの量は、正味の印加力を減らし、ビームの断面を再形成し、より強い材料を使用することで減らすことができます。

下向きの力が加えられた水平梁では、梁の上部が実際に圧縮され、下部が張力を受けます。 実際、ダウンマテリアルが遠いほど、より多くの緊張が発生します。 材料全体の所定量に対して、断面の下部と上部を強化することが、ビームをより強くするための最良の方法であることがわかります。 したがって、エンジニアは、断面の下部と上部に材料が集中する梁を設計します。

これが、Iビーム、または文字「I」に似た断面を持つビームの設計の背後にある原理です。 大量のビームを生成して輸送するには費用がかかるため、使用する材料の量を最小限に抑えることが重要です。 Iビームの断面では、中​​間の高さに十分な材料のみがあり、ビームを堅固なピースとして保持します。 材料の残りの部分は断面の下部と上部に集中しており、ビームに曲げに対する高い抵抗力を与えます。 ビームの曲げに対する抵抗は、その剛性と呼ばれます。