ビーム剛性とは何ですか？

構造工学では、ビーム剛性は、曲げモーメントが適用されたときに、たわみや曲げに抵抗するビームの能力です。 曲げモーメントは、片方または両端に固定されたビームの中央のどこかに力が加えられると生じます。 トルクがビームに適用される場合にも発生しますが、実際のアプリケーションではあまり一般的ではありません。 ビーム剛性は、ビームの材料とビームの断面の形状の両方の影響を受けます。

たわみに抵抗するビームを設計する動機は、橋の場合には簡単に理解できます。たとえば、コンクリートは圧縮強度に最適ですが、コンクリートだけで作られた橋は選択肢が悪いでしょう。 コンクリートは曲がっているときは強くありません。コンクリートで作られた橋は、重力のために中央に落ち着き、おそらくバラバラになります。 橋は、ある種の基礎、またはスケルトンが真ん中で偏向しないようにするために、はるかに強くなる可能性があります。

ビーム剛性は、2つの要因を使用して計算できます。 最初の要因は、弾性率です。 これは、ストレスが適用されたときに、材料の変形または伸びの傾向に関連する材料特性です。 ビームがステンレス鋼で作られている場合、たとえばアルミニウムよりも高い弾性率があります。 これは、同じ力が鋼とアルミニウムの両方の同じ形状に適用されると、鋼物体の変形が少なくなるためです。 金属は輪ゴムと比較してあまり変形しませんが、同じように振る舞います。彼らは、力がそれらを引っ張る程度に比例して伸びます。 したがって、高い弾性弾性率を持つ材料から作られたビームは、高いビーム剛性を持ち、曲がる可能性が低くなります。

ビーム剛性のもう1つの要因は、ビームの断面積の慣性モーメント慣性モーメントです。 これは、CENに近いまたは遠く離れた材料の垂直分布に関係していますビームのター。 慣性の領域が高い土木工学の頻繁に使用されるビーム設計は、Iビームです。 「I」という文字のような形状の断面のため、I-Beamと呼ばれます。 この形状は、外側の部分を接続するのに十分な材料のみが断面の下部と上部に向かって材料の多くを焦点を合わせます。 この形状の理由は、与えられた量の材料の慣性モーメントの面積モーメントを最大化するからです。 Iビームで使用される最も一般的な材料はスチールで、高い弾性率を提供します。 i-beamのこれら2つの特性は、非常に高いビーム剛性を与えます。