Wat is een betonnen balk?
In de bouwtechniek is een betonnen balk een dragende eenheid die kan worden gebruikt om zowel horizontale als verticale lasten te dragen. Bekend als balken van gewapend beton of balken van gewapend beton (RCC), worden deze balken gemaakt door stalen staven, platen of vezels in het beton te omhullen. Een dergelijke staalversterking verhoogt de balksterkte en maakt het mogelijk dat de balk trekspanningen aankan en weerstand biedt aan buigen. Zonder de stalen wapening zou de betonnen balk bros zijn en breken onder de belastingen die erop worden uitgeoefend.
De thermische uitzettingscoëfficiënt van beton en staal is vergelijkbaar. Deze overeenkomst zorgt ervoor dat er weinig of geen interne spanningen worden veroorzaakt door de thermische uitzetting en thermische samentrekkingsverschillen tussen de twee materialen. Dergelijke verschillen kunnen anders de betonnen balk hebben verzwakt. Een andere factor die verdere efficiënte spanningsoverdracht tussen het staal en beton mogelijk maakt, is dat wanneer het natte cement dat op het staal wordt aangebracht, droogt, het oppervlak exact overeenkomt met dat van het staaloppervlak. Om het staal en de betonnen verbinding beter te maken, is het staal meestal gegolfd of geruwd.
Het omhullen van het staal met beton beschermt het tegen het weer en voorkomt dat het staal corrodeert. Als het staal zou roesten, zou het uitzetten en barsten en scheiden van de betonnen omhulling. Dit zou de balkconstructie opnieuw verzwakken.
Betonnen balken worden veel gebruikt in de hedendaagse bouw en bij de bouw van snelwegbruggen. Het is gebruikelijk om voorgespannen betonnen balken te gebruiken voor bruggen. Deze balken worden gemaakt door stalen pezen van hoge sterkte uit te rekken, het beton eromheen te gieten en vervolgens de pezen los te laten wanneer het beton begint uit te harden. Rechthoekige dwarsdoorsneden en universele balkdoorsneden worden vaak gebruikt in de constructie van stalen frames. De universele balk wordt ook wel de I-balk, de brede flensbalk of de universele kolom genoemd.
Verschillende wiskundige methoden, berekend met een computerprogramma van de straalcalculator, worden gebruikt om de interne en externe betonstraalkrachten en de straalafbuigingen te bepalen. Straalkrachten worden bepaald door de directe stijfheid of verplaatsingsmethode, de momentverdelingsmethode en de flexibiliteitsmethode. Bundelafbuigingen worden bepaald door de hellingafbuigingsmethode en de virtuele werkmethode. De Euler-Bernoulli-bundelvergelijking wordt vaak gebruikt om de balkanalyse van bundelstructuren uit te voeren.
Voor een constructie om structureel gezond te zijn, is het belangrijk voor ingenieurs om te berekenen hoeveel belasting een betonnen balk veilig kan dragen en de soorten krachten die erop worden uitgeoefend. Bundelafbuigingen worden ook gezocht om redenen van structurele veiligheid, zoals bij het verminderen van balkcontact met bouwmaterialen die bros kunnen zijn. De straalafbuigingen kunnen ook worden uitgevoerd om de architectuur een esthetisch aantrekkelijker uiterlijk te geven; bijvoorbeeld om ervoor te zorgen dat de balken niet doorzakken.