Wat is Beam Bending?
In de civiele techniek verwijst balkbuigen naar het gedrag van bepaalde structurele elementen in een fysiek ontwerp. Een element kan als een balk worden beschouwd als het massief en homogeen is en zijn lengte vele malen zijn hoogte of breedte is. De primaire functie van de balk is buigen te weerstaan; dit staat in tegenstelling tot structurele elementen die primair weerstand bieden aan spanning, compressie of schuifspanningen. De structurele eigenschappen van een balk in buiging worden bepaald door zijn afmetingen, materialen en dwarsdoorsnedevorm.
Een eenvoudig voorbeeld van balkbuigen is een brug met een auto erop. Bruggen hebben vaak betonnen wegen bovenop, maar beton is over het algemeen alleen sterk in compressie. Een lange brug zal echter de neiging hebben om in het midden door te hangen waar geen grond is om deze te ondersteunen. Dit doorzakken heeft de vorm van een cirkelboog en treedt op vanwege de manier waarop interne spanningen worden verdeeld in balkbuigen. Om deze buiging te weerstaan, wordt meestal een sterkere metalen balk onder een wegdek geplaatst.
De belangrijkste vergelijking bij bundelbuigen is de bundelvergelijking Euler-Bernoulli. Deze vergelijking heeft betrekking op de afbuiging van de balk op uitgeoefende krachten, dwarsdoorsnedekarakteristieken en materiaaleigenschappen van de balk. De hoeveelheid doorbuiging bij het buigen van de balk kan worden verminderd door de netto uitgeoefende krachten te verminderen, de dwarsdoorsnede van de balk te hervormen en een sterker materiaal te gebruiken.
In een horizontale balk met daarop neerwaartse krachten, zal het bovenste gedeelte van de balk in compressie gaan, terwijl het onderste gedeelte onder spanning komt te staan. Hoe verder naar beneden materiaal is, hoe meer spanning het zal ervaren. Het blijkt dat voor een bepaalde hoeveelheid totaal materiaal het versterken van de onderste en bovenste gebieden van de dwarsdoorsnede de beste manier is om de balk sterker te maken. Daarom ontwerpen ingenieurs balken met materiaal geconcentreerd in de richting van de onderste en bovenste gebieden van de dwarsdoorsnede.
Dit is het principe achter het ontwerp van I-balken, of balken met dwarsdoorsneden die lijken op de letter "I." Het is duur om balken met veel massa te produceren en te vervoeren, dus het is belangrijk om de hoeveelheid gebruikt materiaal te minimaliseren. In de dwarsdoorsnede van een I-balk is er slechts voldoende materiaal op tussenliggende hoogten om de balk als een massief stuk samen te houden. De rest van het materiaal is geconcentreerd aan de onderkant en bovenkant van de dwarsdoorsnede, waardoor de balk een hoge weerstand heeft tegen buigen. De buigweerstand van een balk wordt zijn stijfheid genoemd.