Wat is straalberekening?
De balkberekening is de meting van de spanning en afbuiging van een constructiebalk wanneer een bepaalde belasting erop wordt uitgeoefend. Veel factoren dragen bij aan het vermogen van een balk om buiging te weerstaan, zoals karakteristieken van de balk, de belasting en de steunen. Het berekenen van de belastingverplaatsing van een enkele balk met behulp van de Euler-Bernoulli-bundelvergelijking is eenvoudig, maar in de meeste praktische toepassingen wordt bundelsoftware gebruikt. Straalberekeningen worden gebruikt om de veiligheid te waarborgen en overbouwen te voorkomen in verschillende disciplines, zoals constructie en luchtvaart.
Het is noodzakelijk om het draagvermogen van de balk te berekenen om constructies met de lichtste en goedkoopste materialen te construeren, terwijl aan de veiligheidseisen wordt voldaan en de esthetische kwaliteit van de structuur behouden blijft. De hele discipline van de bouwtechniek is gewijd aan deze analyse en dit ontwerp, om ervoor te zorgen dat daken niet instorten onder het gewicht van sneeuw, dat ondergrondse parkeergarages veilig zijn wanneer het verkeer naar boven rijdt en dat wolkenkrabbers gebouwd langs breuklijnen voldoen aan de veiligheidseisen voor aardbevingen. Bundelberekening heeft ook zijn toepassing in de machinebouw, bij het testen van de belastingsweerstand van afzonderlijke delen van een machine, zoals de belasting die een vliegtuigvleugel kan weerstaan voordat potentieel gevaarlijke spanningen worden ontwikkeld. Ten slotte moeten architecten rekening houden met de vervorming van de balken bij het bouwen en renoveren van huizen met paal- en balkconstructie en bij het overwegen van de visuele impact van doorhangende vloeren, daken en balkons.
Een van de belangrijkste factoren bij het berekenen van het draagvermogen van een balk is de materiaalkeuze. Gewoonlijk worden balken gemaakt van hout, staal, gewapend beton of aluminium. Elk materiaal heeft een verschillende neiging om elastisch te vervormen, de elasticiteitsmodulus genaamd, die verwijst naar het vermogen van het materiaal om terug te springen. Op het vloeipunt zal het materiaal plastisch vervormen, waardoor de vervorming behouden blijft nadat de uitgeoefende kracht is verwijderd.
De dwarsdoorsnedevorm van de balk is het tweede kenmerk dat bij de berekening van de balk wordt beschouwd. Balken kunnen rechthoekig, rond of hol zijn, maar kunnen ook vele soorten flanken hebben, zoals I-balken, Z-balken of T-balken. Elke vorm heeft een ander traagheidsmoment, ook wel bekend als tweede gebiedsmoment, dat de stijfheid van een balk voorspelt.
De kracht per lengte-eenheid is een andere parameter die wordt gebruikt bij de balkberekening en is afhankelijk van het belastingstype. Dode belastingen zijn eenvoudig het gewicht van de constructie en opgelegde of levende belastingen zijn de krachten waaraan de constructie met tussenpozen zal worden blootgesteld, zoals sneeuw, verkeer of wind. De meeste belastingen zijn statisch, maar bijzondere aandacht moet worden besteed aan dynamische belastingen, aardbevingen, golven en orkanen, die herhaaldelijk gedurende langere tijd kracht uitoefenen. Een lading kan worden verdeeld, meestal uniform of asymmetrisch, zoals sneeuwval of een hoop vuil. Het kan ook geconcentreerd zijn op een punt, centraal of op verschillende intervallen.
De randvoorwaarden voor balkberekening zijn afhankelijk van het balkondersteuningstype. Een balk kan eenvoudig worden ondersteund aan beide uiteinden, zoals een vloerbalk tussen twee dragende muren. Het kan vrijdragend zijn of aan één uiteinde worden ondersteund, zoals een balkon of vliegtuigvleugel. De randvoorwaarden zijn van toepassing op alle punten langs de lengte van de balk.
De relatie tussen de doorbuiging van een balk en een statische belasting wordt beschreven door de bundelvergelijking Euler-Bernoulli. Een andere vergelijking, de Euler-Lagrange-bundelvergelijking, beschrijft deze relatie voor een dynamische belasting, maar vanwege de complexiteit van de toepassing worden meestal statische benaderingen gebruikt. De afbuiging, buigende momenten en schuifkracht van een balk bij een uitgeoefende belasting kunnen worden afgeleid. In een praktische setting worden belastingsdiagrammen gebruikt om deze informatie samen te vatten, en ze vermelden veel voorkomende materialen die voldoen aan de veiligheidseisen voor een bekende lading. Voor meer gecompliceerde toepassingen zijn straalcalculators direct beschikbaar op bedrijfswebsites en als add-ons voor CAD-software (computer aided design).