Hva er stråleberegning?
Stråleberegning er måling av spenningen og avbøyningen av en konstruksjonsbjelke når en gitt belastning påføres den. Mange faktorer bidrar til en bjelkens kapasitet til å motstå bøyning, for eksempel egenskaper ved bjelken, belastningen og støttene. Beregning av belastningsforskyvningen av en enkelt bjelke ved bruk av Euler-Bernoulli-bjelkeligningen er grei, men i de fleste praktiske anvendelser benyttes strålprogramvare. Stråleberegninger brukes for å sikre sikkerhet og unngå overbygging i en rekke fagområder som konstruksjon og luftfart.
Det er nødvendig å beregne bjelkelastkapasitet for å konstruere strukturer med de letteste og rimeligste materialene samtidig som sikkerhetskravene opprettholdes og strukturens estetiske kvalitet opprettholdes. Hele disiplinen innen konstruksjonsteknikk er viet til denne analysen og utformingen, og sikrer at takene ikke faller sammen under snøvekten, at parkeringshusene under jord er trygge når trafikken kjører over hodet og at skyskrapere bygget langs feillinjer oppfyller kravene til jordskjelv. Stråleberegning har også sine anvendelser innen maskinteknikk når man tester belastningsmotstanden til enkelte deler av en maskin, for eksempel lasten som en flyvinge tåler før det utvikles potensielt farlige spenninger. Endelig må arkitekter vurdere bjelkedeformasjon når de bygger og renoverer hus med stolpe- og bjelkekonstruksjon, og når de vurderer den visuelle effekten av saggulv, tak og balkonger.
En av de viktigste faktorene ved beregning av en bjelks bæreevne er materialvalget. Typisk er bjelker laget av tre, stål, armert betong eller aluminium. Hvert materiale har en annen tendens til å deformeres elastisk, kalt elastisitetsmodulen, som refererer til materialets evne til å springe tilbake på plass. Ved utbyttepunktet vil materialet deformeres plastisk, og opprettholde deformasjonen etter at den påførte kraften er fjernet.
Tverrsnittsformen på bjelken er den andre egenskapen som blir vurdert i bjelkeberegningen. Bjelker kan være rektangulære, runde eller hule, i tillegg til at de har mange typer flankering, for eksempel I-bjelker, Z-bjelker eller T-bjelker. Hver form har et annet treghetsmoment, ellers kjent som andre øyeblikk av området, som spår en bjelkes stivhet.
Kraften per enhetslengde er en annen parameter som brukes i bjelkeberegning, og den er avhengig av lasttypen. Døde belastninger er ganske enkelt vekten på strukturen, og pålagte eller levende belastninger er kreftene som strukturen vil bli utsatt for av og til, for eksempel snø, trafikk eller vind. De fleste belastninger er statiske, men spesiell oppmerksomhet må rettes mot dynamiske belastninger, jordskjelv, bølger og orkaner, som repeterende bruker kraft i lengre tid. En last kan være fordelt, vanligvis jevn eller asymmetrisk, for eksempel snøfall eller en haug med skitt. Det kan også være konsentrert på et punkt, sentralt eller med forskjellige intervaller.
Grensevilkårene for bjelkeberegning avhenger av bjelkestøttetypen. En bjelke kan ganske enkelt støttes i begge ender, som et gulvbjelke mellom to bærende vegger. Den kan være utkraget eller støttet i den ene enden, som en balkong eller flyvinge. Grensevilkårene gjelder for alle punkter langs bjelkens lengde.
Forholdet mellom en bjelkens avbøyning og en statisk belastning er beskrevet av Euler-Bernoulli-bjelkeligningen. En annen ligning, Euler-Lagrange-stråle-ligningen, beskriver dette forholdet for en dynamisk belastning, men på grunn av kompleksiteten i dens anvendelse, brukes vanligvis statiske tilnærminger. Defleksjonen, bøyemomentene og skjærkraften til en bjelke gitt en påført belastning kan avledes. I en praktisk setting brukes lastekart for å oppsummere denne informasjonen, og de viser vanlige materialer som oppfyller sikkerhetskravene for en kjent last. For mer kompliserte applikasjoner er strålekalkulatorer lett tilgjengelige på selskapets nettsteder og som tillegg for programvareunderstøttet programvare (CAD).