Hva er bjelkestivhet?

I konstruksjonsteknikk er bjelkestivhet en bjelkes evne til å motstå avbøyning eller bøying når et bøyemoment brukes. Et bøyemoment oppstår når en kraft påføres et sted midt i en bjelke som er fast i en eller begge ender. Det vil også forekomme hvis et moment påføres bjelken, selv om dette er mindre vanlig i virkelige applikasjoner. Stivhet i bjelken påvirkes av både materiale i bjelken og formen til bjelkens tverrsnitt.

Motivasjonen for å designe en bjelke som motstår avbøyning er lett å sette pris på når det gjelder en bro. For eksempel er betong bra for dens trykkfasthet, men en bro utelukkende av betong ville være et dårlig valg. Betong er ikke sterk når den er bøyd; en bro av betong vil synke i midten på grunn av tyngdekraften og vil sannsynligvis falle fra hverandre. Brua kan være mye sterkere hvis den hadde et slags fundament, eller skjelett, for å forhindre at den avbøyer seg i midten for mye.

Bjelkestivhet kan beregnes ved å bruke to faktorer. Den første faktoren er den elastiske modulen . Dette er en materiell egenskap som er relatert til materialets tendens til å deformeres eller strekke seg ut når belastning påføres. Hvis bjelken er laget av rustfritt stål, vil den ha en høyere elastisk modul enn for eksempel aluminium. Dette er fordi hvis de samme kreftene blir brukt på samme form av både stål og aluminium, ville stålobjektet deformeres mindre. Selv om metaller ikke deformeres mye sammenlignet med gummibånd, oppfører de seg på samme måte; de strekker seg proporsjonalt med hvor hardt en styrke trekker på dem. Så en bjelke laget av et materiale med en høy elastisk modul vil ha en stor bjelke-stivhet, noe som gjør det mindre sannsynlig at det bøyes.

Den andre faktoren i bjelkestivhet er treghetsmomentet til bjelkens tverrsnitt. Dette har å gjøre med den vertikale fordeling av materiale nær eller bort fra bjelkens sentrum. En ofte brukt bjelkedesign innen anleggsteknikk med treghetsmoment med høyt område er I-bjelken. Den kalles jeg-bjelken på grunn av tverrsnittet, som er formet som bokstaven 'jeg'. Denne formen fokuserer mye av materialet mot bunnen og toppen av tverrsnittet med bare nok materiale i de sentrale områdene til å forbinde de ytre delene. Årsaken til denne formen er at den maksimerer treghetsmomentet for en gitt mengde materiale. Det vanligste materialet som brukes i I-bjelker er stål, som gir en høy elastisk modul. Disse to egenskapene til I-bjelken gir den en veldig høy bjelke-stivhet.