Co to jest wyboczenie wiązki?

Wiele dzisiejszych budynków jest budowanych przy użyciu stalowych belek i innych nowoczesnych materiałów. Ta procedura kontrastuje z drewnianą konstrukcją widoczną w starszych budynkach, takich jak kościoły i stodoły. Należy zauważyć, że termin „konstrukcja belki” może odnosić się do drewna lub stali. Tutaj jednak termin odnosi się do stalowej belki, a wyboczenie belki jest zniekształconym kształtem, który pojawia się, gdy obciążenie belki jest większe, niż belka jest przeznaczona do przenoszenia.

Belki stalowe mogą przenosić znacznie większe obciążenia niż drewniana belka tego samego rozmiaru, dzięki czemu stal staje się coraz bardziej popularnym wyborem w projektach budynków. Ciężar, jaki może wytrzymać dana wiązka, jest znany jako obciążenie wiązki. Gdy jakakolwiek belka, drewno lub stal, jest obciążona większą masą niż jest w stanie udźwignąć, następuje awaria. Ta awaria nazywana jest wyboczeniem belki. Na szczęście można zastosować konstrukcję, aby określić granice belek nośnych i zaprojektować projekt, aby zapobiec awariom.

Inżynierowie używają wzoru matematycznego lub równania wiązki, aby określić, ile ciężaru może wytrzymać dana wiązka. Zasadniczo to równanie pomaga określić, ile ciężaru belka może utrzymać i jak daleko może się zgiąć lub zgiąć, zanim nastąpi wyboczenie belki. Gdy belki poddawane są obciążeniu, dopuszczalna jest ograniczona ilość zniekształceń. Przekroczenie dopuszczalnej ilości spowoduje, że wiązka wygnie się lub ulegnie awarii.

Podczas gdy drewniane belki po prostu pękają, stalowe belki odkształcają się poza punkt, w którym mogą się zgiąć z powrotem do kształtu, znanego również jako wyboczenie belki. Gdy belki się wyginają, tracą całą integralność strukturalną, co może prowadzić do zawalenia się konstrukcji. Na przykład dachy stalowe są zaprojektowane tak, aby utrzymać pewną wagę. Gdy silne burze śnieżne przyłożą więcej ciężaru, niż projekt może znieść, następuje wyboczenie belki. Belki, które wyginają się pod obciążeniem, mogą powrócić do normalnego kształtu po usunięciu ładunku, ale belki, które uległy wyboczeniu, nie będą.

Konstrukcje stalowe są często projektowane z niewielkim marginesem bezpieczeństwa, aby zmniejszyć ryzyko awarii. Na przykład stalowy dach ma wiele belek, które go wspierają, a jeśli jedna belka ulegnie awarii, wymagania dotyczące belek otaczających odpowiednio wzrosną. Gdyby ta zasada nie została zastosowana, cała konstrukcja mogłaby ulec awarii z powodu wyboczenia jednej belki - podobnie jak domek z kart.

Belki są dostępne w wielu rozmiarach dla różnych projektów i są wybierane na podstawie ich obciążenia znamionowego. Po przyłożeniu obciążenia konstrukcyjnego do belki wygina się ono lub lekko zgina, dopóki obciążenie nie zostanie usunięte. Jeśli zastosowane zostanie nadmierne obciążenie, wiązka wykracza poza punkt wygięcia, do wyboczenia i cała integralność zostaje utracona. Podkreśla to, dlaczego inżynieria budowlana jest tak ważna.