Co to jest ścinanie wiązki?

Ścinanie wiązki to wewnętrzne naprężenie wiązki spowodowane przez siły ścinające działające na tę wiązkę. Siły ścinające lub naprężenia ścinające są powodowane przez siły przykładane równolegle do materiału, potencjalnie powodując deformację tego materiału. Ścinanie wiązki może być spowodowane naprężeniami poziomymi lub pionowymi, a także zginaniem. Każdy rodzaj naprężenia wpływa inaczej na wiązkę.

W poziomym naprężeniu ścinającym wiązki siły mogą powodować przesuwanie się wiązki z boku na bok. Jeśli wiązka jest zabezpieczona, co uniemożliwia jakikolwiek ruch, wewnętrzne naprężenie ścinające będzie następnie próbowało znaleźć sposoby na uwzględnienie ruchu, co może czasami powodować zginanie lub pękanie wiązki wzdłuż wewnętrznych poziomych warstw. Jeśli belka ma niepołączone warstwy, które umożliwiają niewielki ruch, mniej prawdopodobne jest pęknięcie lub zgięcie.

W naprężeniu ścinającym wiązki pionowej siły są przykładane do równoległych powierzchni belki. Siły te mogą obejmować równoległe boki lub górne i dolne końce belki. Jeśli na jednej z powierzchni występuje większe naprężenie niż na drugiej, materiał będzie się wyginał lub skręcał. Działanie to powoduje osłabienie ogólnej struktury.

Zniszczenie wiązki występuje, gdy naprężenia przyłożone do belki są większe niż wytrzymałość tej belki. Awarie często powodują zapadanie się lub pękanie konstrukcji otaczającej belkę, jak to często widać w przypadku uszkodzeń spowodowanych trzęsieniem ziemi. Najczęstszym rodzajem uszkodzenia przy ścinaniu belki jest jednak zginanie. Dzieje się tak, gdy górna powierzchnia belki zostaje ściśnięta, podczas gdy dolna powierzchnia rozszerza się i pęka wzdłuż osi pionowych. Powoduje to ugięcie lub zgięcie belki.

W wielu przypadkach, aby uniknąć awarii konstrukcji, budynek lub konstrukcja zostaną zmodernizowane. Modernizacja polega na stworzeniu dodatkowego szkieletu, który służy do podtrzymania początkowej struktury, przy jednoczesnym zmniejszeniu sił przenoszących obciążenia na tę początkową strukturę. Przez większość czasu ma to formę zewnętrznego usztywnienia.

Aby określić ścinanie belki, należy zbadać mały przekrój belki i przeprowadzić serię obliczeń matematycznych na podstawie pomiarów i obserwacji tego przekroju. Dzisiejsze obliczenia przypisuje się Leonardowi Eulerowi, matematykowi z XVIII wieku. Prawdziwe początki badań ścinania wiązką można jednak przypisać pracom XVI-wiecznego naukowca Galileo Galilei.