O que é cálculo de viga?

O cálculo do feixe é a medida da tensão e da deflexão de uma viga estrutural quando uma determinada carga é aplicada a ela. Muitos fatores contribuem para a capacidade de uma viga resistir à flexão, como características da viga, carga e suportes. O cálculo do deslocamento da carga de uma única viga usando a equação de Euler-Bernoulli é direto, mas na maioria das aplicações práticas, o software da viga é usado. Os cálculos de viga são usados ​​para garantir a segurança e evitar o excesso de construção em uma variedade de disciplinas, como construção e aeronáutica.

É necessário calcular a capacidade de carga do feixe para construir estruturas com os materiais mais leves e baratos, atendendo aos requisitos de segurança e mantendo a qualidade estética da estrutura. Toda a disciplina da engenharia estrutural é dedicada a essa análise e projeto, garantindo que os telhados não colapsem sob o peso da neve, que as garagens de estacionamento subterrâneas sejam seguras quando o tráfego passar por cima e que os arranha-céus construídos ao longo de linhas de falha atendam aos requisitos de segurança do terremoto. O cálculo do feixe também tem suas aplicações na engenharia mecânica, ao testar a resistência de carga de partes individuais de uma máquina, como a carga que uma asa de avião pode suportar antes de desenvolver tensões potencialmente perigosas. Por fim, os arquitetos devem considerar a deformação de vigas ao construir e reformar casas com construção de vigas e pilares e ao considerar o impacto visual de pisos, telhados e varandas caídos.

Um dos fatores mais importantes no cálculo da capacidade de carga de uma viga é a escolha dos materiais. Normalmente, as vigas são feitas de madeira, aço, concreto armado ou alumínio. Cada material tem uma tendência diferente de se deformar elasticamente, chamado módulo de elasticidade, que se refere à capacidade do material de voltar ao seu lugar. No seu ponto de escoamento, o material se deforma plasticamente, mantendo a deformação após a remoção da força aplicada.

A forma da seção transversal da viga é a segunda característica considerada no cálculo da viga. As vigas podem ser retangulares, redondas ou ocas, além de possuir muitos tipos de flancos, como vigas em I, vigas em Z ou vigas em T. Cada forma possui um momento de inércia diferente, também conhecido como segundo momento da área, que prevê a rigidez de uma viga.

A força por unidade de comprimento é outro parâmetro usado no cálculo da viga e depende do tipo de carga. Cargas mortas são simplesmente o peso da estrutura e cargas impostas ou vivas são as forças às quais a estrutura será exposta intermitentemente, como neve, tráfego ou vento. A maioria das cargas é estática, mas atenção especial deve ser dada às cargas dinâmicas, terremotos, ondas e furacões, que repetidamente aplicam força por um período prolongado. Uma carga pode ser distribuída, normalmente de maneira uniforme ou assimétrica, como queda de neve ou uma pilha de sujeira. Também pode estar concentrado em um ponto, centralmente ou em vários intervalos.

As condições de contorno para o cálculo da viga dependem do tipo de suporte da viga. Uma viga pode simplesmente ser apoiada nas duas extremidades, como uma trave de piso entre duas paredes de suporte de carga. Pode ser em consola, ou apoiado em uma extremidade, como uma varanda ou asa de avião. As condições de contorno se aplicam a todos os pontos ao longo do comprimento da viga.

A relação entre a deflexão de uma viga e uma carga estática é descrita pela equação de Euler-Bernoulli. Outra equação, a equação de feixe de Euler-Lagrange, descreve essa relação para uma carga dinâmica, mas devido à complexidade de sua aplicação, as aproximações estáticas normalmente são usadas. A deflexão, os momentos fletores e a força de cisalhamento de uma viga, dada a carga aplicada, podem ser obtidos. Em um cenário prático, gráficos de carga são usados ​​para resumir essas informações e listam materiais comuns que atendem aos requisitos de segurança para uma carga conhecida. Para aplicações mais complicadas, as calculadoras de feixe estão prontamente disponíveis nos sites da empresa e como complementos para o software de desenho assistido por computador (CAD).