Что такое расчет балки?

Расчет балки - это измерение напряжения и прогиба конструкционной балки, когда к ней применяется заданная нагрузка. Многие факторы влияют на способность балки противостоять изгибу, такие как характеристики балки, нагрузка и опоры. Вычислить смещение нагрузки одиночного луча с использованием уравнения пучка Эйлера-Бернулли просто, но в большинстве практических применений используется программное обеспечение луча. Расчеты пучка используются для обеспечения безопасности и предотвращения чрезмерного наращивания в различных дисциплинах, таких как строительство и аэронавтика.

Необходимо рассчитать несущую способность балки, чтобы построить конструкции из самых легких и недорогих материалов, соблюдая при этом требования безопасности и поддерживая эстетическое качество конструкции. Вся дисциплина структурного проектирования посвящена этому анализу и проектированию, гарантируя, что крыши не разрушаются под тяжестью снега, что подземные парковочные гаражи безопасны, когда движение движется над головой, и что небоскребы, построенные вдоль линий разломов, отвечают требованиям безопасности при землетрясении. Расчет пучка также находит применение в машиностроении при испытании сопротивления нагрузки отдельных частей машины, например нагрузки, которую может выдержать крыло самолета, прежде чем создавать потенциально опасные напряжения. Наконец, архитекторы должны учитывать деформацию балки при строительстве и ремонте домов с балочной конструкцией и при визуальном воздействии провисания полов, крыш и балконов.

Одним из наиболее важных факторов при расчете несущей способности балки является выбор материалов. Как правило, балки изготавливаются из дерева, стали, железобетона или алюминия. Каждый материал имеет различную тенденцию к упругой деформации, называемую модулем упругости, которая относится к способности материала возвращаться на место. В пределе текучести материал будет пластически деформироваться, сохраняя деформацию после снятия приложенного усилия.

Форма поперечного сечения балки является второй характеристикой, которая учитывается при расчете балки. Балки могут быть прямоугольными, круглыми или полыми, а также иметь множество типов фланкирования, таких как двутавровые балки, Z-балки или тройники. Каждая форма имеет различный момент инерции, иначе известный как второй момент площади, который предсказывает жесткость балки.

Сила на единицу длины - еще один параметр, используемый при расчете балки, и он зависит от типа нагрузки. Мертвые нагрузки - это просто вес конструкции, а наложенные или текущие нагрузки - это силы, которые будут периодически подвергаться конструкции, такие как снег, движение или ветер. Большинство нагрузок являются статическими, но особое внимание следует уделять динамическим нагрузкам, землетрясениям, волнам и ураганам, которые периодически применяют силу в течение продолжительного времени. Нагрузка может быть распределена, как правило, равномерно или асимметрично, например, снегопад или куча грязи. Это также может быть сосредоточено в точке, в центре или через различные интервалы.

Граничные условия для расчета балки зависят от типа опоры балки. Балка может просто поддерживаться на обоих концах, как балка пола между двумя несущими стенами. Он может быть консольным или поддерживаться на одном конце, как крыло балкона или самолета. Граничные условия применяются ко всем точкам вдоль длины луча.

Соотношение между отклонением луча и статической нагрузкой описывается уравнением луча Эйлера-Бернулли. Другое уравнение, уравнение пучка Эйлера-Лагранжа, описывает это соотношение для динамической нагрузки, но из-за сложности его применения обычно используются статические приближения. Можно определить отклонение, изгибающие моменты и поперечную силу балки с учетом приложенной нагрузки. В практических условиях для суммирования этой информации используются диаграммы нагрузки, в которых перечислены общие материалы, которые соответствуют требованиям безопасности для известной нагрузки. Для более сложных приложений, калькуляторы лучей легко доступны на веб-сайтах компании и в качестве дополнений для программного обеспечения автоматизированного проектирования (CAD).