Was ist Strahlsteifheit?

In der Bauingenieurwesen ist die Strahlsteifheit die Fähigkeit eines Strahls, die Ablenkung oder Biegung zu widerstehen, wenn ein Biegemoment angewendet wird.Ein Biegemoment ergibt sich, wenn irgendwo in der Mitte eines Strahls eine Kraft angewendet wird, die an einem oder beiden Enden befestigt ist.Es tritt auch auf, wenn ein Drehmoment auf den Strahl angewendet wird, obwohl dies in realen Anwendungen seltener ist.Die Strahlsteifheit wird sowohl durch das Material des Strahls als auch durch die Form des Querschnitts des Strahls beeinflusst.

Die Motivation für die Gestaltung eines Strahls, der sich ablenkt, ist bei einer Brücke leicht zu schätzen.Zum Beispiel ist Beton großartig für seine Druckfestigkeit, aber eine Brücke, die ausschließlich aus Beton besteht, wäre eine schlechte Wahl.Beton ist nicht stark, wenn es verbogen ist;Eine Brücke aus Beton wird aufgrund der Schwerkraft in der Mitte durchhänzen und wahrscheinlich auseinander fällt.Die Brücke könnte viel stärker sein, wenn sie eine Art Fundament oder Skelett hätte, um zu verhindern, dass sie zu viel in der Mitte ablenkt.

Strahlsteifheit kann unter Verwendung von zwei Faktoren berechnet werden.Der erste Faktor ist der elastische Modul .Dies ist eine materielle Eigenschaft, die sich auf die Tendenz des Materials bezieht, zu verformen oder sich auszudehnen, wenn Stress angewendet wird.Wenn der Strahl aus Edelstahl besteht, hat er einen höheren elastischen Modul als beispielsweise Aluminium.Dies liegt daran, dass das Stahlobjekt, wenn dieselben Kräfte sowohl in der gleichen Form von Stahl und Aluminium angewendet werden, weniger verformen würde.Obwohl Metalle im Vergleich zu Gummibändern nicht viel verformen, verhalten sie sich auf die gleiche Weise.Sie erstrecken sich proportional, wie hart eine Kraft auf sie zieht.Ein Strahl aus einem Material mit einem hohen elastischen Modul hat also eine hohe Strahlsteifheit, was es seltener ist, sich zu beugen.

Der andere Faktor bei der Strahlsteifigkeit ist das Trägheitsmoment Fläche des Strahlquerschnitts.Dies hat mit der vertikalen Verteilung des Materials in der Nähe oder von der Mitte des Strahls zu tun.Ein häufig verwendetes Strahldesign in Tiefbau mit einem hohen Trägheitsmoment ist der I-Strahl.Es heißt I-Beam wegen seines Querschnitts, der wie der Buchstabe "I" geformt ist.Diese Form konzentriert sich auf einen Großteil des Materials nach unten und oben im Querschnitt mit nur genügend Material in den zentralen Regionen, um die äußeren Teile zu verbinden.Der Grund für diese Form ist, dass sie das Trägheitsmoment für eine bestimmte Menge an Material maximiert.Das am häufigsten verwendete Material, das in I-Trägern verwendet wird, ist Stahl, das einen hoch elastischen Modul bietet.Diese beiden Eigenschaften des I-Strahls geben ihm eine sehr hohe Strahlsteifheit.