En el diseño de vigas, ¿por qué una sección de caja es más fuerte que una sección sólida?

Answer 1

Hmmm, creo que esta pregunta puede ser un poco defectuosa porque las secciones de la caja pueden ser más fuertes que las secciones sólidas, pero no siempre son más fuertes que las secciones sólidas. Además, no estoy seguro de si cuando dices más fuerte realmente quieres decir lo que los ingenieros estructurales piensan normalmente cuando se refieren a la resistencia (que es la cantidad de tensión de flexión que puede resistir la viga) o si estás hablando de rigidez, que es El término utilizado para describir la resistencia de un haz a la deflexión (flacidez). Explicaré ambos por si acaso.

Fuerza del haz

La resistencia de una viga está relacionada con el material utilizado. Todos los materiales tienen un límite elástico que es un indicador de su resistencia. Si una viga se dobla y golpea y supera su límite elástico, podría comenzar a ceder muy notablemente, en cuyo caso, le sugiero que deje el edificio / avión / automóvil / cualquier sistema de ingeniería en el que se encuentre hasta que sea inspeccionado o reparado y se considere seguro. para usar de nuevo.

De todos modos, ¿cómo se relaciona el límite elástico con el límite de la viga? Bueno, las vigas tienen que resistir las fuerzas internas inducidas por las cargas. Los ingenieros se refieren a una de estas fuerzas como un momento flector, que es básicamente como un par (si estás familiarizado con eso) que no ves porque nada se mueve. Cuanto mayores sean las cargas, mayor será el momento, mayor será el esfuerzo dentro de la viga. No quieres alcanzar el límite elástico de la viga, entonces, ¿qué haces? ¡Aumenta el momento de inercia, por supuesto! Moment of Inertia es básicamente solo un descriptor del área / configuración de la sección transversal del haz con referencia a su centroide. A medida que coloca más área más lejos del centroide de las secciones transversales de la viga, el momento de inercia aumenta, disminuyendo así la tensión. La relación entre el momento de flexión (M), el momento de inercia (I) y el estrés de flexión viene dada por esta ecuación si está interesado (sigma, o el círculo extraño):

Rigidez del haz / facilidad de servicio

En caso de que no lo supiera, todos los rayos se desvían, pero algunos lo hacen más que otros. Piénselo la próxima vez que esté en un gran centro comercial o conduzca por un estacionamiento, ¡le garantizo que lo sentirá! De todos modos, si esos rayos se desviaran (se hundieran) mucho al pisarlos, la mayoría de nosotros se asustaría un poco. Es por eso que los ingenieros los diseñan para que haya un límite sobre cuánto pueden desviar. La desviación también está relacionada con el momento de inercia. Cuando aumenta el momento de inercia de una viga, también aumenta su rigidez. Rigidez = Resistencia a la deflexión; Deflexión = Flacidez. Si está interesado, esta ecuación describe la relación entre la deflexión (delta) en el tramo medio de la viga, el momento de inercia (I), una carga distribuida (w) y la longitud de la viga (L) para una viga simplemente apoyada con un concentrado carga en su centro (la explicación de una viga simplemente soportada en comparación con otros tipos de configuraciones de viga es para otra publicación completamente):

Hay muchas ecuaciones para la desviación y definitivamente son para otra publicación. ¡Dependen de la configuración del haz!

¿Porque es esto importante?

Si un ingeniero puede diseñar una viga con menos material pero con la misma cantidad de resistencia / rigidez que necesita, ahorrará dinero.

Eso siempre es bueno.

Por otra parte, siempre puedes hacer una sección gigante con la misma fuerza / rigidez que una pequeña sección en caja por una tonelada de dinero solo por risitas. Sin embargo, probablemente seas un mal ingeniero.

De todos modos, espero que ayude!

Answer 2

Cuando se carga una viga, su tendencia física es combarse o desviarse verticalmente hacia abajo a lo largo de la dirección de la carga.
Si analizó la sección transversal de la viga cargada, encontrará dos tensiones internas opuestas:
1.) Por encima del eje neutro, la parte de la viga está en tensión de compresión. y
2.) Debajo del eje neutral, la parte de la viga está en tensión de tensión.
La distribución de estos dos esfuerzos internos es similar, pero están en ambas direcciones opuestas, ya que están en compresión en la parte superior y en tensión por debajo del eje neutro.
Los ESTRES que actúan en la sección transversal de la viga resultaron ser Máximos en la cara más externa de la fibra de la viga, bajando a cero tensión en el eje neutro, lo mismo que una distribución triangular de tensiones. Para tener en cuenta esta teoría al analizar la sección del haz, concluye que la porción del haz, un poco por encima y por debajo del eje neutral puede ser santificada, ya que el análisis establece que a lo largo del eje neutral de la sección transversal del haz, El estrés es igual a cero.
Por lo tanto, una viga de caja está diseñada con fines económicos y no necesariamente más fuerte que una sección sólida.
Me imagino que, literalmente, la sección sólida tiene la mayor capacidad para soportar esfuerzos cortantes, esfuerzos o fuerzas verticales o transversales o incluso momentos de flexión.
La sección de caja es en su mayoría (si no solo) adoptable para ser utilizada para la viga del puente para transportar la superficie de la carretera, ya que es muy económica, ahorrando dinero en la parte sagrada de la estructura sin sacrificar su seguridad estructural, integridad y facilidad de servicio.

Answer 3

No se trata de fuerza sino de economía.
Ahora permítanme explicar la distribución del esfuerzo de flexión en una sección.
La tensión de flexión es máxima en las fibras superior e inferior de una sección y muy pequeña alrededor de la región interior.
Entonces, siguiendo el esfuerzo de flexión, podemos decir que se necesita más material en las fibras superior e inferior, mientras que el interior casi no necesita ningún material. Entonces hacemos el interior hueco y obtenemos una sección hueca.
Pero si está hablando de torsión, la sección hueca tiene una mayor capacidad de torsión.

Answer 4

El módulo de sección de la viga de caja hueca es más que el sólido para la misma área de sección transversal.

Aquí alguna respuesta describe que la fuerza es propicia para el Momento de Inercia, pero es la verdad a medias. En realidad, la resistencia es proporcional al módulo de sección. El módulo de sección es la relación del momento de inercia a la distancia de fibra más externa desde el eje neutro.

¡Espero que esto te ayudará!

Answer 5

Una sección de caja no es más fuerte que una sección sólida en flexión, corte o torsión.

Es simplemente más económico y eficiente.

Answer 6

Una sección de caja es más fuerte en flexión que una sección sólida de igual peso por pie. Se dan muchas buenas respuestas, pero por alguna razón los que responden siguen hablando de economía mientras que el verdadero problema es el peso. Sí, es bueno no usar material en exceso, pero mantener el peso bajo casi siempre es más importante cuando se comparan secciones de vigas.

La razón por la cual la sección de la caja es más fuerte en la flexión ha sido bien cubierta por los otros respondedores: porque la tensión en la viga es transportada por las fibras más externas de la viga, por lo que el material a lo largo del eje neutro no está haciendo mucho, y así no es obligatorio Mueva todo ese material hacia afuera, hacia donde se lleva la tensión y obtendrá un haz más fuerte.

Answer 7

La sección de caja está diseñada para usar la misma cantidad de material para construir una sección más fuerte. La idea detrás de eso es multiplicar el valor del momento de inercia que contribuye enormemente a la resistencia al momento flector de la viga.

Answer 8

Una sección de caja es en realidad 2 canales soldados cara a cara, que son una forma estructural ideal para satisfacer la flexión y el corte. La sección sólida no contribuye a ninguna de las fuerzas, sino que agrega un peso inútil.