Perché non è saggio scegliere trave cilindriche orizzontali

Ho sentito che non è saggio scegliere trave cilindriche orizzontali. La mia domanda è: perché?

La forza di una trave orizzontale è definita in base a una proprietà chiamata modulo di sezione . Le forme che hanno più materiale distribuito vicino alla parte superiore e inferiore hanno un modulo di sezione superiore. Questo è il motivo per cui travi a forma di I o rettangoli alti sono scelte comuni. Le forme rotonde, d'altra parte, hanno la maggior parte del loro materiale concentrato attorno al centro della forma, e molto poco in alto e in basso, quindi non creano travi molto forti. Ciò significa che una trave rotonda avrebbe bisogno di molto più materiale per ottenere la stessa resistenza di una trave di forma più alta.

Potresti vederlo intuitivamente se prendi un righello o un altro pezzo di materiale sottile che hai a portata di mano e provi a piegarlo. Noterai che nella direzione piatta, è molto debole e facile da piegare. Nella direzione larga, però, è abbastanza forte. Anche se il pezzo di materiale ha le stesse dimensioni, averne di più nella parte superiore e inferiore lo rende più forte.

La ragione di ciò non è troppo difficile da capire, quando un raggio si piega non può rimanere perfettamente dritto. Per formare una curva deve cambiare leggermente forma. La parte superiore viene compressa (spinta verso l'interno) e la parte inferiore subisce uno sforzo di trazione (viene separato.) Man mano che ci si avvicina al centro, si ha meno stress di ogni tipo. In effetti, quando si arriva al centro, il raggio non viene né separato né spinto insieme, viene chiamato "asse neutro". Quindi la parte superiore e inferiore devono essere forti per resistere alla compressione e alla tensione, ma il centro deve essere abbastanza forte da mantenere tutto attaccato.

Se volessi davvero usare una forma cilindrica per una trave orizzontale (forse per motivi visivi o resistenza al vento) un tubo tondo sarebbe più efficiente di un cilindro solido, perché ha meno materiale attorno all'asse neutro. Tuttavia non sarebbe comunque efficiente come un tubo rettangolare o una forma strutturale tradizionale.

Una trave cilindrica non è probabilmente la trave migliore per una determinata situazione. Ciò non significa che non vi siano situazioni specifiche in cui una trave cilindrica sarebbe utile.

Professionisti

• Può resistere allo stesso carico in qualsiasi direzione o combinazione di direzioni. È forte nella direzione orizzontale della direzione verticale.
• Non è necessario preoccuparsi o verificare lo stato limite di instabilità laterale torsionale (LTB).
• Funziona bene come trave-colonna (momenti e carichi assiali insieme).
• La forma circolare può avere una superficie inferiore rispetto ad altre forme quando si considerano cose come l'area dipinta o l'accumulo di ghiaccio.

Contro

• Non efficiente (peso del materiale per resistenza) come una forma a I per carichi in una sola direzione.
• Le sezioni possono essere difficili da trovare o più costose rispetto a forme più comuni.
• Le connessioni alle estremità e agli altri membri che arrivano dal lato sono più complicate.
• Gli irrigidimenti sotto aree di carichi concentrati sono più difficili da progettare e fabbricare.

A meno che uno degli elementi nell'elenco "Pro" superi di gran lunga i "Contro", una trave cilindrica non è probabilmente l'opzione migliore.

L'uso di una trave cilindrica orizzontale non è saggio in quanto ha un peso aggiunto che non offre ulteriore resistenza. Pertanto si paga per materiale non necessario che non è saggio, a meno che i problemi estetici non richiedano l'uso della forma del cilindro. Carichi laterali molto insoliti potrebbero rendere opzionale l'uso di una trave cilindrica, ma tali forze sono normalmente indirizzate con altri componenti di progettazione.