¿Por qué es efectivo el I-beam y se usa para cargas pesadas?

Gracias por A2A.

Como diseñador, nos preocupa más el momento flector en lugar de la fuerza de corte.

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• Como puede ver en esta imagen, el máximo positivo y negativo del esfuerzo de flexión ocurre en las fibras extremas.
• La sección I se prefiere a la sección rectangular para resistir el momento de flexión (BM) porque, en la sección I, más del 80% de la tensión de flexión es resistida por las bridas.

• Para un área de sección transversal dada (es decir, A = constante), la distribución de esa área (es decir, Momento de inercia) es importante para resistir el Momento de flexión, ya que el módulo de sección (Z) depende de I e y.
• La sección I tiene un mayor momento de resistencia (MoR) porque las áreas de las bridas están alejadas del eje neutral (NA)
• En una viga de sección I, se coloca más material cerca de las fibras externas que representan las regiones de mayor tensión y, por lo tanto, es más fuerte que una viga de sección transversal rectangular
• Además, más profunda es la parte de la brida , más el esfuerzo cortante que puede resistir

Para concluir, una viga de longitud fija y para un peso dado de material, la sección I proporciona el mayor momento posible de resistencia, por lo tanto, se usa ampliamente en el diseño de vigas.

Espero que esto te ayude Quora Usuario

Saludos 🙂

Trataré de explicar los tecnicismos en los términos más básicos posibles, amablemente abstenerse de leer y aburrirse si es consciente de lo que realmente sucede en una viga cargada.

De las varias cosas estructurales que están sucediendo, hay una en particular llamada Tensión de flexión que proporciona una base sobre cómo seleccionar un miembro adecuado.

Considere una viga cargada verticalmente hacia abajo en C que tiene dos soportes A y B

Ahora, cuando aplica la carga (en C), se supone que la viga va del estado dibujado en negro al estado dibujado en rojo

(Disculpa mi desastre)

Por lo tanto, se supone que la superficie superior se contrae y, por lo tanto, un esfuerzo de compresión actúa sobre la superficie superior.

De manera similar, dado que se supone que la superficie inferior se expande y, por lo tanto, experimenta una tensión de tracción.

La línea azul en el centro muestra el eje neutral sobre el cual la tensión de flexión neta es 0. (perdón por no dibujar el eje neutral para la viga caída, pero todavía espero que entiendas el punto)

El diagrama de la derecha muestra el perfil de tensión de flexión que actúa en los puntos correspondientes para una sección de una viga rectangular y una viga I en cualquier punto (por ejemplo, C)

Este fundamento básico establece un hecho crucial, no importa qué tipo de miembro elija, el esfuerzo máximo será resistido por los bordes superior e inferior o podemos decir, a medida que avanzamos hacia el centro, la cantidad de estrés que actúa en ese punto será menor del punto anterior Nuestro objetivo es proporcionar la máxima concentración de masa en un punto que sufre el máximo esfuerzo de flexión.

Por lo tanto, en aras de la reducción de peso y la economía, es aconsejable que la mayoría del material se concentre en las mayores distancias desde el eje neutro. Es por eso que I beam es universalmente adoptado.

Extras:

Al elegir un miembro adecuado, utilizamos una fórmula de flexión donde el módulo de sección y el momento flector entran en juego

Estrés máximo =

(Momento de flexión en Y (máx.) X Y (máx.)) / Momento de Inetia

O momento de flexión / módulo de sección

Donde módulo de sección =

Momento de inercia / Y (máx.)

Esto significa que la tensión de flexión máxima en algún lugar a lo largo de la viga es igual al momento de flexión en esa ubicación ‘ multiplicada ‘ por la distancia desde el eje neutro (es decir, Y ) hasta el borde exterior de la viga dividido por el momento de inercia de la viga área de sección transversal

Encontramos el módulo de sección adecuado y elegimos el miembro más efectivo usando tablas de acero.

Gracias por leer 🙂

No es necesario que la viga I se use para cargas pesadas. Hay otras formas de viga más eficientes que la viga I pero tienen algunos inconvenientes.

La efectividad de la viga se puede juzgar por su fuerza de factor de forma (plástico / elástico).

La forma triangular tiene el factor de forma más alto, pero es difícil de colocar y tiene un efecto de concentración de estrés. La forma circular tiene un buen factor de forma, pero es difícil de moldear y unir por razones obvias, por lo que luego viene rectangular y vigas.

Rectangular tiene más factor de forma y fácil de fundir, por lo tanto, se usa en RCC y la viga I tiene un buen momento de área que se usa en estructuras de acero.

También tiene dos características distintas, bridas y banda para resistir el momento flector y el corte, lo que lo hace lo suficientemente eficiente.

Una sección I es una sección más optimizada diseñada para cuidar principalmente las tensiones inducidas por el momento de flexión longitudinal que es comparativamente mayor que otras tensiones en el caso de las vigas.

Un miembro puede ser sometido a tensiones debidas a momentos en direcciones longitudinales y transversales, cizallamiento y torsión. En el caso de una viga, el momento longitudinal es el más crítico ya que la viga es esencialmente un elemento lineal y otras tensiones son comparativamente más bajas. Por lo tanto, nuestra selección de la sección se rige por ese criterio.

Una viga en I es esencialmente una sección rectangular con una parte de ella eliminada del lado interior. Dado que los esfuerzos de flexión son máximos en las fibras extremas y cero en el eje neutro, la parte interior simplemente se subutiliza si no se elimina. La viga I es relativamente más débil en flexión transversal y torsión. Pero eso no es realmente importante para las vigas. La cizalla es cuidada por el componente que está cerca del eje neutro. Y sabemos que cuando la cizalladura es alta, el momento es bajo y viceversa. Por lo tanto, incluso podemos variar el grosor, la profundidad y otras dimensiones según la combinación de momento y corte para una mejor economía.

El ahorro de material adicional de los interiores es especialmente importante en el caso de las secciones de acero porque son más pesadas que el hormigón y pueden aumentar el peso muerto innecesario de la sección.

Las vigas en I son ampliamente utilizadas en la industria de la construcción y están disponibles en una variedad de tamaños estándar. Las tablas están disponibles para permitir una fácil selección de un tamaño de viga en I de acero adecuado para una carga aplicada dada. Las vigas en I se pueden usar tanto como vigas como columnas.

Las vigas en I se pueden usar solas o actuando de manera compuesta con otro material, típicamente concreto.

La banda resiste las fuerzas de corte, mientras que las bridas resisten la mayor parte del momento flector experimentado por la viga. La teoría del haz muestra que la sección en forma de I es una forma muy eficiente para transportar cargas de flexión y corte en el plano de la banda. Por otro lado, la sección transversal tiene una capacidad reducida en la dirección transversal, y también es ineficiente para transportar torsión, por lo que a menudo se prefieren secciones estructurales huecas.

Debido a su área de sección transversal, tenía un momento de inercia más polar que se usa para cargar los cálculos a cambio, lo que proporciona la mayor resistencia en comparación con las otras secciones transversales.

La masa principal de la sección I está situada lejos del centroide de la sección. Esto aumenta el momento de inercia (más precisamente el segundo momento de área) alrededor de su eje neutral que está en su centro debido a la simetría de la sección. El alto momento de inercia le da un alto módulo de sección que es mucho mejor que el rectangular, el diamante, la circular o cualquier otra forma. También hay ahorro de material en las secciones I. Esta es la razón por la cual la mayor parte de la sección de acero utilizada para transportar grandes cargas y momentos tiene forma I.

Una sección circular hueca es mejor que la sección I para resistir cargas, porque tiene un radio de giro igual en todas las direcciones y, por lo tanto, más momento de inercia y, por lo tanto, un uso más efectivo de la sección. Pero en el sitio se pueden usar diferentes secciones para cumplir con la idoneidad de la construcción.

E incluso si compara las secciones huecas cuadradas y las secciones huecas rectangulares, todavía son mejores que las vigas por la misma razón que arriba.

Proporcionado: el área de la sección, la longitud de la sección, etc. son todas iguales.

La tensión de flexión máxima es directamente proporcional a la distancia del punto más alejado del eje neutral de la sección transversal de la viga. Por lo tanto, ocurre en las superficies libres de la viga paralelas a la superficie neutra. Max. el metal se concentra en las superficies libres para que la viga no falle. Por lo tanto, se utiliza una viga en I que es más económica que una viga con sección transversal rectangular.

La tensión es inversamente proporcional al momento de inercia por la ley de flexión. La viga en I tiene la mayor parte de su masa alejada del plano neutro. Por lo tanto, tiene un mayor momento de inercia, por lo tanto, las tensiones son menores en la viga cuando se carga en la dirección longitudinal.

Para un lego, las secciones I popularmente llamadas vigas I están diseñadas para funcionar como vigas. Debido al gran ancho en la parte superior e inferior (llamadas bridas) pueden resistir bien la flexión.

Del mismo modo, los tubos transportan cargas verticales de manera eficiente.

tiene más momento flector, esa es la razón utilizada en las vías del tren. consulte cualquier libro estándar de este libro para obtener una derivación comparativa.

La viga tiene mayor inercia y estabilidad … es más soportable que otra en comparación con la misma masa de material a bajo precio … en forma compacta.

El MI es más y el Centro de corte se encuentra en la brida para una mejor transmisión de carga.