Thermische Einwirkungen auf Tragbalken verstehen: Materialien & Widerstand

Thermische Einwirkungen auf Tragbalken verstehen: Materialien & Widerstand

Balken sind dafür verantwortlich, umgebende Strukturen zu stützen, indem sie sich nicht biegen, wenn eine Last auf sie ausgeübt wird. Materialien, die häufig zur Herstellung von Balken verwendet werden, sind Holz, Stahlbeton und Stahl. Diese verschiedenen Balken variieren in ihren Kosten, Ästhetik und physikalischen Eigenschaften. In diesem Zusammenhang bezieht sich thermische Widerstandsfähigkeit auf die Fähigkeit eines Balkens, seine strukturelle Integrität zu bewahren, wenn er künstlichen und natürlichen Temperaturänderungen ausgesetzt ist.

Stahl

Stahlbalken werden aus einer besonderen Art von Stahl hergestellt, die als Baustahl bekannt ist. Die Eigenschaften von Baustahl – wie seine Härte, Streckgrenze, Elastizitätsmodul, Zugfestigkeit, Dichte, Zugfestigkeit und sein Poisson-Verhältnis – müssen in einem bestimmten Bereich liegen. Die thermischen Eigenschaften von Baustahl umfassen die Messung, wie viel Wärme zugeführt werden muss, bevor seine Temperatur um einen bestimmten Betrag steigt. Dies ist als seine spezifische Wärme bekannt. In Baustahl aus Legierungen liegt dies zwischen 452 und 1499 Joule pro Kilogramm-Kelvin. In Baustahl aus Kohlenstoff liegt er zwischen 450 und 2081 Joule pro Kilogramm-Kelvin.

Beton

Die im Bauwesen verwendeten Betonbalken sind normalerweise mit Stahlstäben bewehrt, um ihnen zusätzliche Zugfestigkeit zu verleihen. Eine der wichtigsten physikalischen Eigenschaften von Stahlbeton ist, dass sein Wärmeausdehnungskoeffizient dem von Stahl ähnlich ist. Alle Materialien neigen dazu, ihr Volumen je nach Temperaturänderung zu verändern. Da Stahl und Beton sich in ähnlichen Raten ausdehnen, unterliegt Stahlbeton keinen großen inneren Spannungen, die durch Temperaturänderungen verursacht werden.

Holz

Holz ist die älteste Form von Material, die zum Bau von Balken verwendet wird. Die Auswirkungen der Umgebungstemperatur auf Holzbalken variieren stark. Trockene Bedingungen können dazu führen, dass Holz sich ausdehnt, während nasse Bedingungen zu Schrumpfung führen können. Holz quillt bei Hitze aufgrund des in den Holzfasern enthaltenen Wassers, das sich ausdehnt. Je mehr Wasser im Holz enthalten ist, desto mehr dehnt es sich aus. Holz, das höheren Temperaturen ausgesetzt ist, neigt eher dazu, Wasser aufzunehmen. Die Auswirkungen von Temperaturschwankungen können im Laufe der Zeit dazu führen, dass Holzbalken reißen oder sich verziehen.