Belka - Polski Serwis Naukowy

Belka swobodnie podparta uginająca się pod obciążeniem rozłożonym

Belka – w budownictwie poziomy lub ukośny element konstrukcyjny przyjmujący obciążenia z powierzchni poziomych i przenoszący je na podpory (ściany, słupy, filary, kolumny). Belka pracuje na zginanie i ścinanie (w belkach, zwłaszcza w elementach ukośnych występują także naprężenia rozciągające lub ściskające). Może być wykonana z drewna, stali, betonu, żelbetu, czasem z kamienia. Belką nazywamy także element prętowy zakrzywiony w planie. Nie jest belką element przenoszący obciążenia tylko wzdłuż jej osi.

Podpora – miejsce (najczęściej węzeł) konstrukcji, w którym znane jest jej przemieszczenie (najczęściej zerowe), bądź zależność pomiędzy przemieszczeniem, a reakcją (podpora podatna).

Kolumna – element architektoniczny pełniący rolę konstrukcyjną, dekoracyjną i symboliczną. Jej dolną część tworzy baza, środkową trzon, a wieńczy głowica. Wspiera się na niej belkowanie, a od czasów rzymskich także łuk.

Elementy pracujące w układzie statycznym belki mają w budownictwie różne nazwy, w zależności od ich położenia i funkcji w budynku. W ściślejszym znaczeniu belka oznacza element w stropach belkowych. Belkę przenoszącą obciążenia z innych belek nazywamy podciągiem.

Belka oznacza również, w potocznym znaczeniu, każdy podłużny drewniany element konstrukcyjny o znacznym przekroju - zgodnie z polskimi normami taki element musi mieć przekrój od 120 x 200 mm do 220 x 280 mm.

Strop (budownictwo) – poziomy element konstrukcyjny oddzielający poszczególne kondygnacje budynku. Strop przenosi obciążenia na pionowe elementy (ściany lub słupy). Na górnej powierzchni stropu układana jest podłoga, a dolną powierzchnię najczęściej pokrywa się tynkiem, tworząc sufit.

Mechanizm - zespół współpracujących ze sobą części składowych maszyny lub przyrządu spełniających określone zadanie, jak np. przenoszenie ruchu, sił, sygnałów.

Podporą belki nazywamy jej zamocowanie. W teorii belek Bernoulliego-Eulera występują następujące rodzaje podpór:

podpora sztywna (utwierdzenie), dająca reakcje w kierunkach poprzecznym i równoległym do osi belki oraz moment podporowy,

podpora przesuwna (podpora przegubowo przesuwna), dająca reakcję tylko w jednym kierunku,

podpora obrotowa (podpora przegubowo nieprzesuwna, przegub), dająca reakcje w dwóch kierunkach.

Podpory mogą być sztywne (wtedy przesunięcie lub obrót jest równe 0) lub sprężyste. W przypadku podpory sprężystej mogą wystąpić przemieszczenia proporcjonalne do siły działającej na podporę. Model podpory sprężystej jest bliższy rzeczywistości, niemniej jednak utrudnia analizę. Ponieważ w większości przypadków różnica w wynikach nie ma praktycznego znaczenia, podpory najczęściej przyjmujemy jako sztywne.

Ścinanie – odkształcenie ciała spowodowane naprężeniem stycznym do jego powierzchni. W ujęciu inżynierskim w wytrzymałości materiałów ścinanie traktuje się również jako stan obciążenia spowodowany takimi naprężeniami. Naprężenie styczne do powierzchni ciała nazywane jest naprężeniem ścinającym.

Drewno – surowiec drzewny otrzymywany ze ściętych drzew i formowany przez obróbkę w różnego rodzaju sortymenty. Zajmuje przestrzeń pomiędzy rdzeniem, a warstwą łyka i kory. Pod względem technicznym drewno jest naturalnym materiałem kompozytowym o osnowie polimerowej wzmacniany ciągłymi włóknami polimerowymi, którymi są podłużne komórki zorientowane jednoosiowo.

W statyce, w zależności od sposobu podparcia, rozróżniamy belki:

belki statycznie wyznaczalne, czyli takie, w których liczba niewiadomych reakcji jest równa liczbie równań równowagi:

belki jednoprzęsłowe swobodnie podparte (trzy reakcje podporowe i trzy równania równowagi),

belki utwierdzone (wsporniki) zamocowane sztywno na jednym z końców, a na drugim swobodne,

belki ciągłe (wieloprzęsłowe) przegubowe, czyli belki podparte w taki sposób, że jedna z podpór należy do nieprzesuwnych, a pozostałe do przesuwnych (łożysko umożliwiające przesuw belki wzdłuż jej osi). Dodatkowo, dla zapewnienia statycznej wyznaczalności układu, wprowadza się odpowiednią liczbę przegubów w jej przęsłach. Sposób umiejscowienia przegubów nie może wprowadzić geometrycznej zmienności układu. (Na każdej podporze przesuwnej występuje jedna reakcja podporowa, na nieprzesuwnej – dwie. Stąd dla belki podpartej na "n" podporach mamy n+1 nieznanych reakcji podporowych. Przy belce ciągłej, bez przegubów, mamy do dyspozycji trzy równania równowagi, zatem stopień statycznej niewyznaczalności belki można określić jako n-2. Aby układ był statycznie wyznaczalny należy wprowadzić n-2 przeguby).

belki statycznie niewyznaczalne (siły w nich występujące nie dają się wyliczyć wyłącznie przy pomocy równań równowagi):

belki jednoprzęsłowe utwierdzone na końcach (każde utwierdzenie to trzy reakcje podporowe, zatem przy dwustronnym utwierdzeniu układ jest trzykrotnie statyczne niewyznaczalny), utwierdzone na jednym z końców i podparte przesuwnie lub nieprzesuwnie na drugim albo podparte z dwóch stron w sposób nieprzesuwny,

belki wieloprzęsłowe bez przegubów albo z przegubami w ilości mniejszej niż konieczna dla zapewnienia statycznej wyznaczalności układu.

Do obliczania układów statycznie niewyznaczalnych stosowane są:

Słup - element konstrukcyjny (może być wolno stojący), pionowa (choć nie zawsze) podpora. Szczególnym zastosowaniem tego rodzaju podpór są słupy telefoniczne (telegraficzne) lub słupy energetyczne. Innym rodzajem są słupki drogowe albo graniczne.

Moment gnący w dowolnym przekroju belki zginanej to algebraiczna suma momentów sił zewnętrznych działających po jednej stronie (lewej lub prawej) rozważanego przekroju względem środka masy tego przekroju.

metoda sił

metoda przemieszczeń

Obliczenia komputerowe prowadzi się za pomocą metody elementów skończonych.

Zobacz hasło belka w Wikisłowniku