Forståelse af termiske effekter på konstruktive bjælker: Materialer & modstand

Bjælker er ansvarlige for at støtte omgivende konstruktioner ved ikke at bøje, når en last anvendes på dem. Materialer, der almindeligt bruges til at danne bjælker, inkluderer træ, armeret beton og stål. Disse forskellige bjælker varierer i deres omkostninger, æstetik og fysiske egenskaber. I denne kontekst henviser termisk modstand til en bjælkes evne til at opretholde sin strukturelle integritet, når den udsættes for kunstige og naturlige temperaturændringer.

Stål

Stålbjælker er lavet af en speciel type stål kendt som konstruktionsstål. Egenskaberne ved konstruktionsstål – såsom dets hårdhed, strækgrænse, elastisk modul, trækstyrke, tyngde, trækstyrke og dets Poissons ratio – skal falde inden for et bestemt interval. De termiske egenskaber ved konstruktionsstål inkluderer målingen af, hvor meget varme der skal tilføjes, før dets temperatur hæves med et bestemt beløb. Dette er kendt som dets specifikke varme. I konstruktionsstål lavet af legeringer, er dette mellem 452 og 1499 joule per kilogram-Kelvin. I konstruktionsstål lavet af kulstof, er det mellem 450 og 2081 joule per kilogram-Kelvin.

Beton

De betonbjælker, der bruges i konstruktion, er normalt armeret med stålstænger for at give dem tilføjet trækstyrke. En af de vigtigste fysiske karakteristika ved armeret beton er dets termiske udvidelseskoefficient, der er lignende ståls. Alle materialer har en tendens til at ændre volumen i overensstemmelse med temperaturændringer. Fordi stål og beton udvider sig med lignende hastigheder, undergår armeret beton ikke store indre spændninger forårsaget af temperaturændringer.

Træ

Træ er den ældste form for materiale brugt til at konstruere bjælker. Effekterne af omgivende temperatur på træbjælker varierer meget. Tørkeforhold kan forårsage træ til at udvide sig, mens våde forhold kan resultere i krympning. Træ svulmer i varmen på grund af vandet, der er indeholdt i træfibrene, udvider sig. Jo mere vand der er indeholdt i træet, desto mere vil det udvide sig. Træ udsat for højere temperaturer er mere sandsynligt at absorbere vand. Effekterne af svingende temperatur kan, over tid, forårsage træbjælker at revne eller vriste sig.