Трансформация балки сплошного сечения в коробчатую балку

Существование человека, его деятельность проистекают в 3-х мерном пространстве. Следовательно, вопрос о положении сосредоточенной нагрузки строго по вертикальной оси балки является всего лишь допущением.

В реальной ситуации возможно смещение положения Р – появляется закручивающий момент.

Существует 2-х мерное описание поперечного сечения.

Мы, рассматривая двухмерное действие изгиб момента, установили, что в центре напряжения равны 0. Нецелесообразно Располагать в центре балки материал, который не участвует в распределении напряжений по всему сечению.

Но, так как , а при разложении на 2 взаимно перпендикулярные силы: .

Таким образом, мы переходим от балки сплошного прямоугольного сечения к балке коробчатого сечения.

Расположение зоны с «нулевыми» значениями напряжений и «нулевыми» деформациями принято называть «нейтральной осью поперечного сечения». Следовательно, металл в зоне нейтральной оси не принимает участие в принятии нагрузки и не используется в полной мере. Очевидно, нет смысла располагать не работающий металл в зоне нейтральной оси. Так как мы имеем дело с трёхмерной пространственной системой, то всегда будет иметь место составляющая рабочей нагрузки, направленная под некоторым углом к оси рабочей нагрузки и составляющая, перпендикулярная к плоскости чертежа. Таким образом, компактное расположение металла, в том числе и в зоне нейтральной оси, должно быть заменено рассредоточено с вынесением металла на переферию с максимально возможным удалением от нейтральной оси. Таким образом балка сплошного сечения превращается в коробчатое сечение. Так как площадь поперечного сечения описывается второй степенью линейных размеров поперечного сечения, а «момент сопротивления» - третьей степенью, то прочностные характеристики балки, работающей на изгиб, могу быть обеспечены при существенно меньшем расходе металла.