Wat is een betonnen balk?

In de bouwtechniek is een betonnen balk een dragende eenheid die kan worden gebruikt om zowel horizontale als verticale belastingen te dragen. Deze balken, die bekend staan ​​als balken van gewapend beton of balken van gewapend cementbeton (RCC), worden gemaakt door stalen staven, platen of vezels in het beton te omhullen. Een dergelijke stalen wapening verhoogt de sterkte van de balk en zorgt ervoor dat de balk trekspanningen kan weerstaan ​​en buiging kan weerstaan. Zonder de stalen wapening zou de betonnen balk broos zijn en breken onder de belastingen die erop worden uitgeoefend.

De thermische uitzettingscoëfficiënt van beton en staal is vergelijkbaar. Deze overeenkomst zorgt ervoor dat er weinig of geen interne spanningen zijn die worden veroorzaakt door de thermische uitzettings- en thermische krimpverschillen tussen de twee materialen. Dergelijke verschillen zouden anders de betonnen balk hebben verzwakt. Een andere factor die een verdere efficiënte spanningsoverdracht tussen staal en beton mogelijk maakt, is dat wanneer het natte cement dat op het staal wordt aangebracht opdroogt, het oppervlak exact overeenkomt met dat van het staaloppervlak. Om het staal en het beton beter aan elkaar te laten hechten, wordt het staal doorgaans gegolfd of opgeruwd.

Door het staal in beton te omhullen, wordt het beschermd tegen weersinvloeden en voorkomt het dat het staal corrodeert. Als het staal zou roesten, zou het uitzetten en barsten en loskomen van de betonnen omhulling. Dit zou de balkconstructie opnieuw verzwakken.

Betonnen balken worden veel gebruikt in de hedendaagse bouwconstructie en bij de constructie van snelwegbruggen. Voor bruggen is het gebruikelijk om voorgespannen betonnen balken te gebruiken. Deze balken worden gemaakt door stalen pezen van hoge sterkte uit te rekken, het beton er omheen te gieten en vervolgens de pezen los te laten wanneer het beton begint uit te harden. Rechthoekige doorsneden en universele balkdoorsneden worden vaak gebruikt in de constructie van staalskeletbouw. De universele balk wordt ook wel de I-balk, de brede flensbalk of de universele kolom genoemd.

Verschillende wiskundige methoden, berekend met een computerprogramma voor het berekenen van de balk, worden gebruikt om de interne en externe krachten van de betonbalk en de doorbuiging van de balk te bepalen. Bundelkrachten worden bepaald door de directe stijfheid- of verplaatsingsmethode, de momentverdelingsmethode en de flexibiliteitsmethode. Straaldoorbuigingen worden bepaald door de hellingsdoorbuigingsmethode en virtuele werkmethode. De Euler-Bernoulli-bundelvergelijking wordt vaak gebruikt om bundelanalyses van bundelstructuren uit te voeren.

Om een ​​constructie structureel gezond te maken, is het belangrijk dat ingenieurs berekenen hoeveel belasting een betonnen balk veilig kan dragen en de soorten krachten die erop worden uitgeoefend. Er wordt ook gezocht naar straaldoorbuiging om redenen van structurele veiligheid, zoals het verminderen van het straalcontact met bouwmaterialen die broos kunnen zijn. De straalafbuigingen kunnen ook worden uitgevoerd om de architectuur een esthetisch aantrekkelijker uiterlijk te geven; bijvoorbeeld om ervoor te zorgen dat er geen doorbuigingen in de balken zijn.