Što je krutost grede?

U građevinarstvu, krutost grede je sposobnost grede da se odupre skretanju ili savijanju kada se primijeni moment savijanja. Moment savijanja nastaje kada se sila primjenjuje negdje u sredini grede pričvršćene na jednom ili oba kraja. Također će se dogoditi ako se zakretni moment primijeni na gredu, iako je to manje uobičajeno u stvarnim aplikacijama. Na krutost grede utječu i materijal grede i oblik poprečnog presjeka grede.

Motivaciju za projektiranje grede koja je otporna na skretanje lako je procijeniti u slučaju mosta. Na primjer, beton je izvrstan zbog svoje tlačne čvrstoće, ali most napravljen isključivo od betona bio bi loš izbor. Beton nije čvrst kada je savijen; most napravljen od betona će se popustiti u sredini zbog gravitacije i vjerojatno će se raspasti. Most bi mogao biti puno jači da ima neku vrstu temelja, ili kostura, da se ne bi previše skretao u sredini.

Krutost grede može se izračunati pomoću dva faktora. Prvi faktor je modul elastičnosti. Ovo je svojstvo materijala koje se odnosi na sklonost materijala da se deformira ili rasteže kada se primijeni naprezanje. Ako je greda izrađena od nehrđajućeg čelika, imat će veći modul elastičnosti od, recimo, aluminija. To je zato što ako se iste sile primjenjuju na isti oblik čelika i aluminija, čelični predmet bi se manje deformirao. Iako se metali ne deformiraju mnogo u usporedbi s gumicama, ponašaju se na isti način; rastežu se proporcionalno koliko ih sila vuče. Dakle, greda izrađena od materijala s visokim modulom elastičnosti imat će veliku krutost grede, zbog čega je manje vjerojatno da će se savijati.

Drugi faktor krutosti grede je moment inercije poprečnog presjeka grede. To ima veze s vertikalnom distribucijom materijala blizu ili udaljeno od središta grede. Često korišteni dizajn greda u građevinarstvu s velikim momentom inercije površine je I-greda. Zove se I-greda zbog svog poprečnog presjeka koji je u obliku slova ‘I’. Ovaj oblik usredotočuje veći dio materijala prema dnu i vrhu poprečnog presjeka s dovoljno materijala u središnjim dijelovima za spajanje vanjskih dijelova. Razlog za ovaj oblik je taj što maksimizira moment inercije površine za danu količinu materijala. Najčešći materijal koji se koristi u I-gredama je čelik, koji osigurava visok modul elastičnosti. Ova dva svojstva I-grede daju joj vrlo veliku krutost grede.