Pourquoi est-il imprudent de choisir une poutre horizontale cylindrique

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J'ai entendu qu'il n'était pas judicieux de choisir une poutre horizontale cylindrique. Ma question est pourquoi?

civil-engineering beam

— Mohamed
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Pour quelle application?

— feetwet

Avez-vous entendu parler de cylindres creux, de cylindres pleins ou des deux?

— Air

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La résistance d'une poutre horizontale est définie en fonction d'une propriété appelée module de section . Les formes qui ont plus de matière réparties près du haut et du bas ont un module de section plus élevé. C'est pourquoi les poutres en forme de I ou les grands rectangles sont des choix courants. Les formes rondes, d'autre part, ont la plupart de leurs matériaux concentrés autour du centre de la forme, et très peu en haut et en bas, donc ils ne font pas de poutres très fortes. Cela signifie qu'une poutre ronde aurait besoin de beaucoup plus de matériau pour atteindre la même résistance qu'une poutre de forme plus haute.

Vous pouvez voir cela intuitivement si vous prenez une règle ou un autre morceau de matériau mince que vous avez à portée de main et essayez de le plier. Vous remarquerez que dans le sens plat, il est très faible et facile à plier. Dans le sens large cependant, c'est assez fort. Même si le morceau de matériau est de la même taille, en avoir plus en haut et en bas le rend plus fort.

La raison de cela n'est pas trop difficile à comprendre, lorsqu'un faisceau se courbe, il ne peut pas rester parfaitement droit. Pour former une courbe, elle doit légèrement changer de forme. Le haut de celui-ci est comprimé (poussé vers l'intérieur) et la partie inférieure subit une contrainte de traction (se détache.) Lorsque vous vous rapprochez du centre, il y a moins de contrainte de chaque type. En fait, lorsque vous arrivez au milieu, le faisceau ne se détache ni ne se rapproche, il est appelé «l'axe neutre». Ainsi, le haut et le bas doivent être solides pour résister à la compression et à la tension, mais le centre doit seulement être suffisamment solide pour que tout reste attaché.

Si vous vouliez vraiment utiliser une forme cylindrique pour un faisceau horizontal (peut-être pour des raisons visuelles ou pour résister au vent), un tube rond serait plus efficace qu'un cylindre solide, car il a moins de matière autour de l'axe neutre. Il ne serait toujours pas aussi efficace qu'un tube rectangulaire ou une forme structurelle traditionnelle.

— Ethan48
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Il serait peut-être plus clair et précis d'affirmer que dans la direction plate, la règle est moins rigide et dans la direction large, elle est plus rigide . Sauf si le matériau de la règle est anisotrope, la résistance ne change pas avec l'orientation, et à moins qu'une défaillance ne soit prévue, la résistance ne joue aucun rôle dans la conception du faisceau, sauf pour la sélection du matériau.

— wwarriner

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La rigidité est la propriété que l'utilisateur observe, mais la force de la poutre est modifiée lorsque vous modifiez l'orientation des charges appliquées. la résistance du matériau ne change pas, mais la résistance du faisceau change. Étant donné que le module de section est le moment d'inertie (qui contrôle la rigidité) divisé par la distance extrême des fibres, la résistance et la rigidité sont corrélées pour un matériau donné, et pour une compréhension intuitive des propriétés de la section, nous n'avons pas besoin de différencier.

— Ethan48

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Un faisceau cylindrique n'est probablement pas le meilleur faisceau pour une situation donnée. Cela ne signifie pas qu'il n'y a pas de situations spécifiques où une poutre cylindrique serait utile.

Avantages

Peut résister à la même charge dans n'importe quelle direction ou combinaison de directions. Il est aussi fort dans le sens horizontal que vertical.
Pas besoin de s'inquiéter ou de vérifier l'état limite de flambement torsionnel latéral (LTB).
Fonctionne bien comme poutre-colonne (moments et charges axiales ensemble).
La forme circulaire peut avoir moins de surface que les autres formes lorsque l'on considère des éléments comme la zone peinte ou l'accumulation de glace.

Les inconvénients

Pas aussi efficace (poids du matériau par résistance) qu'une forme en I pour des charges dans une seule direction.
Les sections peuvent être difficiles à trouver ou plus coûteuses que les formes plus courantes.
Les connexions aux extrémités et aux autres membres venant du côté sont plus compliquées.
Les raidisseurs sous les zones de charges concentrées sont plus difficiles à concevoir et à fabriquer.

À moins que l'un des éléments de la liste des «avantages» ne l'emporte largement sur les «inconvénients», un faisceau cylindrique n'est probablement pas la meilleure option.

— hazzey
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L'utilisation d'une poutre horizontale cylindrique est imprudente en ce qu'elle a un poids supplémentaire qui n'offre aucune résistance supplémentaire.Par conséquent, vous payez pour un matériau inutile qui n'est pas judicieux, sauf si des problèmes esthétiques nécessitent l'utilisation de la forme du cylindre. Des charges latérales très inhabituelles peuvent rendre l'utilisation d'une poutre cylindrique une option mais ces forces sont normalement traitées avec d'autres composants de conception.

— user416
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Ne pourriez-vous pas inscrire le cylindre à l'intérieur d'un prisme au lieu de le circonscrire? De cette façon, vous utiliseriez moins de matériel.

— HDE 226868

@ HDE226868 Je ne comprends pas bien votre question ici, mais si vous êtes toujours curieux, vous pouvez la poster comme une question à part entière avec un croquis.

— Ethan48

@ Ethan48 Cette réponse semble supposer que la section transversale du cylindre est plus grande que la section transversale d'un carré. Il s'agit essentiellement de circonscrire la section transversale. Je suggère de l'inscrire à la place, ce qui en fait pèserait moins. L'ai-je mal interprété?

— HDE 226868

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Je pense que ce qu'ils voulaient dire (mais ne l'ont pas dit explicitement), c'est que pour une exigence de force de faisceau donnée, le faisceau cylindrique pèsera plus. Certes, vous pouvez faire des poutres circulaires plus petites que les autres sections transversales, mais elles seront plus faibles que les autres formes de section transversale avec la même zone.

— Ethan48