Als een balk belast wordt met een bepaalde kracht dan moet een VLS getekend worden. Vaak is dit een zijaanzicht omdat zo gemakkelijk de momenten en reactiekrachten en hun locaties bepaald kunnen worden.
Het dwarsdoorsnede-oppervlak
Bij sterkteleer is naast dit aanzicht nog een aanzicht van belang, namelijk het vooraanzicht. Iets nauwkeuriger, het oppervlak van de dwarsdoorsnede van de balk is van belang.
In het kort komt het erop neer dat hoe groter het oppervlak van de dwarsdoorsnede des te beter.
Het oppervlaktetraagheidsmoment
Eerder is gesteld dat hoe groter het oppervlak van de dwarsdoorsnede des te gunstiger. Een van de redenen is dat een groot oppervlak leidt tot een groot oppervlaktetraagheidsmoment.
Het oppervlaktetraagheidsmoment, welke alleen maar afhankelijk is van de vorm en afmetingen, bepaalt de weerstand tegen buiging en hoe groter dit traagheidsmoment des te groter de weerstand.
Hieronder is een dwarsdoorsnede te zien van een rechthoek met de bijbehorende formules voor het oppervlaktetraagheidsmoment.
Er is te zien dat er 2 formules zijn, voor elke as een. De keuze voor welke is afhankelijk over welke as er gebogen wordt. Het is zo dat een moment een draaiende neiging heeft. Kijkend naar bovenstaande afbeelding kan er 2 kanten op gedraaid worden; om de x-as en om de y-as. Het is dan ook zaak om uit te vinden om welke as er geroteerd zou worden zodat de bijpassende formule gebruikt kan worden.
Het oppervlaktetraagheidsmoment voor samengestelde vlakken
Balken voor gebouwen zijn vaak niet alleen rechthoekig, want ook I en H-balken komen voor. Om voor deze profielen een oppervlaktetraagheidsmoment te berekenen zal er met de formules van de standaard doorsneden gewerkt moeten worden. Helaas is het niet zo dat een profiel opgedeeld wordt en dat elk afzonderlijk traagheidsmoment bij elkaar op geteld wordt, maar zal er meer moeten gebeuren.
- Deel het profiel eerst in makkelijke delen zoals bijvoorbeeld rechthoeken.
- Bepaal nu het gezamelijke zwaartepunt volgens de methode uitgelegd in statica-->zwaartepunt
- Nu moeten er per deel 2 dingen uitgerekend worden; het oppervlaktetraagheidsmoment en het product tussen het deeloppervlak en de afstand tussen het deelzwaartepunt en het gezamelijke zwaartepunt. Dit product moet gekwadrateerd worden.
- Tel beide uitkomsten bij elkaar op.
- Doe dit voor elk deel.
- Tel alle uitkomsten bij elkaar op voor het totale oppervlaktetraagheidsmoment.
Als voorbeeld:
De berekening is voor een oppervlaktetraagheidsmoment in de x-richting (horizontaal).
Het eerste wat in bovenstaande figuur gedaan is om de 4 zwaartepunten te krijgen is dat deze is opgedeeld in 3 rechthoeken. De gegevens staan hieronder:
Omdat de rechthoeken in zowel de x als de y-richting symetrisch zijn is het deelzwaartepunt van elke rechthoek afzonderlijk makkelijk te vinden, door gewoon het snijpunt van elke symetrie-as te nemen (C1 t/m C3).
Het gezamelijke zwaartepunt wordt dan berekend volgens de methode die bij statica is uitgelegd.
Nu is het zaak om de afstand deelzwaartepunt-gezamelijk zwaartepunt te berekenen. Deze afstand is altijd positief, want negatieve afstanden bestaan niet.
Ter controle wordt eerst het oppervlaktetraagheidsmoment van elke rechthoek afzonderlijk berekend als zij het alleen om deze rechthoek zou gaan. De gegegevens zijn later ook nodig voor de berekening.
Voor het totale oppervlaktetraagheidsmoment geldt echter:
Met andere woorden is het werkelijke oppervlaktetraagheidsmoment van elk deel de som van het eerdere berekende oppervlaktetraagheidsmoment en het product van het deeloppervlak en de afstand tussen deel-en gezamelijk zwaartepunt in het kwadraat.
Tel de uitkomsten van deze nieuwe deeloppervlaktetraagheidsmomenten bij elkaar op voor het oppervlaktetraagheidsmoment van het geheel.
De uiterste vezel
Bij bepaalde berekeningen is de uiterste vezel van belang. Dit is de afstand tussen het zwaartepunt en het uiteinde wat daar het meest vanaf ligt.
De uiterste vezel bevindt zich of boven het zwaartepunt of naast het zwaartepunt, dus schuin van het zwaartepunt kan niet.
Het polaire traagheidsmoment
Een ander traagheidsmoment is het polaire traagheidsmoment wat een mate is van weerstand tegen wringing, wat bij torsiebelasting voorkomt.
Bij het oppervlaktetraagheidsmoment kan deze gaan om de x of y-as, maar bij het polaire traagheidsmoment gaat deze om de z-as. Deze as staat loodrecht op het dwarsdoorsnede-oppervlak.
Om het polaire traagheidsmoment te berekenen is het een kwestie van optellen van Ix en Iy om Iz te krijgen. Iz is dan het polaire traagheidsmoment wat ook wel Ip genoemd wordt.
In de praktijk wordt bij torsieberekeningen alleen van het polaire traagheidsmoment van ronde doorsneden gebruik gemaakt en wordt bij andere doorsneden andere formules gebruikt.