Ροπή αντίστασης

Ροπή αντίστασης (section modulus: μέτρο αντίστασης διατομής) είναι μία γεωμετρική ιδιότητα δεδομένης διατομής, που χρησιμοποιείται κατά το σχεδιασμό δοκών ή καμπτόμενων μελών γενικότερα. Άλλες γεωμετρικές ιδιότητες που χρησιμοποιούνται στο σχεδιασμό, περιλαμβάνουν τις επιφάνειες εφελκυσμού και διάτμησης, την ακτίνα αδράνειας για θλιβόμενα στοιχεία, τη ροπή αδράνειας καθώς και την πολική ροπή αδράνειας για τη δυσκαμψία (συγκεκριμένα δυστρεψία όσον αφορά τη στρέψη). Κάθε σχέση ανάμεσα σε αυτές τις ιδιότητες εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το σχήμα. Οι εξισώσεις για τις ροπές αντίστασης κοινών σχημάτων διατομής δίνονται παρακάτω. Υπάρχουν δύο τύποι ροπών αντίστασης, η ελαστική (S) και η πλαστική (Z). Η ροπή αντίστασης μπορεί επίσης να ληφθεί με αριθμητικές τιμές για τα κοινά προφίλ, στους πίνακες ιδιοτήτων διατομών.

Σημειογραφία

Η βορειομερικάνικη και η Βρετανική/Αυστραλιανή σύμβαση κάνουν αντίστροφη χρήση των S & Z. Η ελαστική ροπή αντίστασης συμβολίζεται με S στη Βόρεια Αμερική, αλλά με Z στη Βρετανία/Αυστραλία, και αντιστρόφως για τις πλαστικές ροπές. Ο ευρωκώδικας 3 (EN 1993 - Σχέδιο Χάλυβα) το επιλύει αυτό, χρησιμοποιώντας το W και για τα δύο, αλλά διακρίνει μεταξύ τους με τη χρήση δείκτες - Wελ και Wₚₗ.

Χρήση στη δομική μηχανική

Αν και γενικά η ροπή αντίστασης υπολογίζεται για την ακραία εφελκυστική ή θλιπτική ίνα σε ένα καμπτόμενο στοιχείο, συχνά η θλιβόμενη περιοχή δημιουργεί την κρίσιμη περίπτωση, λόγω ενεργοποίησης φαινομένων καμπτοστρεπτικού λυγισμού. Γενικά (εκτός από ψαθυρά υλικά όπως το σκυρόδεμα) οι ακραίες εφελκυόμενες ίνες έχουν μια υψηλότερη επιτρεπόμενη πίεση ή αντοχή από τις θλιβόμενες ίνες.
Στην περίπτωση διατομών σχήματος T, αν υπάρχουν εφελκυόμενες ίνες στο κάτω μέρος του T μπορεί να είναι ακόμα πιο κρίσιμες από τις θλιβόμενες ίνες στο πάνω τμήμα εξαιτίας μιας γενικά πολύ μεγαλύτερης απόστασης από τον ουδέτερο άξονα, έτσι ώστε παρά το γεγονός ότι έχουν μια υψηλότερη επιτρεπόμενη τάση η ελαστική ροπή αντίστασης είναι χαμηλότερη. Σε αυτή την περίπτωση καμπτοστρεπτικού λυγισμού, πρέπει ακόμα να αξιολογηθεί το μήκος της δοκού και οι δεσμεύσεις, που μπορεί να οδηγήσουν σε μειωμένη επιτρεπόμενη θλιπτική τάση λόγω κάμψης ή μειωμένη αντοχή.
Μπορεί επίσης να υπάρχει μια σειρά από διαφορετικές κρίσιμες περιπτώσεις που απαιτούν προσοχή, όπως το να υπάρχουν διαφορετικές τιμές για τους ορθογώνιους και τους κύριους άξονες και στην περίπτωση διατομών γωνιακών με άνισα τμήματα (πέλματα) στους κύριους άξονες, υπάρχει μια ροπή αντίστασης για κάθε γωνία.
Για ένα συντηρητικό (υπέρ της ασφάλειας) σχεδιασμό, οι μελετητές πολιτικοί μηχανικοί συχνά ανησυχούν για το συνδυασμό του υψηλότερου φορτίου (εφελκυστικού ή θλιπτικού) και της χαμηλότερης ελαστικής ροπής αντίστασης για ένα δεδομένο τμήμα του στοιχείου, αν και στην περίπτωση που η φόρτιση είναι καλά κατανοητή μπορεί κανείς να επωφεληθεί από τις διαφορετικές τιμές για εφελκυσμό και θλίψη, ώστε να πετύχει πιο αποδοτικό (οικονομικό) σχεδιασμό. Σε αεροναυπηγικές και διαστημικές εφαρμογές όπου ο σχεδιασμός πρέπει να είναι πολύ λιγότερο συντηρητικός για την εξοικονόμηση βάρους, συχνά απαιτούνται κατασκευαστικές δοκιμές για να εξασφαλιστεί η ασφάλεια, μιας και η εξάρτηση από τη δομική ανάλυση και μόνον είναι πιο δύσκολη (και ακριβή) για να πιστοποιηθεί.