Einfeldträger

Beispiel für Einfeldträger mit Auflagerreaktionen

Der Einfeldträger oder auch Träger auf zwei Stützen ist das einfachste statische Element. Er ist das Grundelement vieler Brücken und Gebäude und wird in der Technischen Mechanik häufig als Übungsbeispiel verwendet.

Der Träger ist statisch bestimmt. Unter Belastung entstehen in den beiden Lagern drei Auflagerreaktionen. Die Auflagerkräfte können ohne aufwändige Rechenverfahren ermittelt werden.

Äußere Kräfte

Auflagereaktionen

$A_{v}$	vertikale Auflagerreaktion in Auflager A (Festlager; Gelenklager)
Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle A_h}	horizontale Auflagereaktion in Auflager A
Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle B_v}	vertikale Auflagerreaktion in Auflager B (Loslager; Rollenlager)
Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle B_h=0}	horizontale Auflagerreaktion in Auflager B (verschwindet, da reibungsfrei beweglich gelagert)

Lasten

Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle F_n}	äußere Kräfte Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle F_1} , Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle F_2} usw.
Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle M_n}	äußere Momente $M_{1}$, Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle M_2} usw.
Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle q}	Streckenlast

Innere Kräfte (Schnittgrößen)

Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle N_x}	Normalkraft im Balken
Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle Q_z}	Querkraft im Balken
Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle M_y}	Moment im Balken

Gleichgewichtsbedingungen

Alle äußeren Lasten und alle Auflagerkräfte sind im Gleichgewicht.

• Summe aller Vertikalkräfte: z. B. Fehler beim Parsen (Konvertierungsfehler. Der Server („https://wikimedia.org/api/rest_“) hat berichtet: „Cannot get mml. Server problem.“): {\displaystyle \sum F_{v}=0=F_{1,z}+F_{2,z}+A_{v}+B_{v}}
• Summe aller Horizontalkräfte: z. B. Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \sum F_h=0=F_{1,x} +F_{2,x} +A_h}
• Summe aller Momente: z. B. Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \sum M_A=0=F_{1,z} \cdot x_1 +F_{2,z} \cdot x_2+B_v \cdot L}

In den drei Formeln sind drei Unbekannte enthalten $A_{v}$, Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle A_h } , Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle B_v } , die nach mathematischen Regeln lösbar sind. Es sind die Vorzeichen allerdings strikt zu beachten. Hier und in der oberen Skizze sind positiv: Vertikale Kräfte von oben nach unten, Horizontale Kräfte von links nach rechts, rechtsdrehende Momente.

Maximales Biegemoment bei Gleichlast

Gleichlast, System und Momentenlinie

Als maximales Biegemoment eines Einfeldträgers mit Gleichlast ergibt sich:

Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle M_\mathrm{max} = \frac{q \cdot l^2}{8}}

Formelsymbole

Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle M_\mathrm{max}}	maximales Biegemoment in Feldmitte [kNm]
Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle q}	Streckenlast [kN/m]
Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle l}	Stützweite des Trägers [m]

Mit dieser Formel lassen sich auch viele andere statische Systeme in guter Näherung (auf der sicheren Seite) berechnen. Sie wird daher gerne für Überschlagsrechnungen ohne EDV-Unterstützung verwendet. Für den gelenkig gelagerten Einfeldträger mit Gleichlast ist die Formel allerdings eine exakte Lösung. Die Momentenlinie bildet dabei immer eine Parabel.

Herleitung:

Aus den Summenformeln für horizontale und vertikale Kräfte ergibt sich folgendes:

Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle A_h=0\,}

Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle A_v=B_v= \frac{q \cdot l}{2}}

Die x-Achse wird in diesem Fall von links und in A beginnend angenommen:

Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle M(x)= A_v \cdot x - q \cdot x \cdot \frac{x}{2}}

Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle M(x)= q \cdot l \cdot \frac{x}{2} -q \cdot \frac{x^2}{2}}

Das Maximalmoment ist immer an der Stelle, wo die erste Ableitung der Momentenlinie null ist. Die erste Ableitung von M(x) nach x ergibt folgende Formel:

Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle M'(x) = q \cdot \frac {l}{2}-q \cdot x }

Nullsetzen der Formel ergibt einen x-Wert für die Stelle des lokalen Maximums:

Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle 0=q \cdot \frac {l}{2}-q \cdot x }

Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle x= \frac {l}{2}}

Durch Einsetzen dieses Wertes in M(x) erhält man:

$M(x)=M_{\mathrm {max} }={\frac {q\cdot l^{2}}{8}}$

Parabelstich

Datei:Ql-2-8-2.png

Belastung, System und Momentenlinie

Die obige Formel kann ebenfalls dazu verwendet werden, den Parabelstich zu ermitteln, wenn neben einer Gleichlast auch einzelne Lasten auftreten (Knick in der Momentenlinie).

Siehe auch

• Träger (Architektur)
• Balkentheorie
• Statische Berechnung

Literatur

• A. Goris (Hrsg.): Schneider Bautabellen für Ingenieure. 20. Auflage. Werner Verlag, Köln 2012, ISBN 978-3-8041-5251-9, S. 4.2 ff.