Schnittlasten: Innere Kräfte am Balken

Der Balken ist gelagert durch ein Festlager am Punkt A und ein Loslager am Punkt B.

Auf den Balken wirken zwei Kräfte F1 und F2 ein.

Schnittlasten

Um die Gleichungen ohne Trigonometrie zu lösen wird die im Winkel α angreifende Kraft schon in der Skizze in die Kräfte F1x und F1y eingeteilt.

Schnittlasten

Es stehen zudem drei Längen a, b und c zur Verfügung.

Berechnung der Lagerkräfte

Als einzelne Aufgabe ist die Berechnung der Lagerkräfte zwar nicht unbedingt notwendig, jedoch hilfreich.

Schnittlasten

Der Balken befindet sich in Ruhe, es ist die Statik gegeben, daher gleichen sich alle Kräfte gegenseitig aus.

Aus dem Gleichungssystem resultieren folgende Lagerkräfte:

Berechnung der Schnittgrößen

Die Schnitte werden zwischen den relevanten Kräften (in diesem Beispiel sind alle Kräfte relevant) gesetzt; Es ergeben sich daher drei Schnitte und sechs Teilsysteme (drei Teilsystempaare, es wird nachfolgend nur auf die jeweils rechte Seite eingegangen).

Schnittlasten

In diesem Beispiel werden nur die positiven Schnittufer betrachtet, die Erschließung der Schnittlasten erfolgt von links nach rechts.

Erstes Teilsystem

Schnittlasten

Bei der Berechnung des Moments am Schnittpunkt wird die Länge a als Hebel verwendet. Der Hebel darf auch kleiner sein (um den Schnittpunkt zu verschieben), jedoch nicht größer als die Länge a!

Mit diesem Gleichungssystem können die gesuchten Kräfte (innere Normal- und Querkraft und das innere Moment) durch mathematische Lösung erschlossen werden.

Es ist nun bekannt, welche Abhängigkeiten der inneren Kräfte von den bekannten Größen (einwirkende Kräfte F1 und F2 sowie die Längenangaben) bestehen. Nach diesem Prinzip ist auch bei den Schnittgrößen an den anderen Schnitten vorzugehen.

Zweites Teilsystem

Das zweite Teilsystem nähert sich bis unmittelbar vor der Laberkraft am Punkt B.

Schnittlasten

Drittes Teilsystem

Schnittlasten

Alternative: Rückschlüsse aus den bereits errechneten Schnittlasten

Unter Miteinbeziehung negativer Schnittufer ist auch die Betrachtung mit absolutem Freischnitt (die drei imaginären Schnitte haben den Balken komplett in unabhängige Einzelteile zerlegt) möglich.

Dieses Verfahren kommt vor allem dann zur Anwendung, wenn die Konstruktion sehr komplex ist.
Der Nachteil liegt in der Abhängigkeit der inneren Kräfte von anderen inneren Kräften.

Es ist beim (von rechts aus) ersten Schnitt genauso zu verfahren, wie bereits beim ersten Schnitt geschehen.

Das zweite Teilsystem hat dann zwei entgegengesetzte innere Kräfte gleicher Größe (Q1 = Q2, N1 = N2, M1 = M2).

Schnittlasten

Das letzte Teilsystem, welches am (von rechts aus) am dritten Schritt beginnt, hat dann wieder nur einen Schnitt (mit negativem Schnittufer).