Tビーム

建設に使用されるTビーム（またはティービーム）は、大文字の「T」字型の断面を持つ、鉄筋コンクリート、木材、または金属の荷重支持構造です。T字型断面の上部は、圧縮応力に抵抗するフランジまたは圧縮部材として機能します。圧縮フランジの下のビームのウェブ（垂直セクション）は、せん断応力に抵抗する役割を果たします。高速道路橋^[1]に使用される場合、ビームの下部には鉄筋が組み込まれ、曲げ時に発生する引張応力に抵抗します。^[2]

T ビームは、I ビーム(「Ɪ」形状) に比べて大きな欠点があります。これは、鋼材セクションに適用可能な引張力に対処するための下部フランジがないためです。T ビームを構造的に効率化する 1 つの方法は、ビームの上部を床スラブまたは橋床板で結合した逆 T ビームを使用することです。適切に実行すると、スラブは圧縮フランジとして機能します。

T ビームは、ビーム内部の抵抗または内部補強によって大きな荷重に耐えることができる構造要素です。ある意味では、T ビームは、人類が初めて橋脚とデッキで橋を架けた頃にまで遡ります。結局のところ、T ビームは、ある意味では、上部に水平なベッドがある柱、または逆 T ビームの場合は下部に水平なベッドがある柱にすぎません。^[3]ビームの張力を担う垂直部分はウェブまたはステムと呼ばれ、圧縮を担う水平部分はフランジと呼ばれます。ただし、使用される材料は長年にわたって変化していますが、基本的な構造は同じです。高速道路の高架、建物、駐車場などの T ビーム構造では、ウェブがフランジと結合する下側に余分な材料が追加され、T ビームのせん断応力に対する脆弱性が軽減されています。^[4]ただし、T ビームの設計をより深く調査すると、いくつかの違いが明らかになります。

I 型梁と異なり、T 型梁には底フランジがありません。そのため、材料の節約になりますが、引張力に対する抵抗力は失われます。^[5] T 型梁の設計には、使用場所 (高速道路橋、地下駐車場など) や、特定の用途での梁の曲げに関連する張力、圧縮、せん断応力にどのように抵抗する必要があるかに合わせて、さまざまなサイズ、長さ、幅があります。ただし、より複雑な梁構造を研究する人の中には、T 型梁の単純さに疑問を抱く人もいます。たとえば、ある研究者グループは、円形のウェブ開口部を持つプレテンション逆 T 型梁をテストし、^{[6]結果はまちまちですが概ね良好でした。より複雑な構造を作成するために費やした余分な時間と労力は、その後}建設に使用された場合、価値があるとわかるかもしれません。特定の T 型梁の用途に合わせて、最も適切な材料を選択する必要があります。

鋼鉄T形梁の製造工程には、熱間圧延、押し出し、板溶接、圧入が含まれます。2枚の鋼板を挟んで接続する大きなローラーの工程は、圧入と呼ばれ、非耐荷重梁では一般的な工程です。現実には、今日のほとんどの道路や橋梁では、設計にコンクリートも取り入れることがより現実的です。T形梁の建設のほとんどは、鋼鉄またはコンクリートのみではなく、2つの複合材料、すなわち鉄筋コンクリートで行われます。^[7]この用語は、数多くの補強手段のいずれかを指す可能性がありますが、一般的に、その定義は鉄筋の周りに注がれたコンクリートに限定されています。これは、タスクに使用できる材料を検討する際に、エンジニアは、単一の材料では作業に十分ではない可能性を考慮する必要があることを示しています。むしろ、複数の材料を組み合わせることが最善の解決策である可能性があります。したがって、鋼鉄とコンクリートを組み合わせることが理想的であることがわかります。

コンクリートだけでは脆いため、ウェブとフランジが接合する部分でT型梁が受けるせん断応力の影響を過度に受けます。これが、T型梁で鋼がコンクリートと組み合わされている理由です。せん断応力の問題により、荷重がかかったときにフランジがウェブから外れて破損する可能性があります。^[8]これは、現実に発生すると悲惨な結果になる可能性があります。したがって、コンクリートT型梁の補強によりその可能性を軽減することが非常に重要です。このような複合構造では、コンクリートと鋼の理想的な配分など、設計の詳細について多くの疑問が生じます。「目的関数を評価するには、鋼とコンクリートのコストの比率が必要です」。^[9]これは、複合T型梁の設計のあらゆる側面について、十分な情報がある場合のみ方程式が作成されることを示しています。それでも、Chajes らが述べているように、外部の繊維ベースの補強材を使用する可能性など、一部の人が考慮していない可能性のある設計の側面があります。彼らは、テストした梁について次のように述べています。「すべての梁がせん断で破損し、複合補強材を使用した梁は優れた接着特性を示しました。外部補強材を使用した梁では、極限強度が 60 ～ 150 パーセント増加しました。」^[4]せん断力に対する抵抗に関しては、外部補強材は検討する価値のあるオプションです。このように、全体として、T ビーム設計の複数の重要な側面が、工学部の学生に印象づけられます。

I 型梁と比較した T 型梁の問題点は、下部フランジがないことです。さらに、弱い側にフランジがないため、引張強度が低くなり、梁の汎用性が低下します。

コンクリート梁はスラブと一体的に打設されることが多く、より強度の高い T 字型梁を形成します。これらの梁は、スラブ部分が圧縮荷重を支え、ステムの下部に配置された鉄筋が張力を担うため、非常に効率的です。T 型梁は通常、通常の長方形梁よりもステムが狭くなっています。これらのステムの間隔は通常 4 フィート 0 インチから 12 フィート 0 インチ以上です。ステムの上のスラブ部分は、ステム間をまたぐ一方向のスラブとして設計されています。^{[引用が必要]}

ダブルTビームまたはダブルティービームは、互いに接続した2つのTビームに似た耐荷重構造です。ダブルティーは、長さ約200フィート（61メートル）から500フィート（150メートル）のプレテンションベッドを使用してプレストレストコンクリートから製造されます。フランジ（水平セクション）と2つのウェブ（垂直メンバー）の強力な結合により、長いスパンを持ちながら高荷重に耐えることができる構造が作られます。ダブルティーの一般的なサイズは、フランジ幅が最大15フィート（4.6メートル）、ウェブの深さが最大5フィート（1.5メートル）、スパンの長さが最大80フィート（24メートル）以上です。^[10]

• テーパーTビームの図
• 正方形Tビームの図
• BS-4 標準鋼 T セクション ビーム テーブル、1993
• BS-4 標準鋼 T セクション ビーム テーブル、1971