Querschnittsscherkräfte

Querschnittsscherkräfte sind die auf einer gedachten Querschnittsfläche in einem festen Körper wirkenden inneren Kräfte, die die beiden Teile des Körpers gegeneinander im Gleichgewicht halten. Sie entstehen, wenn äußere Lasten den Körper belasten und eine Spannung im Bereich der Schnittfläche erzeugen. Am Schnitt treten typischerweise eine Komponente normal zur Schnittfläche (Normalkraft N) und eine oder mehrere Komponentení der Ebene der Schnittfläche als Schubkraft (V) auf. Die Größen und Richtungen dieser Kräfte hängen von der Geometrie des Querschnitts, der Lage des Schnitts und den Randbedingungen ab.

Zur Bestimmung wählt man eine Schnittfläche durch das Bauteil und betrachtet einen Teil. Die Querschnittskräfte müssen das Gleichgewicht dieses Teilvolumens erfüllen. Das innere Resultat der Schnittfläche entspricht dem negativen Resultat der äußeren Kräfte des betrachteten Teils. In der Balken- oder Stabtheorie werden N, V und M (Moment) verwendet, wobei V die Querkraft (Schubkraft) bezeichnet. Die Beziehung M′(x) = V(x) verdeutlicht, wie sich das Moment mit der Querkraft entlang des Bauteils verändert.

Anwendung finden Querschnittsscherkräfte in der statischen Berechnung von Tragwerken, in der Festigkeitsanalyse von Bauteilen und in numerischen Verfahren wie der Finite-Elemente-Methode. Die Verteilung der Schubkraft über den Querschnitt ist entscheidend für die Auslegung gegen Schubversagen; je nach Form und Belastung kann sie unterschiedlich stark ausfallen.

Sie dienen als Grundlage für das Verständnis von Normalbelastungen (N) und Schubbelastungen (V) in Bauteilen und bilden zusammen mit dem Biegemoment (M) das Grundgerüst der klassischen Strukturanalyse.