Scherkräfte

Scherkräfte sind innere Kräfte in Bauteilen, die sich parallel zur Querschnittsebene auswirken. Sie bewirken Scherung zwischen benachbarten Materialschichten und wirken den Normalspannungen entgegen. In der Statik ergeben sich Scherkräfte aus dem Gleichgewicht äußerer Lasten und sie erscheinen als Reaktionskräfte an den Querschnitten.

Im Bau- und Maschinenwesen werden Scherkräfte vor allem durch Biege-, Torsions- oder gemischte Belastungen verursacht. Die verteilten Scherspannungen entlang eines Bauteils werden durch die Scherkraft V beschrieben; in der Praxis wird oft ein Schubdiagramm erstellt, das die Veränderung von V entlang des Bauteils zeigt. Die Richtung der Scherkräfte folgt der Lastordnung und der Querschnittsgeometrie.

Die Scherkräfte erzeugen Schubspannungen im Querschnitt. Für viele rechteckige oder kreisförmige Querschnitte gilt die Näherungsformel τ = VQ/(Ib). V ist die lokale Scherkraft, Q der first moment des Flächenanteils oberhalb der Schnittlinie, I das Flächenträgheitsmoment des Querschnitts und b die Breite des betrachteten Streifens. Die Formel erklärt, warum in schmaleren Bereichen höhere Schubspannungen auftreten.

Anwendungsbereiche umfassen Tragwerke wie Brücken und Träger, Zahnräder, Wellen und andere Maschinenelemente. Scherkräfte werden aus äußeren Lasten abgeleitet und durch Versuche (Schubtests) oder Messungen (Dehnungsmessstreifen) verifiziert.

Zusammengefasst bezeichnen Scherkräfte die parallel zur Querschnittsebene wirkenden inneren Kräfte; ihre Berücksichtigung ist zentral für Tragfähigkeitsnachweise, Sicherheit und Materialausnutzung neben den Normalspannungen.