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Festigkeitslehre

Biegespannung

Welche Spannung erzeugt ein Biegemoment in der Randfaser eines Trägers?

Umstellen nach

Ein Biegemoment M_b erzeugt im Querschnitt eine linear über die Höhe verteilte Normalspannung: Zug auf der einen, Druck auf der anderen Seite, null in der neutralen Faser. Die größte Spannung tritt in der Randfaser auf und beträgt σ_b = M_b / W mit dem Widerstandsmoment W des Querschnitts. Diese Randspannung ist der Bemessungswert für Träger, Pfetten, Wellen, Achsen und Hebel.

Die Formel setzt gerade Biegung um eine Hauptachse voraus und gilt im linear-elastischen Bereich (Bernoulli-Hypothese: Querschnitte bleiben eben). Zusätzlich vorhandene Normal- oder Querkräfte sind hier nicht enthalten; bei schlanken Walzprofilen ist der Einfluss der Querkraft auf die Biegespannung in der Regel vernachlässigbar.

Einheiten: Das Biegemoment wird in N·mm eingesetzt (1 kN·m = 1 000 000 N·mm), W in mm³ (1 cm³ = 1 000 mm³), dann ergibt sich σ_b in N/mm².

Größen und Einheiten

SymbolBedeutungEinheit
Biegespannunggrößte Normalspannung in der Randfaser (Zug auf der einen, Druck auf der anderen Seite)N/mm²
BiegemomentBiegemoment an der betrachteten Stelle (1 kN·m = 1 000 000 N·mm)N·mm
Widerstandsmomentaxiales Widerstandsmoment um die Biegeachse (Profiltabelle: 1 cm³ = 1 000 mm³)mm³

Rechner

N/mm²
N·mm
mm³

Ergebnis

Rechenweg

  1. Werte eintragen, eine Größe leer lassen, „Lösen“ drücken.

Ergebnis ohne Gewähr – ersetzt keine Fachplanung.

Beispiel

Ein Hallenträger IPE 240 (W_y = 324 cm³ aus der Profiltabelle) wird in Feldmitte mit einem Biegemoment von 60 kN·m belastet. Wie groß ist die Biegespannung?

  1. Umrechnen: M_b = 60 kN·m = 60 · 1 000 N · 1 000 mm = 60 000 000 N·mm; W = 324 cm³ = 324 000 mm³.
  2. Formel: σ_b = M_b / W.
  3. Einsetzen: σ_b = 60 000 000 N·mm / 324 000 mm³ ≈ 185,2 N/mm².
  4. Bewertung: Bei S235 (R_e = 235 N/mm²) ergibt das eine Sicherheit gegen Fließen von nur 1,27; bei S355 wären es 1,92. Für den Hallenträger wäre S355 oder ein größeres Profil zu wählen (Nachweis nach DIN EN 1993-1-1).

Ergebnis: ≈ 185 N/mm²

Gültigkeit & Hinweise

  • Gilt für gerade Biegung um eine Hauptachse im elastischen Bereich; W ist auf dieselbe Achse zu beziehen.
  • Bei unsymmetrischen Querschnitten (z. B. T-Profil) ist das kleinere Widerstandsmoment maßgebend.
  • Zusätzliche Normalkräfte überlagern sich linear: σ = N / A ± M_b / W.

Typische Fehler

  • Biegemoment in kN·m einsetzen, ohne auf N·mm umzurechnen (Faktor 10⁶).
  • W um die falsche Achse (W_z statt W_y) aus der Profiltabelle entnehmen.