Scherversuche

[612] Scherversuche. Der Scherversuch bezweckt die Ermittlung der Schubfestigkeit der Baustoffe.

In der einfachsten Art wird er ausgeführt, indem man den geraden prismatischen Probestab zwischen zwei messerartige Backen B bringt (Fig. 1), die mit der gemessenen Kraft P gegeneinander verschoben und so geführt werden, daß die Flächen k und k₁ der beiden Backen in einer Ebene liegen. Man setzt hierbei voraus, daß die Kräfte P mit dem Querschnitt o o₁ zusammenfallen. Dies trifft indessen nur anfänglich bei Berührung zwischen Backen und Stab zu. Mit wachsender Belastung wird der Flächendruck unter den Backen so groß, daß die Quetschgrenze (s. Druckversuch) des Materials überschritten wird. Die Backen dringen nach Fig. 2 in den Stab ein und wirken nun in je einer Fläche. Die Kräfte P rücken hierbei nach rechts und links aus der Querschnittsebene heraus und erzeugen ein rechtsdrehendes Kräftepaar. Neben Schubspannungen treten hierdurch Biegungsspannungen im Stabe auf. Ferner entstehen zwischen den Flächen k und k₁ der Backen und dem anliegenden Material des Stabes Reibungswiderstände, die von den äußeren Kräften P mit überwunden werden müssen. Schließlich kommt noch hinzu, daß die Scherbacken mehr auf Durchschneiden des Stabes wirken als auf Verschieben der beiden Stabteile zu beiden Seiten von Querschnitt o o₁ gegeneinander. Wegen dieser Mängel in der Versuchseinrichtung Fig. 1 ist man bei Materialprüfungen dazu übergegangen, die Scherversuche nach Fig. 3 zweischnittig auszuführen. Hierbei ist die schneidende Wirkung der Scherbacken vermieden, aber nicht die Inanspruchnahme auf Biegung. Sind a und b (Fig. 3) die Breiten der Scherbacken, so berechnet sich das Biegungsmoment M für[612] den mittleren Stabquerschnitt unter Annahme gleichmäßiger Verteilung der Belastung über a und b und unter Vernachlässigung der Reibungswiderstände zu

Bei genügend großem a und b reicht das Moment hin, den Stab in der Mitte zum Bruch zu bringen, bevor Abscheren eintritt [1], Man hat daher die Backen der doppelschnittigen Vorrichtung möglichst schmal zu machen, so zwar, daß die Breite gerade noch genügt, damit die Quetschgrenze des Materials unter der zum Abscheren erforderlichen Belastung nicht überschritten wird. Bei dem doppelschnittigen Scherapparat Bauart Martens [2] ist die Breite der auswechselbaren Backen gleich dem Durchmesser der Scherprobe, d.h. a = b = d gewählt. Der Apparat hat sich bewährt. Da er aber besonders bei sprödem Material noch Brüche im mittleren Querschnitt liefert, so ist es zweckmäßig, die Breite b der beiden seitlichen Backen noch kleiner zu wählen. Bei Materialprüfungen nimmt man nun trotz Auftretens der besprochenen Nebenspannungen an, daß den äußeren Belastungen P lediglich durch Schubspannungen in dem Probestabe das Gleichgewicht gehalten wird und daß diese gleichmäßig über den abzuscherenden Querschnitt verteilt sind. Alsdann berechnet sich die Schubspannung τ aus der Belastung P und dem Stabquerschnitt f nach den Gleichungen τ = P : f bei der einschnittigen Vorrichtung und τ = P : 2 f bei der zweischnittigen Vorrichtung.