Как работает швеллер на нагрузку. Какую нагрузку выдерживает швеллер

Полученные результаты позволяют определить, действительно ли швеллер подходит для той или иной части конструкции.

Какую нагрузку выдерживает швеллер — расчеты на прочность и жесткость

В производстве различают швеллеры в виде гнутых и горячекатаных профилей. Их легко отличить даже неспециалисту — горячекатаный швеллер имеет ярко выраженные ребра, а гнутый — слегка закругленные ребра. Другие особенности различных типов водостоков можно определить по их маркировке.

Буквы A, B и C указывают, особенно для горячекатаных каналов, что они были прокатаны с высокой (A), повышенной (B) или нормальной точностью (C).

Высота поперечного сечения, выраженная в сантиметрах, обозначается номером швеллера.

Ширина поперечного сечения относится к ширине фланца и может составлять от 32 до 115 мм. Обозначение канала, например, 10P, относится к высоте и типу поперечного сечения. Высота сечения является основным элементом обозначения швеллера. Номер канала указывает на высоту в сантиметрах, а буквы рядом с ним указывают на то, что поперечное сечение канала может быть

1) с наклонными поверхностями (серии U и C), где U — наклон, а C или Sb — специальные серии. 2) с параллельными поверхностями (серии P, E и L), где E — экономическая серия, а L — легкая серия. Буквы С (например, 18С, 20С и т.д.) встречаются на изделиях, предназначенных для автомобильной промышленности или для производства железнодорожных вагонов (ГОСТ 5267.1-90). Иногда встречаются и экзотические виды желобов. Например, ГОСТ 21026-75 определяет параметры желоба с изогнутым фланцем (используется при производстве вагонов для горно-металлургической промышленности).

Наиболее распространенные размеры водостоков

Каналы с номерами от 8 до 20 являются наиболее популярными среди потребителей. Их геометрические параметры в P-серии (т.е. с параллельными гранями) и Y-серии (с наклонной внутренней гранью) одинаковы, разница лишь в радиусе кривизны и углах наклона фланца.

В основном используется для усиления конструкций в жилых и промышленных зданиях. Она изготавливается из полужесткой (3PS) и жесткой (3SP) углеродистой стали, которая характеризуется отличной свариваемостью.

широко используется в машиностроении, станкостроении и других отраслях промышленности. Он также успешно используется при строительстве мостов, стен и несущих колонн в оболочке промышленных зданий.

Он очень похож на швеллер восьмерки, но обладает более высокими прочностными и несущими свойствами, что позволяет снизить напряжение стали конструкций, выполненных с его использованием.

— Желоб — один из самых распространенных типов желоба; он используется в строительстве для жесткого усиления несущих частей, придавая им дополнительную прочность и жесткость. Желоб 14 выпускается в стандартном и высокоточном исполнении.

Желоб 20 используется в качестве несущего элемента для усиления мостов, для усиления перекрытий (в том числе композитных) в высотных зданиях и для кровельных панелей.

Благодаря своим высоким эксплуатационным характеристикам, Желоб 20 часто используется в конструкциях с высокими динамическими и статическими нагрузками.

Существуют и нетрадиционные области применения швеллеров. Например, перфорированный (т.е. перфорированный) швеллер позволяет собирать металлические конструкции без сварки, что значительно сокращает время сборки. Большая высота фланцев и большие расстояния между фланцами наиболее подходят для перфорированных швеллеров. Такие изделия маркируются буквами ШП — «перфорированный швеллер» и чаще всего используются при строительстве временных сооружений (например, строительных лесов) или складских стеллажей.

Предварительные соображения

Калькулятор позволяет рассчитать балки для различных схем крепления и нагрузок. Нагрузки на балки могут быть распределенными («q» на схемах 3, 4, 5, 9, 15 и т.д.) или сосредоточенными («P» на схемах 1, 2, 6, 7, 8 и т.д.).

Читайте также: Деревянные пильные полотна ручной работы

Расположение балок может быть: a) «Embed — Embed», когда оба конца балки жестко соприкасаются (заделаны), схемы 6,7,8,9. c) «Hinge — Hinge», (схемы 12,13,14,15 и др. ), где левый шарнир неподвижен, а правый подвижен. d) «Интеграция — Шарнир», (схема 9,10,11 и др.), (схема 9,10,11 и др.). e) «Шарнир — Шарнир», (схема 6,9,10,12,13,14,14 и др.), где правый шарнир подвижен. )

Жесткий конец препятствует вращению и перемещению балки в любом направлении. Неподвижный шарнир позволяет вращать балку только в точке ее прикрепления к вертикальной плоскости. Подвижный шарнир позволяет вращать балку в вертикальной плоскости в точке крепления и перемещать вокруг собственной оси.

Эти перемещения очень малы и обусловлены деформацией балки под нагрузкой. Наиболее важным видом этой деформации является удлинение, величина которого зависит не только от нагрузки, приложенной к балке, но и от длины балки, размеров ее поперечного сечения и физических свойств материала, в данном случае модуля упругости («Е»). Модуль упругости углеродистой стали составляет (2-2,1)10^5 МПа, легированной — (2,1-2,2)10^5 МПа, поэтому калькулятор выдает среднее значение 2,1*10^5 МПа, т.е. 2142000 кг/см.

Из размерных характеристик сечения балки для расчета деформации используется момент инерции сечения («I»); величина деформации также зависит от положения испытываемой точки балки относительно опор. Допустимый изгиб балок определяется назначением и расположением в конструкции и регламентируется соответствующим СНП; в легких случаях он не должен превышать 1/120 — 1/250 длины балки.

ПОЭТОМУ РЕКОМЕНДУЕТСЯ ПРОВЕРИТЬ ПРИЕМЛЕМОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТА.

При проектировании ответственных сооружений и конструкций используются швеллерные балки, которые обладают высокой прочностью и могут выдерживать значительные нагрузки и возникающие при этом сдвиговые и осевые напряжения без потери несущей способности. Однако может случиться так, что конструкция была построена с ошибками в расчете прогнозируемых нагрузок или что они были изменены в процессе эксплуатации таким образом, что конструкция достигает предела прочности.

Это означает, что сооружение нельзя продолжать использовать, так как велика вероятность возникновения аварийной ситуации. Поэтому единственным выходом из этой ситуации, не меняя условий нагружения, является усиление конструкции.

Усиление швеллера на прогиб и изгиб

Одним из самых простых способов усиления канала является добавление опоры. Это значительно снижает нагрузку на несущую балку без существенного изменения конечной конструкции. Метод соединения должен быть полностью адаптирован к типу нагрузки: В случае постоянной сдвигающей силы можно использовать любые соединения, обеспечивающие высокую надежность и прочность, но в случае динамических сил следует использовать заклепки и болтовые соединения.

В некоторых случаях установка опорной балки невозможна из-за особенностей эксплуатации здания. Поэтому необходимо увеличить сечение путем наваривания стальных пластин или уголков в продольном направлении или наваривания другого швеллера таким образом, чтобы получилась симметричная конструкция. Таким образом, основная нагрузка берется с того места, где металл может лопнуть, и равномерно распределяется по поверхности новой балки.

Виды

Основной функцией рельса является поддержка и распределение нагрузок для обеспечения стабильности и долговечности конструкции, в которой он используется. Изгиб является одним из самых распространенных видов деформации во время эксплуатации и наиболее распространенной деформацией профиля. Однако это не единственный вид механического напряжения, которому подвергается стальной элемент.

К другим напряжениям относятся допустимый изгиб и критический изгиб. Первый приводит к пластической деформации изделия с последующим разрушением. При проектировании стальных рам инженеры проводят специальные расчеты, в которых определяют несущую способность здания, конструкции и элемента в отдельности, чтобы выбрать оптимальное сечение. Для успешного выполнения расчетов проектировщики используют следующие данные:

нормативная нагрузка, которая приходится на элемент;
тип швеллера;
длина перекрываемого элементом пролета;
число швеллеров, которые выкладывают рядом друг с другом;
модуль упругости;
типоразмеры.

Расчет максимальной нагрузки требует стандартных математических операций. В математике прочности существует несколько соотношений, которые можно использовать для определения несущей способности элемента и выбора оптимальной конфигурации.

Какую нагрузку выдерживает?

Швеллер — это один из самых распространенных видов металлопроката, используемый в строительстве стальных каркасов различных зданий и сооружений. Материал работает в основном на растяжение или изгиб. Производители выпускают различные профили с разными размерами поперечного сечения и марками стали, что отражается на несущей способности элементов. Другими словами, от типа металлопроката зависит, какую нагрузку он может выдержать, и для швеллеров 10, 12, 20, 14, 16, 18 и других вариантов максимальное значение нагрузки будет разным.

Наиболее распространенные типы швеллеров — 8-20, которые обладают наибольшей несущей способностью за счет эффективной конфигурации поперечного сечения. Элементы делятся на две группы: П — с параллельными гранями, У — с наклонными фланцами. Геометрические параметры ступеней одинаковы независимо от группы, разница заключается только в угле наклона поверхностей и радиусе их кривизны.

Швеллер 8

В основном они используются для усиления стальных конструкций внутри здания или сооружения. Для изготовления этих элементов используются малошумные или полумалошумные углеродистые стали, которые обеспечивают высокую свариваемость швеллеров. Изделие имеет низкий запас прочности, поэтому выдерживает нагрузки и не деформируется.

Швеллер 10

Благодаря улучшенному сечению обладает большим запасом прочности, поэтому часто выбирается проектировщиками. Он востребован в гражданском строительстве, машиностроении и станкостроении.

Швеллер 10 используется для мостов, корпусов промышленных зданий, где элементы устанавливаются в качестве несущих опор для формирования стен.

Алгоритм расчета нагрузки

Узнаем полную величину заложенной в проекте нагрузки на профиль и увеличиваем, умножив на коэффициент надежности по нагрузкам (находим в нормах);
Получившееся произведение умножаем на шаг швеллера;
Определяем максимальный изгибающий момент – информация по швеллеру находится в таблицах ГОСТ. Вычисляем: Мmax (изгибающий момент) в КилоНьютонах на метр равняется произведению расчетной нагрузки на квадрат длины швеллера. Уточнение: 1 кНм равен 102 кгсм.

Сопротивление изделия Wtr рассчитывается следующим образом: Mmax умножается на коэффициенты условий работы и делится на коэффициент, учитывающий пластическую деформацию — 1,12. Сравните результат с нормативами ГОСТа и определите параметры нужного профиля.

Важно. При расчете количества швеллеров всегда нужно брать чуть больше, чем получилось при расчетах.

Виды нагрузок и швеллеров

Вид А. «Стекла над крыльцом». К этому виду относятся балки с жесткими торцевыми частями. Нагрузка обычно прикладывается равномерно. Такие навесы могут быть крыльцами над террасами. Они изготавливаются методом сварки. Они состоят из двух швеллеров, соединенных со стеной, а пространство заполняется железобетоном.

Вид B. «Промежуточные перекрытияСтабильно поддерживаемые однопролетные балки, на которые нагрузка распределяется равномерно. Обычно это балки перекрытия между этажами.

Вид C. «Модульная балконная балка». Эти балки имеют две консольные колонны, между которыми равномерно распределяется нагрузка, но которые находятся за пределами внешних стен. Это необходимо для создания опоры для балконных плит.

Вид D. «Под двумя фрамугами». Это балки проема с шарнирными опорами, на которые действуют две сосредоточенные силы. Обычно это карнизы, опирающиеся на другую пару балок перекрытия.

Вид E. «Под одной фрамугой». Это балки проема с шарнирной опорой, на которых сосредоточена одна сила. Обычно это перемычки, на которые опирается балка другого потолка.

После определения того, к какому типу относится швеллер и где приложена основная нагрузка, выбирается вид расчета.

Виды нагрузок и швеллеров

Прикидочный способ расчета нагрузки на швеллер

Для расчета необходимы следующие шаги:

-Сначала определите общую нагрузку, действующую на балку, и умножьте ее на коэффициент безопасности стандартной нагрузки.

-Полученный результат умножьте на расстояние между балками (в данном случае это относится к воздуховодам).

Следующим шагом является расчет максимального изгибающего момента.

Все данные для швеллера берутся из ГОСТа.

Формула выглядит следующим образом: Изгибающий момент Mmax равен расчетной нагрузке, умноженной на длину рельса в квадрате. Единица измерения — килотонны на метр. ( 1кНм = 102 кгсм).

Затем рассчитывается требуемый модуль упругости сечения балки.

Формула выглядит следующим образом: Модуль упругости сечения Wtr равен Mmax, умноженному на коэффициент условий эксплуатации и разделенному на 1,12 (это коэффициент для учета пластической деформации).

Это дает требуемое поперечное сечение. Обратите внимание, что количество каналов должно быть больше, чем требуемый момент поперечного сечения.

Видео по этой теме:

Расчет веса, стоимости

Рассчитать удельную массу сложно, гораздо проще использовать готовые данные (в таблицах) или воспользоваться электронным калькулятором — введите необходимую информацию и получите ответ на вопрос.

При покупке изделия важна цена водостока — она рассчитывается исходя из стоимости одного погонного метра. Она формируется исходя из высоты профиля и качества стали. Если это высококачественная, высокопрочная, низколегированная сталь, устойчивая к перепадам температур, то цена будет выше, чем на углеродистую сталь.

В большинстве случаев швеллер изгибается. При выборе его в качестве заготовки необходимо рассчитать прочность на изгиб при предполагаемых нагрузках. Проще всего это сделать с помощью калькулятора.

При выборе продукции важно учитывать, что каждый тип имеет свое название. Будь то 10П, 10Л или 10У, числовые данные не означают, что это один и тот же продукт — это разные изделия.

Условные обозначения в маркировке швеллера — как в них разобраться?

Поскольку основное назначение рельса — выдерживать нагрузки, его маркировка в первую очередь требует информации о параметрах, по которым эти нагрузки могут быть рассчитаны, в частности, состав стали, прочность, качество проката и т.д.

Что мы можем узнать из маркировки?

Пример: Мы имеем дело с пакетом горячекатаных швеллеров, на котором написано: 30П-В ГОСТ 8240-97/Ст3сп4-1 ГОСТ 535-88.

Это означает, что это швеллер сечением 30П, т.е. с параллельными поверхностями и высотой сечения 30 см. Буква В обозначает стандартный прокат точности В, изготовленный из стали Ст3, четвертой категории, первой группы.

Такой же рельс, но только изготовленный из стали 09Г2С повышенной точности, получает обозначение 30П-Б ГОСТ 8240-97/345 ГОСТ 19281-89

где 345 обозначает прочность стали, соответствующую категории 09Г2С.

А вот в маркировке А 300х80х6 Б ГОСТ 8278-83/2-Ст3сп ГОСТ 11474-76

Буква А будет указывать на высокую точность стального изделия (полосы) из стали второго класса Ст3сп, из которой изготовлен гнутый желобчатый швеллер с размерами 300х80х6 (где 300 мм — высота сечения изделия, 80 мм — ширина фланцев, а 6 мм — толщина фланцев и стенок).