Как работает швеллер на нагрузку

Какую нагрузку выдерживает швеллер – расчеты на прочность и жесткость

Цены на стальной швеллер и балку

Расчет нагрузки на швеллер (расчет на прочность)

Зачастую швеллер применяется для изготовления металлоконструкций (крановых мостов, ферм, лестниц, цеховых пролетов и пр.), при монтаже быстровозводимых зданий и сооружений, каркасов гаражей, стеллажей складских помещений, перекрытий, оснований крыш, армирования и усиления узлов. Основное достоинство этого проката – высокая несущая способность, которая имеет место благодаря форме его сечения (П-образное), при относительно малой металлоемкости.

Методика расчета размера швеллера, таблица моментов сопротивления швеллера по ГОСТ – смотрите здесь.

П-образный профиль, как горячекатаный, так и гнутый в металлоконструкциях чаще всего работает либо просто на изгиб, либо на изгиб + растяжение/сжатие. Расчет швеллера на прогиб (на прочность) – является обязательным при проектировании изделия, в состав которого входит данный профиль. Он может быть проверочным и проектировочным. Рассмотрим на примере расчет распределенной нагрузки на швеллер, который имеет шарнирное закрепление.

Пусть имеется швеллер 10П, изготовленный из стали 09Г2С. Длина балки составляет 10 метров. Для того, чтобы определить допустимое значение нагрузки на швеллер (допустимые значения), необходимы некоторые справочные данные. Возьмем их из соответствующих ГОСТов и СНиПов.

Предел текучести стали 09Г2С (или нормативное сопротивление) составляет Rун = 345 МПа. Моменты сопротивления швеллера 10П берем из ГОСТ 8240-97, и их значения относительно осей Х и Y составляют: Wx=34,9 см3, Wy=7,37 см3. Максимальный изгибающий момент возникает балке с таким типом закрепления и нагружения посередине, и определяется из выражения: М = W∙Rун.

Произведем расчет допустимого момента для двух случаев расположения швеллера: 1) стенка расположена вертикально; 2) стенка расположена горизонтально. Тогда:

  • М1 = 34,9∙345=12040,5 Н∙м
  • М2 = 7,37∙345=2542,65 Н∙м

Зная момент, определим допустимые значения распределенной нагрузки на швеллер. Она составит:

q1 = 8∙М1/L2 = 8∙12040,5/102 = 963,24 Н/м или 96,3 кгс/м
q2 = 8∙М2/L2 = 8∙2542,65/102 = 203,4 Н/м или 20,3 кгс/м

Получив значения допустимых распределенных нагрузок на швеллер, можно сделать вывод, что при данных условиях несущая способность швеллера расположенного по вертикали примерно в пять раз больше, чем в случае его расположения по горизонтали.

Момент сопротивления швеллера при проектировании перекрытий

При проектировании перекрытий, несущих металлоконструкций не достаточно одного прочностного расчета нагрузки на швеллер. Чтобы обеспечить надежность проектируемой конструкции, необходимо также произвести расчет на жесткость швеллера. Прогиб в данном случае не должен превышать допустимое значение. Эта проверка профиля является обязательной при проектировании перекрытий для жилых и прочих помещений. Для примера возьмем ту же балку, что и ранее. Распределенная нагрузка, действующая на нее, составляет 50 кгс/м или 500 Н/м. Момент инерции швеллера 10П имеет значение Ix = 175 см4. При проверке балки на жесткость, определяется ее относительный прогиб по формуле:

М – изгибающий момент, Н∙м
L = 1000 см – длина хлыста
E = 2,1∙105 МПа – модуль упругости стали
Ix = 175 см4 – момент инерции сечения швеллера

Момент сопротивления швеллера, изгибающий момент равен: М = q∙L2/8 = 500∙102/8 = 6250 Н∙м.

Тогда относительный прогиб швеллера 10П составит: f/L = 6250∙1000/(10∙2,1∙105∙175) = 0,017 = 1/59

Если сравнивать с допустимыми значениями относительно прогиба согласно СНиПам, то данный швеллер нельзя использовать для межэтажных перекрытий, так как там допустимое значение составляет 1/200. Следовательно, несмотря на обеспечение прочности данной конструкции, необходимо подбирать больший профиль швеллера, и проверять его на жесткость.

Прайс-лист на балку ГОСТ 19425 серии М, ГОСТ 8239, СТО АСЧМ 20-93, ГОСТ 26020 (Б-нормальную, Ш-широкополочную, К-колонную) для перекрытий.

Цены на уголок равнополочный сталь 3 сп/пс и 09Г2С, оцинкованный, неравнополочный ст. 3 для гражданского и промышленного строительства.

Нагрузка, выдерживаемая швеллером

Швеллер имеет характерную п-образной форму с поперечным сечением. У швеллера существует две части — стенки и полки. На поперечном срезе под стенкой подразумевают «перемычки», а под полками — ножки, имеющие форму буквы «П». Данный металлопрокат используется строителями преимущественно при постройке объектов в машиностроительной сфере, так как он не подвержен коррозии и более долговечен.

Читать еще:  Чем отличается швеллер у от п

Вес гнутого швеллера зависит от его размеров. Обычно используется теоретическое значение, которое рассчитывается с определенной погрешностью. Например, масса одного метра составляет около 1 кг (1.03) для изделия, имеющего h:b:s 32:20:2, а при соотношении 120:70:4 – более 8 кг (8.32).

Основные области, где используется гнутый швеллер, – это каркас облицовки для внутренних или наружных стен. Он также подходит для создания каких-либо перегородок, полок или других складских конструкций.

Изготовление гнутого швеллера

Швеллер такого типа изготавливается в соответствии с ГОСТ. Он может быть равнополочным, производство которого регламентируется ГОСТ 8278, и неравнополочным — ГОСТ 8281. В общем случае изготовление профилей гнутых стальных должно производиться с учетом ГОСТ 11475. Данный стандарт распространяет свое действие на гнутые профили из стали различной формы, которые производятся на специальных станках с использованием заготовок:

  • Горячекатаных. Технология горячего проката предполагает изменение кристаллической решетки стали. Данный метод производства отлично зарекомендовал себя для изготовления балок, швеллеров и других простых форм.
  • Холоднокатаных. Швеллер гнутый стальной получают и из холодного проката. Подобный способ производства позволяет создать изделия, которые имеют повышенную (на 20%) устойчивость к деформации. Такая технология требует выполнения работ при сравнительно низкой температуре, поэтому кристаллическая решетка стали не меняется.
  • Низколегированных. Эти стали имеет специальные легирующие добавки, которые повышают их эксплуатационные характеристики. Очевидно, что стоимость подобных изделий будет выше, чем в первых двух случаях, однако и надежность увеличится.
Читать еще:  Сортамент швеллеров с параллельными гранями полок

Нужно сказать, что подобные профили вне зависимости от типа сырья могут монтироваться двумя способами. Первый вариант предполагает использование болтового соединения, а второй – сварной шов.

Профили производятся на специальных агрегатах, поэтому от того момента как сырье поступило в цех, до получения готовой продукции проходит несколько этапов. Технология проведения работ зависит от выбранного способа профилирования. Если оно осуществляется непрерывно, то нарезка производится уже самим агрегатом после того, как отформован отрезок определенной длины. Альтернативой данному варианту является поштучное профилирование. Оно предполагает предварительную нарезку заготовки, после чего они отправляются в агрегат, который и изготавливает гнутый швеллер.

Профили производятся на станке, поэтому снижение качества изделий возможно лишь в том случае, если калибровка валков была выполнена неправильно. Основные дефекты готового изделия – это серповидность, представляющая собой искривление в горизонтальной плоскости, винтообразность, волнистость, изгиб и искажение формы.

Технические требования к производству

При производстве гнутых профилей допускается использовать только стали определенных марок. На поверхности изделий не должно быть трещин, раковин, вкатанной окалины, различных загрязнений и вздутий. Согласно стандарту 11474 допускаются отдельные забоины, риски, отпечатки или вкатанные пузыри, которые не будут препятствовать выявлению дефектов.

Фактически гнутый швеллер имеет не так много отличий от стандартного, но даже неспециалист сможет различить два типа этих изделий.

Кромки и торцы заготовок не должны иметь зазубрин, расслоений или затянутой кромки. В небольшом количестве забоины и вмятины допустимы, если они не выводят размеры изделия за номинальные. Наличие трещин недопустимо для первой группы по качеству, однако для второй они могут иметь протяженность до 10 мм в месте изгиба для профиля толщиной 2 мм. Если данный параметр находится в пределах 2..5 мм, то протяженность может быть уже 15 мм, а для толщины более 5 мм – 20 мм и выше.

Швеллер гнутый ГОСТ 8278 83

Данный стандарт регламентирует изготовление равнополочных стальных гнутых. Он распространяется на все изделия такого типа, получаемые с помощью профилегибочных станов с использованием заготовок из рулонной горячекатаной или холоднокатаной стали, а также низкоуглеродистой или низколегированной. В процессе производства должны соблюдаться определенные требования, например, предельные отклонения.

Согласно стандарту 8278 они выбираются с учетом двух параметров: точности профилирования изделия и высоты его стенки. Когда стенка профиля менее 50 мм, для высокого класса точности допускается отклонение 0.75 мм. Для повышенной точности — 1 мм и для обычной 1 мм. В пределах 50..100 мм отклонения выглядят: 1.25, 1.3, 1.5 для трех классов точности соответственно. В диапазоне от 100 до 150 мм при высокой (и повышенной) точности профилирования и толщине стенки более 2.5 мм возможно отклонение в 1.5 мм, а для обычной — 2 мм.

Здесь мы приводим только часть требований, опуская большую часть статистической информации, которая содержится в таблицах, приведенных в ГОСТ. Для того, чтобы изучить её вы можете обратиться к первоисточнику, однако в большинстве случаев в ней нуждаются только узкие специалисты.

Отклонения от угла 90 градусов должны быть не более 1 градуса 30 минут для ширины полки менее 10 см, и 1 градуса для больших размеров. В противном случае швеллер, нагрузка на который будет достаточно высока, может не справиться с ней и станет причиной повреждения или обрушения сооружений.

Согласно стандарту 8287 длина гнутого профиля может выбираться в пределах от 3 до 11.8 м. Если используются немерные длины, то они могут составлять не более 7% массы партии. Допускается также выпускать длины, кратные мерным. Величина предельных отклонений длины выбирается в зависимости от длины. Для 6-метровых изделий точность порезки может составлять +40 мм, а для длин более 7 м: 40 мм+(5мм*количество_метров).

Читать еще:  Какую температуру выдерживает холодная сварка

Швеллер гнутый ГОСТ 8281 80

Стандарт регламентирует параметры неравнополочного профиля. Согласно данному документу швеллер может производиться из кипящей углеродистой или полуспокойной стали имеющей временное сопротивление разрыву более 460 единиц. Допускается также производство из углеродистых спокойных и низколегированных, имеющих ту же величину сопротивления разрыву.

Отклонение по толщине не распространяется на место изгиба, а предельные отклонения от 90 градусов выбираются в зависимости от ширины полки и бывают трех категорий: до 100 мм, выше 100 мм, повышенной точности. Гнутый швеллер неравнополочный может быть от 4 до 11.8 м. Основные правила в данном случае те же, что для равнополочных профилей.

Подводя итоги, отметим, что выше мы рассмотрели основные виды гнутых швеллеров, рассказали об их использовании, производстве и стандартах, действие которых распространяется на эти изделия.

.. | Сравнение швеллера и балки

Сравнение швеллера и балки

Для того, чтобы понять, что лучше применить в строительстве и монтаже, двутавр или швеллер, специалисты анализируют конструкции зданий и необходимые материалы. Строителю, решившему впервые построить дом или профессионалу порой трудно самому разобраться в этом вопросе. Тогда необходимо обратиться к тем специалистам, которые, рассчитав объём работ, предоставляют на выбор несколько вариантов металлопроката. Потребление швеллера или двутавра зависит от требуемой прочности конструкции, области применения проката, типоразмера металла, наличия его на складах металлоторгующих компаний. Компания АО «Металлоторг» всегда рада предложить полную линейку швеллерной или двутавровой стали на 40 филиалах в разных областях России. Мы готовы поставить недостающий типоразмер под заказ с другого филиала или напрямую с заводов-производителей.

Двутавр стальной выпускают по следующим госстандартам: 8239-89, 26020-83 и СТО АСЧМ 20-93. Производится балка: стальной сортамент от 100 мм до 1000 мм. Швеллер стальной горячекатаный производят по стандарту 8240-97, а швеллер гнутый по ГОСТ 8278. Горячекатаные бывают с высотой 50 — 400 мм,а гнутый профиль: размером от 25 мм до 400 мм.

По применению швеллер более универсален, для металлоконструкций он более удобен, т. к. полки располагаются с одной стороны, чем удобно его соединять с другими составляющими конструкции. Его применяют и в строительстве зданий, и в автомобильной, судостроительной промышленности в качестве деталей для техники. Если он обладает необходимой прочностью и способен выдержать требуемую нагрузку, то швеллер металлический используют для перекрытий. Однако балка двутавровая прочней и жёстче в этом плане, на неё проще укладывать остальные элементы перекрытия зданий. Двутавр прочнее в качестве несущей конструкции, если установлен при этом вертикально. При боковых нагрузках, перпендикулярно их вертикали, более надёжным оказывается швеллер. Это происходит за счёт перемещения центра тяжести у последнего в сторону поперечных граней полок.

Факт того, что полки двутавровой балки изготавливают по обе стороны, причём на одинаковое расстояние, по сравнению со швеллером, придаёт двутавру большую прочность и жёсткость. Усилия, возлагаемые на швеллерный прокат, распределяются неравномерно. Балка двутавровая нагрузка действует вертикально, на обе полки, стенка при этом противодействует сжатию.

Профессионалы сравнивают указанные виды металлопроката не по номерам, а по примерно одинаковым размерам полок и стенки проката. Также необходимо учитывать данные ГОСТов, в частности радиус закругления; моменты сопротивления относительно осей Х и У — Wx и Wy. Ось Х у обоих рассматриваемых видов проката проходит перпендикулярно через середину стенки, параллельно полкам. Wx характеризует сопротивляемость нагрузкам, которые направлены перпендикулярно полкам — при том,что оба вида проката установлены на нижнюю полку. Wy определяет сопротивление воздействиям перпендикулярно стенке и вдоль полок. Величина Wх у испытуемого металла всегда больше Wy. А чем больше соответствующие величины, тем прочнее сравниваемый металлопрокат.

Таблица швеллеров и балок со схожими типоразмерами

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector