Двутавровый профиль

alexxlab | 27.08.2019 | 0 | Разное

Содержание

Двутавр

В строительстве никак не обойтись без конструктивных элементов, которые формируют постройки, принимая на себя нагрузки и укрепляют их. Так, например, крыша делается из опорных балок. Эти элементы прочные, надежные и долговечные. Специальные металлические профили используются не только в строительной, но и в автомобильной промышленности, вагоностроении и для армирования шахтных стволов. При этом сечение профиля может быть самым разным. В зависимости от него, меняется и характеристики изделия. Например, сталкивались с таким элементов, как швеллер. Без него в строительстве просто не обойтись. Профиль делается П-образной формы. Но, не менее востребован и двутавр. Это тот же профиль, только он имеет совсем другую форму. Она и сделала материал таким востребованным.

Давайте подробнее узнаем этот материал, рассмотрим его основные характеристики, преимущества, разновидности и сферу применения. К тому же мы выясним, что прочнее двутавр или швеллер. Если вы ни разу не сталкивались с этим изделием, то рекомендуем ознакомиться со статьей.

Двутавровый профиль – что это

Словарь русского языка говорит о том, что двутавр – это базовый профиль для конструктивных элементов, который имеет Н-образное сечение. Он делается из металла или дерева. Иногда можно встретить пластиковые двутавры, но они имеют другое назначение. Свое название двутавровый профиль получил не зря. Профессионалы знают, что Т-образный профиль имеет название – тавр. Если взглянуть на фото двутавра, то его сечение напоминает эти две буквы Т, соединенные ножками. Вот и получается, что профиль назвали двутавровым.

Особенность двутаврового профиля в том, что он имеет повышенную прочность. Сравнивая его с обычным прямоугольным профилем, можно с уверенностью сказать, что двутавр в 30 раз жестче и примерно в 7 раз прочнее. Больше о преимуществах мы поговорим ниже в статье.

За счет своих характеристик, двутавр повсеместно используется в строительном деле. Особенно часто его применяют для постройки каркасных конструкций. Если сделать двутавровый профиль из дерева, то он тоже будет жестче, чем обычные пиломатериалы, и не станет прогибаться при высоких нагрузках. Деформация двутаврам просто неподвластная. Благодаря этому, профили могут быть использованы для создания любой конструкции. В частном домостроении двутавры служат материалом для укладки пола, потолка и стен.

Обратите внимание! Несмотря на все положительные стороны двутавра, его прочность, долговечность и устойчивость перед нагрузками, его стоимость вполне демократичная. Он недорогой и вполне стоит своих денег.

Подробнее о характеристиках двутавра

С учетом того, что двутавры используются для создания капитальных конструкций и других ответственных построек, требования к созданию профилей очень строги. Все должно соответствовать государственным стандартам. Даже, казалось бы, мелочи, просчитываются очень тщательно. Например, строго регламентируется допустимый уклон внутренних граней полок. Этот показатель должен составлять 12%. При желании можно детальней ознакомиться со всеми требованиями и характеристиками. Они указаны в ГОСТ 8239-89.

Что касается внутренней грани полок, то для каждого вида изделия есть свои требования. Например:

двутавры для подвесных путей имеют угол не больше 12%;
двутавры для армирования шахтных стволов делаются с углом внутренних граней до 16%;
двутавры для автомобильной промышленности имеют угол не более 10%.

При покупке двутавра нужно обращать внимание на номер или маркировку. Они указывают высоту изделия и его работоспособность. Ниже приводится таблица, в которой указаны некоторые разновидности и характеристики двутавров.

Сфера использования в строительстве

Чтобы лучше понять, насколько важны двутавры, стоит рассмотреть, как именно они используются. Благодаря своей жесткости и устойчивости к пригибанию, профили используются для создания построек. Это позволяет избежать в ходе эксплуатации постройки таких явлений:

сдвигов;
трещин;
усадок.

К тому же двутавры применимы для сооружения опорных колонн, перекрытий, в качестве армирующего элемента опалубки. Как говорилось выше, двутавры можно делать из дерева. В таком случае они используются для создания каркаса кровли дома, ее стропильной системы. Все дело в том, что дерево имеет намного меньший коэффициент проводимости тепла, чем металл. Поэтому Н-образная балка (двутавр) выгодна в экономичном плане: соотношение прочности и цены просто прекрасные.

Что касается металлических двутавров, то они намного прочнее, поэтому стоимость изделий намного выше. Двутавры востребованы для промышленного и крупнопанельного строительства. Они выступают в роли основных несущих элементов, принимая на себя большую часть нагрузки.

Виды и маркирование двутавровых профилей

Существует несколько разновидностей изделий, которые применяются в том или ином случае. Все они имеют свое предназначение, особенности и характеристики. Маркировка двутаврового профиля согласно государственным стандартам выполняется вот так:

«Б» – это балка, которая имеет нормальную ширину полок. Высота ее основания составляет 10-60 см. Для того чтобы профиль мог выдерживать поступающие усилия на ребро, он утолщается у основания. Благодаря этому расстановка заклепок затрудняется. Что касается жесткости, то у них она не такая высокая. Поэтому максимальная длинна составляет 19 м.
«Ш» – широкополочные двутавровые балки. Они прекрасно справляются с нагрузкой на изгиб, потому часто используются для создания перекрытия. Особенность марки в том, что профиль имеет широкие полки. С ними посадка заклепок делается проще и удобней. Если говорить о высоте профиля, то он может достигать 1 м.
«К» – колонные балки. Их основания и полки имеют одинаковую ширину. Эти изделия можно назвать прочнее всего. Почему? потому что для создания используется мощный профиль, выдерживающий тонны веса. А за счет жесткости во всех его направлениях, ему не страшны любые нагрузки. Все это сказалось и на массе двутавра. Его вес намного больше предыдущих вариантов, потому обычно балку используют для создания колонн.

Что касается маркировки, то балки могут иметь самые разные названия. Например, часто можно встретить следующие названия: двутавр 18, двутавр 20Б1, двутавр 80Б2, двутавр 79Ш1 двутавр 16 и т. д. Что же означают эти буквы и цифры? Первые две указывают высоту изделия в сантиметрах. Буква, как уже можно догадаться, указывает на вид изделия и его ширину полки соответственно.

Что влияет на прочность двутавровой балки? Вот список факторов:

Марка стали, из которой сделан профиль. Самыми прочными считаются изделия из низколегированной стали.
Толщина граней и основания (ребро жесткости).
Положение этих самых граней. Они могут быть параллельными или иметь уклон.
Способ изготовления.

Отдельно хочется поговорить о способе изготовления. Есть два варианта создания: (1) при помощи горячей прокатки и (2) сварки. Самими распространенными и дешевыми считаются горячекатанные профили. Но марка стали, которая используется при создании, требует дополнительного защитного слоя от коррозии. К тому же несущая способность изделий ниже.

Видео – технология создания двутавра:

Прочными и долговечными являются сварочные балки. Их изготовление основано на создании отдельных заготовок и их свариванию друг с другом. Они не только имеют меньшую массу, но и способны выдерживать большие нагрузки. Профиль может иметь переменную толщину и создаваться из разнообразных видов стали. Например, грани делаются из одного вида, а основание из другого. А почему же вес двутавра меньше при высших показателях прочности? Все дело в том, что профиля делаются с перфорацией, то есть с просеченными отверстиями. Это никак не сказывается на прочности, но снижает вес балки.

Двутавр и швеллер отличия

Многие спрашивают, чем отличается швеллер и двутавр. Начнем с того, что швеллер имеет совершенно другое сечение профиля. В отличие от Н-образного сечения двутавра, швеллер имеет П-образный профиль. Он тоже делается из металла и может быть с отверстиями и без них. Размеры изделий самые разные. Чтобы понять, насколько отличаются профили, можно взглянуть на фото швеллера и двутавра.

Однако, внешний вид – это не единственное отличие. Благодаря своей форме, двутавр в несколько раз прочнее швеллера. Он имеет высокие показатели жесткости за счет ребер, поэтому для строительства конструкций чаще всего выбирают именно первый вариант. Из него делают прогоны, стропильные ноги, разные несущие элементы, гаги и каркас. Хотя, эти два материала по-разному реагируют на изгиб. А это значит, что каждому нашлась своя область применения.

Обратите внимание! Для перекрытия и стропильной системы может быть использован как двутавр, так и швеллер.

Чтобы ответить на вопрос, что же прочнее, нужно рассмотреть форму сечения. Если взять одинаковые параметры изделий, то двутавровая балка будет жестче, потому прочность и сопротивление нагрузке намного выше. Все дело в двусторонних ребрах. Основная часть металла сконцентрирована в полках, где и создается напряжение от веса. Получается, что при весовой нагрузке, которые берут на себя полки, она направляется по вертикали. Напряжение становится продольным и проходит к основанию в виде сжатия. Однако подобная форма имеет минус – небольшую устойчивость перед скручиванием.

П-образная форма швеллера позволяет ему прекрасно справляться с поперечной нагрузкой. Да и на изгиб он реагирует лучше. Ребра швеллера играют роль односторонних рычагов, не позволяя силе скрутить балку. Вот почему швеллеры лучше использовать для легких конструкций с боковой нагрузкой. Как вы поняли, выбор будет зависеть от того, как распределяется нагрузка, куда она направляется и какова ее сила. Как швеллер, так и двутавр плохо реагируют на перпендикулярную нагрузку на стенки. Чтобы исправить это балки усиливают, приваривая к ним жесткие элементы и бетонируя.

Подведем итоги

Двутавр – незаменимый элемент, который широко используется в строительстве. Он имеет массу преимуществ и позволяет создавать самые разные надежные конструкции. Но это далеко не единственная сфера использования. Теперь вы знаете характеристики двутавра, его разновидности и маркировку. Данная информация необходима начинающему строителю, так как это база, без которой просто не обойтись.

Что еще почитать по теме?

Автор статьи:

Сергей Новожилов – эксперт по кровельным материалам с 9-летним опытом практической работы в области инженерных решений в строительстве.

Понравилась статья? Поделись с друзьями в социальных сетях:

Facebook

Twitter

Вконтакте

Одноклассники

Google+

proroofer.ru

двутавровый профиль – это… Что такое двутавровый профиль?

двутавровый профиль: [H-section] — профиль, имеющий в сечении стенку (шейку) и ограничивающие ее 2 полки (4 фланца), причем оси шеек и полок взаимно перпендикулярны. Двутавровые профили разнятся конфигурацией и размерами элементов. Размерной характеристикой многих двутавровых профилей является их номер (№), соответствующий высоте двутаврового профиля, Смотри К широко распространенным в России двутавровым профилям относят: двутавровые балки № 10-№ 60 с внутренним уклоном полок до 12° и отношением высоты стенки к ширине полки Н:В= 1,8—З,13; нормальные двутавры с параллельными полками № 20Б — № 100Б с отношением Н:В= 1,95—3,14; широкополочные двутавры № 20Ш-№ 100Ш с Н:В = 1,27—2,46; колонные двутавры № 20К — № 40К14 с Н:В ≈ 1; колонные уширенные двутавры № 20КУ — № 26КУ с Н:В ≈ 0,7. Двутавровые профили малых и средних размеров катают на сортовых станах, крупные двутавровые профиль — на рельсобалочных (специализированных и универсальных) станах. Сваркой на поточных агрегатах изготовляют двутавры высотой от 50 до 2220 мм.
Смотри также:
— Профиль
— швеллерный профиль
— фасонный профиль
— прокатный профиль
— прессованный профиль
— периодический профиль
— переменный профиль
— зетовый профиль
— замкнутый профиль
— гофрированный профиль
— горячий профиль
— гнутый профиль
— бульбовый профиль
— фланцевый профиль
— угловой профиль

H-section
corrugated section

Смотреть что такое “двутавровый профиль” в других словарях:

ДВУТАВРОВЫЙ ПРОФИЛЬ — см. в ст. Прокатные профили … Большой энциклопедический политехнический словарь
Профиль — [section, shape; crown] 1. Форма поперечного сечения металлического изделия или полуфабриката. 2. Длинномерное металлическое изделие или полуфабрикат заданного поперечного сечения с соизмеримыми по величине шириной и высотой (в отличие от листа… … Энциклопедический словарь по металлургии
ПРОФИЛЬ — (фр., от лат. filum черта, нитка). Черты лица, видимые сбоку. Очертание предмета, видимого сбоку, так что изображается только половина его. В чертеже: продольный, отвесный разрез предмета, здания. Словарь иностранных слов, вошедших в состав… … Словарь иностранных слов русского языка
ДВУТАВРОВЫЙ — ДВУТАВРОВЫЙ, двутавровая, двутавровое (тех.). Имеющий в поперечном разрезе профиль в виде буквы Н (о фасонном железе). Двутавровая балка. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
ПРОФИЛЬ — (1) в архитектуре эле мент формы, выраженный контуром, который эта форма имеет при виде сбоку в вертикальном разрезе. Различают сложные формы и обломы; (2) П. в геодезии, геологии, геофизике вертикальное (реже горизонтальное) сечение, графическое … Большая политехническая энциклопедия
зетовый профиль — [Z section] фасонный профиль, необходим элементами которого являются стенка и ограничивающие ее две противоположно направленные полки. 3етовый профиль изготовляют горячей прокаткой, профилированием, холодной прокаткой с волочением, прессованием.… … Энциклопедический словарь по металлургии
швеллерный профиль — [channel] фасонный профиль, необходимыми элементами которого являются стенка и две ограничивающие ее односторонне расположенные полки. В отличие от швеллеров общего назначения некоторые швеллерные профили отраслевого назначения имеют усложненную… … Энциклопедический словарь по металлургии
фасонный профиль — [shape] сортовой прокат сложной конфигурации или специального назначения. К первому относят профили с сечением, отличающимся от простой геометрической фигуры, например, двутавровые, швеллеровые, угловые, ко второму профили как со сложным, так и с … Энциклопедический словарь по металлургии
прокатный профиль — [rolled section] профиль, полученный горячей прокаткой. Различают прокатные профили с постоянным поперечным сечением по длине, переменные профили и специальные. К 1 му виду относят сортовой прокатный профиль простой геометрической формы (например … Энциклопедический словарь по металлургии
прессованный профиль — [extruded section] профиль, полученный прессованием (выдавливанием) в матрицу, как правило, на горизонтальных гидравлических прессах. Прессованный профиль разделяют: по конфигурации поперечного сечения на сплошные и полые; по изменению размеров… … Энциклопедический словарь по металлургии

metallurgicheskiy.academic.ru

Понятие двутаврового профиля довольно обширно. В первую очередь, это цельнолитые швеллеры из стали или других черных металлов «Н» образной формы с широкими бортами. Их разделяют по ширине края, высоте балки, плотности металла, а также углу граней.

По размеру граней двутавровая балка бывает нормальной (в нормативной документации отмечается как «Б» тип), с широкой полочкой (тип «Ш»), колонной (тип «К»).

Соответственно ГОСТу нормальные балки имеют высоту до одного метра и ширину полки до тридцати двух сантиметров. Широкополочные – высоту до 1 метра, а ширину полки до 40 см. Колонные имеют почти равные по ширине и высоте параметры.

Кроме того, грани швеллеров могут быть с уклоном или параллельными. Уклонные двутавровые балки делят на два типа:

1. Нормальные – уклон от 6 до 12 %.
2. Специализированные – тип «М» с уклоном до 12 % (применяют для подвесных железнодорожных путей), тип «С» с уклоном до 16 % (используют в шахтах во время разработки новых выработок).

Производиться металлические двутавровые балки могут как в горячем цеху, так и способом сварки. В таком случае заказчик получает более легкий двутавр нужной конфигурации, а главное – более устойчивый к физическим факторам окружающей среды.

Применяют металлические двутавровые балки в различных отраслях:

1. Вагоно- и машиностроение.
2. Укладка железнодорожных путей.
3. Постройка мостов.
4. Домостроение.

Деревянные двутавровые балки.

Блочно-модульные здания Вторым вариантом двутавровых балок является их аналог, производимый из древесины. Такой брус выглядит как две деревянные планки соединённые фанерным листом или доской. Они могут быть клееными, клееными усиленными (ширина полки 6,5 см), клееными широкими (ширина полки 9 см), стеновыми усиленными, стеновыми широкими.

Чаще всего такой вид двутавровой балки используется в постройке домов на основе деревянной конструкции. Они становятся частью потолочных перекрытий, простенков. Стандартная длина достигает шести метров, но возможны и спецзаказы длиной в 6,5 и 8 метров.

Плюсом такого материала является легкость монтажа и малый вес балки, что позволяет мастерам в краткие сроки произвести заданный объем работ. Минус – это зависимость от качества древесины, из которой производят двутавру.

nvzmk.ru

Двутавровый прокатный профиль

Изобретение предназначено для снижения материалоемкости двутаврового прокатного профиля. Двутавровый профиль выполнен из стали и содержит полки с параллельными гранями и стенку. Рациональное распределение стали по сечению балки обеспечивается за счет того, что гибкость его стенки, равная отношению высоты стенки к ее толщине, не превышает предельную величину гибкости λ_ст, обеспечивающую устойчивость стенки без промежуточных ребер жесткости, и составляет 70 для малоуглеродистой стали и 60 для легированной стали, толщина, высота стенки, ее предельная гибкость регламентируются математическими зависимостями, площадь сечения профиля распределена по сечению в пропорции: 50% – стенка профиля, 25% – каждая из полок, отношение ширины полки к ее толщине не превышает предельное отношение, обеспечивающее местную устойчивость полки, при этом главный момент инерции профиля и главный момент сопротивления регламентированы, 1 ил., 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к металлическим конструкциям промышленных и гражданских зданий с балочными перекрытиями и каркасами, а также к мостовым конструкциям.

Известен двутавровый прокатный профиль Гост 26020-83 [1]. Сортамент горячекатаных двутавров с параллельными гранями полок. Примем этот профиль за прототип.

Недостаток профилей прототипа в том, что гибкость стенки профиля (, где h_ст – высота стенки; t_ст – толщина стенки) переменная и колеблется для разных номеров двутавров.

Так для двутавра I 90 Б1 – λ_ст=57,

I 60 Б1 – λ_ст=53,5,

I 100 Б1 – λ_ст=57,8,

I 100 Б4 – λ_ст=48,6.

Для двутавра I 100 Б4 высота сечения h=101,3, толщина полки его t_п=3,25, толщина стенки t_cт=1,95, высота стенки h_cт=94,8, гибкость стенки λ_ст=94,8/1,95=48,6.

По действующим нормам устойчивость стенок балок не требуется проверять, если условная гибкость стенок где 2,5 – при наличии местных напряжений в профиле [2, с.27].

Для малоуглеродистой стали В Ст3 Сп5, Гост 2-777-2-88 при толщинах t=20…40 мм, расчетное сопротивление равно R_y=230 МПа, модуль упругости Е=206000 МПа.

Тогда условная гибкость стенки

Отсюда предельная гибкость стенки, когда не требуется укрепление ее промежуточными ребрами жесткости, будет равна λ_{ст.пред.}=2,5·29,927=74,8.

С некоторым запасом для малоуглеродистой стали назначаем гибкость стенки двутаврового прокатного профиля равной λ_ст=70.

Для легированных сталей, например 09Г2С, 14Г2, 15ХСНД по Гост 19282-73* [2, с.64], расчетное сопротивление равно R_у=300 МПа.

Тогда условная гибкость стенки Отсюда предельная гибкость для легированных сталей равна λ_{ст.пред.}=2,5·26,2=65,5.

С некоторым запасом назначаем гибкость λ_ст для легированных сталей равную λ

ст.=60.

Оптимальное распределение материала по сечению балки

Значительное снижение материалоемкости двутаврового прокатного профиля достигнуто рациональным распределением металла по сечению балок. Поставим задачу прокатать балку (фиг.1) наибольшей прочности, то есть с максимальным моментом сопротивления max W_x из заготовки площадью поперечного сечения А см² такой же, как у прототипа.

Очевидно, что уменьшение толщины стенки t_ст приводит к увеличению высоты балки h и увеличению момента сопротивления W_x. Материал должен быть оптимально распределен между стенкой и поясами балки.

Введем коэффициент К, определяющий материалоемкость стенки.

Введем постоянный коэффициент гибкости стенки:

Где h – расстояние между центрами тяжести поясов; t_cт – толщина стенки; А_ст=h t_cт – площадь сечения стенки; А_n – площадь сечения одного пояса; А=2А_n+А_ст– площадь всего сечения.

Отсюда

Тогда высота сечения h (расстояние между центрами тяжести поясов) будет зависеть только от коэффициента материалоемкости стенки К:

Площадь поперечного сечения двух поясов

Пренебрегая собственными моментами инерции поясов балки, запишем главный момент инерции относительно оси X (см. фиг.1)

Поделив (6) на h/2, найдем момент сопротивления W_x на высоте центра тяжести пояса:

Итак, момент сопротивления зависит только от материалоемкости К стенки. Определим экстремум W_x, взяв производную по К.

Отсюда

Следовательно, при материалоемкости стенки 50% К=0,5 оптимальная высота сечения равна

Этой высоте соответствует наибольший момент сопротивления, равный

и соответствующая гибкость стенки

Подставив (12) в (11), получим момент сопротивления в зависимости от t_ст и А

и соответствующую минимальную площадь всего сечения балки

Или в зависимости от гибкости стенки

Тогда толщина стенки

Легко убедиться, что радиус ядра сечения r в этом случае будет равен ρ=h/3.

Проанализируем материалоемкость профиля и гибкость стенки прототипа. Например, для двутавров по Гост 26020-83 с высотой сечения 100 см. Размеры в табл.1 даны в см, а площади в см².

Таблица 1
Сравнение коэффициентов гибкости и материалоемкости стенки прототипа
	h	b	t_ст	t_n	А	h_ст	λ_ст	А_ст	К
100Б1	99	32	1,6	2,1	293,82	94,8	59,25	151,68	1,52
100Б2	99,8	32	1,7	2,5	328,9	94,8	55,76	161,16	0,49
100Б3	100,6	32	1,8	2,9	364	94,8	52,67	170,64	0,519
100Б4	101,3	32	1,95	3,25	400,6	94,8	48,62	184,86	0,562

Анализ показывает, что материалоемкость стенки отличается от оптимальной К=0,5, а гибкость стенки меньше предельной λ_ст<70.

Таким образом, имеются резервы для снижения материалоемкости.

Технологическая задача изобретения – максимальное снижение материалоемкости двутаврового прокатного профиля путем оптимального распределения материала между поясами и стенкой профиля, обеспечивающего достижение моментом сопротивления сечения профиля относительно главной оси X своего максимального значения.

Техническая задача решена тем, что двутавровый прокатный профиль содержит полки с параллельными гранями и стенку, соединяющую полки.

Отличие в том, что каждый из профилей выполнен с постоянной гибкостью стенки, не превышающей ее предельную величину: для малоуглеродистой стали назначим гибкость стенки, равную 70, а для легированной стали – гибкость стенки, равную 60. Причем площадь сечения профиля распределена по сечению балки в следующей пропорции: 50% – на стенку профиля по 25% на каждый из поясов, при этом толщина стенки профиля определяется из уравнения

где А – площадь поперечного сечения профиля, λ_ст – гибкость стенки балки, обеспечивающая устойчивость ее без постановки промежуточных ребер жесткости.

Высота стенки находится из формулы

Ширина полки и толщина ее назначается такой, чтобы отношение ширины полки к ее толщине не превышало предельное отношение, обеспечивающее местную устойчивость плоского пояса. Главный момент инерции профиля относительно оси X определяется по формуле

где b – ширина полки профиля;

h – высота поперечного сечения профиля;

t_ст – толщина стенки;

h_cт – высота стенки;

а главный момент сопротивления равен

На чертеже показано поперечное сечение двутаврового прокатного профиля, содержащего полки 1 с параллельными гранями и соединяющую их стенку 2.

Полки 1 имеют ширину b. Толщина полки t_n. Высота сечения профиля равна h. Стенка 2 имеет высоту h_cт. Толщина стенки равна t_ст. Площадь сечения каждой из полок равна A_n=b·t_n. Площадь сечения стенки равна A_cт=h_cт·t_cт. Площадь всего сечения равна А=2А_n+А_ст.

Пример конкретной реализации

Повысим прочность двутавра I 100 Б4 по Гост 26020-83 [1]. Основные размеры профиля и его характеристики приведены в табл.1. По формуле 12 найдем необходимую толщину стенки нового двутаврового профиля.

Находим . Примем гибкость стенки такой же, как в действующем СНиП II-23-81* [2] λ=70.

Площадь сечения оставляем неизменной А=400,6 см².

Находим площадь сечения стенки А_ст=0,5А.

Затем округляем .

Находим А_{ст ф}=h_ст·t_ст.

Находим площадь сечения одной полки А_n=0,25·А.

Ширину полки оставляем такой же b_n.

Находим толщину полки и округляем ее.

Находим фактическую площадь сечения полки и высоту сечения балки

Находим суммарную площадь сечения балки ΣA=2А_пф+A_ст.

Находим главный момент инерции

Находим момент сопротивления

По сортаменту I 100 Б4 A=400,6 см².

Назначаем λ=70.

Находим толщину стенки .

Принимаем t_ст=1,69 см. На стенку 50% площади А_ст=0,5А=200,3 см².

Тогда .

Принимаем h_ст=118,52.

Тогда А_{ст ф}=118,52·1,69=200,3 см².

А_n=0,25·А.

Оставляем ширину пояса b_n=32, тогда

Вся высота балки h=h_ст+2t_n=118,52+2·3,13=124,78.

Главный момент инерции нового профиля

У прототипа главный момент инерции был J_x=655400 см⁴ (100%).

Момент сопротивления

У прототипа главный момент был 12940 см³ (100%).

Из той же заготовки ΣА=200,3+2·32·3,13=400,62 см² получен двутавр, имеющий главный момент инерции на 48,9% больший, чем раньше, то есть жесткость повышена на 48,9%. А момент сопротивления на 20,9% больший, чем раньше, то есть прочность при изгибе повышена на 20,9%.

Гибкость стенки

Список литературы

1. Двутавры стальные горячекатаные с параллельными гранями полок. Сортамент. Гост 26020-83. Переиздание. Октябрь 1998, 9 с.

2. СНиП II-23-81^*. Стальные конструкции, Госстрой СССР, М., 1999, 96 с.

Двутавровый прокатный профиль из стали, содержащий полки с параллельными гранями и стенку, соединяющую полки, отличающийся тем, что гибкость его стенки, равная отношению высоты стенки к ее толщине, не превышает предельную величину гибкости λ_ст, обеспечивающую устойчивость стенки без промежуточных ребер жесткости, и составляет 70 для малоуглеродистой стали и 60 для легированной стали, толщина стенки t_ct равна

где А – площадь поперечного сечения профиля, см²;
λ_ст – предельная гибкость стенки профиля,
высота стенки равна

площадь сечения профиля распределена по сечению в пропорции: 50% – стенка профиля, 25% – каждая из полок, отношение ширины полки к ее толщине не превышает предельное отношение, обеспечивающее местную устойчивость полки, при этом главный момент инерции профиля J_x относительно оси X равен

где b – ширина полки профиля, см;
h – высота поперечного сечения профиля, см;
t_ст – толщина стенки, см;
h_ст – высота стенки, см,
а главный момент сопротивления W_x равен

findpatent.ru

» Двутавровая балка — общие сведения, классификация, применение

Двутавр – характерная для стержневых элементов форма поперечного сечения, геометрия которого напоминает единицу Римского алфавита или перевернутую на 90° букву «Н». Этимологически слово «двутавр» является производным от слова «тавр» (лат. «taurus» — бык), значение которого в архитектурной терминологии определено, как «Т-образная (двурогая) балка» или «профиль Т-образного сечения». Соответственно, «двутавром» принято называть балку с поперечным сечением из двух тавров.

Эффективность двутаврового сечения

Из классической теории сопротивления материалов известно, что способность стержневых элементов воспринимать различные виды деформаций зависит не только от свойств материала и размеров поперечного сечения, но еще и от геометрической формы этого сечения и характера расположения его относительно вектора действующих нагрузок.

В ходе теоретических и экспериментальных исследований, проводившихся несколькими веками ранее, было установлено, что двутавр является самой рациональной и эффективной (с точки зрения расхода материала) формой поперечного сечения для элементов, работающих на изгиб, т.е. для балочных конструкций. Так, например, по сравнении с балкой прямоугольного профиля двутавровая балка (равноценная по площади сечения и пролету) выигрывает в 5 раз по прочности и почти в 30 раз по изгибной жесткости.

История рационализации российского сортамента

Первый российский сортамент металлопроката был разработан в 1900 г. (до этого строили по немецкому сортаменту). В этом стандарте был предусмотрен всего один тип двутаврового профиля, который в силу особенностей своей геометрии мог эффективно использоваться только в качестве элементов, работающих изгиб (балок).

С момента появления первого отечественного сортамента прошло сто с небольшим лет. За это время инженерная наука, как и металлургическая промышленность, прошли огромный путь, в процессе которого произошел пересмотр не только принципов формообразования металлических конструкций, но и способов их изготовления и технологий монтажа.

Интенсивное развитие промышленности (всех отраслей), появление новых высокопрочных сталей и способов сварки, развитие нормативно-технической базы, разработка и внедрение новых методов расчета конструкций, — все эти факторы способствовали повышению металлоемкости строительной отрасли в целом, что вызвало необходимость совершенствования старых и разработки новых эффективных конструкционных форм стальных профилей.

В результате масштабной рационализации (улучшения) российского сортамента сфера применения стального двутаврового проката (в период с 1960 г.) заметно расширилась за счет внедрения в отрасль новых эффективных типов двутавровых профилей с параллельными гранями полок. Сегодня симметричный двутавровый профиль без преувеличения можно назвать самым востребованным в строительстве типом металлопроката!

Классификация стальных двутавровых балок

Действующие ГОСТы на сортамент металлопроката балок разработаны на основе теоретических и экспериментальных исследований по выявлению наиболее рациональных типов фасонных профилей и частоты их градации.

Рис.1. Основные типы производимых сегодня двутавровых профилей

Классический двутавр с уклоном внутренних граней полок 6-12% (ГОСТ 8239-89) применяются главным образом в качестве элементов, работающих на изгиб, а также в составных сечениях колонн. Работа в качестве сжатых элементов (стоек, колонн) не эффективна ввиду малого момента инерции. Балки обозначаются в сортаменте по номерам, соответствующим высоте профиля в сантиметрах.

Двутавры с параллельными гранями полок (ГОСТ 26020-83, СТО АСЧМ 20-93) выпускаются трех основных типоразмеров: нормальные балочные (Б), широкополочные (Ш), колонные (К). Двутавры «Б» выпускаются высотой до 1000 мм, с шириной полок до 320 мм. Двутавры «Ш» имеют высоту также до 1000 мм при максимальной ширине полок 400 мм. Двутавры «К», использование которых эффективно в колоннах зданий, имеют соотношение высоты к ширине полок 1:1 и максимальные размеры 400х400 мм.

probuild-info.ru

Двутавровый горячекатаный колонный профиль

Изобретение предназначено для улучшения эксплуатационных характеристик колонных двутавровых профилей, используемых в стальных конструкциях зданий и сооружений. Двутавровый горячекатаный колонный профиль содержит две параллельные полки, соединенные друг с другом стенкой. Равноустойчивость профиля, определяющая более эффективное использование материала и повышение надежности конструкций, обеспечивается за счет того, что он выполнен с равной устойчивостью относительно главных осей Х и Y, при этом ширина полки в 29 раз больше его толщины, материалоемкость стенки составляет 20% от материалоемкости всего сечения, а высота стенки профиля регламентируется уравнением четвертой степени. 2 табл., 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к прокату колонных двутавровых профилей стальных конструкций зданий и сооружений.

Известен стальной двутавровый горячекатаный колонный профиль ГОСТ 26020-83 [1], содержащий стенку и две полки с параллельными гранями. Примем этот профиль за прототип.

Недостаток прототипа – его избыточная материалоемкость, так как главные моменты инерции J_x≠J_y и соответственно радиусы инерции i_X≠i_Y не равны друг другу. То есть профиль не имеет равной устойчивости относительно главных осей X и Y. Отношение радиусов инерции достигает i_X≠i_Y≈1,74.

Эффективность колонного профиля повысим выполнением его равной устойчивости относительно главных осей Х и Y. Равную устойчивость достигнем равенством главных моментов инерции J_x=J_y и соответственно равенством радиусов инерции i_X=i_Y.

Техническая задача изобретения – снижение материалоемкости двутаврового горячекатаного колонного профиля и повышение устойчивости колонны из него.

Техническая задача решена следующим образом. Двутавровый горячекатаный колонный профиль содержит два параллельных пояса, соединенные друг с другом стенкой.

Отличие в том, что двутавровый горячекатаный колонный профиль выполнен равной устойчивости относительно главных осей X и Y. Площадь сечения профиля остается неизменной, ширина пояса в 29 раз больше его толщины.

Толщина стенки такая же, как у прототипа, а высота сечения профиля находится из уравнения четвертой степени

где А_П – площадь сечения одной полки профиля;

А_cm – площадь сечения стенки профиля;

t_п – толщина полки профиля;

h_cm – высота стенки профиля;

b – ширина профиля;

t_ст – толщина стенки профиля.

На фиг.1 показано сечение нового двутаврового горячекатаного колонного профиля; на фиг.2 – расчетная схема центрально сжатой колонны.

Сечение имеет две полки 1, непрерывно соединенные друг с другом стенкой 2. Ширина нового горячекатаного профиля и равна b. Такая же ширина у каждой полки профиля. Толщина полки равна t_п. Площадь сечения полки профиля оставим неизменной как у прототипа A_п=b·t_п.

Новый стальной профиль, как и прототип, прокатывают на прокатном стане в горячем состоянии, но заготовку трансформируют валками стана таким образом, чтобы профиль оказался равной устойчивости, то есть главные моменты инерции должны быть равны друг другу J_X=J_Y.

Очевидно, что у нового профиля высота h сечения должна быть меньше, чем у прототипа.

В то же самое время для профиля из малоуглеродистой стали В Ст.3 Сп.5 ГОСТ 27772-88 должно соблюдаться соотношение

где b – ширины полки; t_п – толщина полки.

То есть отношение ширины полки к ее толщине должно быть менее 30 [2].

Примем это отношение b/t_п=29. При таком отношении обеспечена локальная устойчивость полок нового профиля.

Толщина полки нового профиля равна t_n=b/29, а ширина его

Площадь сечения полки равна

Коэффициент материалоемкости стенки обозначим К.

Моменты инерции нового профиля относительно оси X

и относительно оси У должны быть равны друг другу J_x=J_y

Главные моменты инерции должны быть равны.

Приравняем формулы (4) и (5)

Коэффициент материалоемкости стенки равен К=0,2, тогда

Получаем уравнение четвертой степени для определения высоты стенки h_cm нового профиля

Решив уравнение (6), находим необходимую высоту стенки h_cm нового профиля при заданной ширине b сечения. Новый профиль обладает равной устойчивостью относительно осей X и Y.

Для примера конкретной реализации используем колонный двутавр I 40 К2 (прототип). ГОСТ 26020-83. Алгоритм следующий:

1. Площадь сечения нового профиля принимаем такой же, как у прототипа А=210,96 см².

2. Коэффициент материалоемкости стенки примем равным К=0,2.

3. Находим площадь сечения стенки нового профиля

A_cm=K·A=0,2·210,96=42,192 см².

4. Находим площадь сечения одной полки

А_п=0,5(1-К)·А=0,5(1-0,2)210,96=84,384 см².

5. Находим толщину полки и округляем ее

6. Находим ширину полки и округляем ее

7. Находим фактическую площадь сечения полки

A_п=b·t_п=49,5·1,71=84,645 см².

8. Подставляем в уравнение (6) четвертой степени фактические значения: А_п=84,645 см², t_п=1,71 см, b=49,5 см, А_cm=42,192 см²,

9. Получаем уравнение четвертой степени

10. Решаем уравнение (6) и получаем высоту стенки нового двутаврового профиля h_cm=25,898 см, при которой обеспечена его равная устойчивость относительно осей Х и Y. Высота сечения h=29,3096 см.

11. Находим толщину стенки

12. Составляем сортамент новых двутавровых профилей (табл.1).

13. Подбираем колонну из нового двутаврового колонного профиля и сравниваем ее материалоемкость с колонной из старого профиля (прототипа) по ГОСТ 26020-83.

Сопоставление колонного двутавра I 40 К2 ГОСТ 26020-83 (прототип) и нового колонного двутаврового профиля I 40 К2 Э показывает, что при одинаковой материалоемкости нового и старого профилей в результате эффективного распределения стали по сечению достигнута равная устойчивостью сечения относительно осей X и Y. В результате этого моменты инерции JX=JY и радиусы инерции iX=iY относительно осей Х и Y стали равны друг другу.

Таблица 2.
Сравнение колонного двутавра I 40 К2 ГОСТ 26020-83 и нового колонного двутаврового профиля I 40 К2 Э
	Было, прототип	Стало
Колонные двутавровые горячекатаные профили	I 40 К2. ГОСТ 26020-83	Новый профиль I 40 К2 Э
Площадь сечения, см²	А=210,96	210,96
Площадь полки, см²	A_П=1,65·40=66	А_П=84,384
Толщина стенки, см	t_ст=1,3	t_cm=1,63
Толщина полки, см	t_П=1,47
Ширина полки, см	b=44,1
Коэффициент материалоемкости стенки	К_cm=0,37	К_cm=0,2
Высота стенки h_cm, см	h_cm=h-t_П=36	h_cm=25,898
Высота сечения, см	h=40	h=h_cm+t_П,=29,31
Моменты инерции сечения, см⁴	J_X=52400,
J_Y=17610
Радиусы инерции, см	i_x=17,26,
i_y=10,0 (100%)
Максимальная гибкость колонны ℓ=700 см
Приведенная гибкость колонны
Коэффициент продольного изгиба φ	φ=0,765
Коэффициент условий работы γ_c [1, с.9]
Несущая способность колонны, гН (m) F=γ_c·φ·R_y·A	F=0,8·0,765·230·210,96=29694,7 гН (296,95 m) 100%	F=0,95·0,836·230·210,96=38535,2 гH (385,35 m) 129,8%
Примечание:
Расчетная схема колонны – центрально-сжатая с шарнирным закреплением ее концов. Сталь малоуглеродистая по ГОСТ 2-7772-88 с расчетным сопротивлением R_y=230 МПа и модулем упругости Е=206000 МПа.

При этом радиус инерции нового профиля по отношению к минимальному радиусу инерции прототипа увеличился на 27,7%, что привело к благоприятному изменению коэффициента продольного изгиба φ.

Гибкости λ_X=λ_Y также стали равны.

Несущая способность колонн равна F=γ_c·φ·R_y·A

Прототип – F=0,8·0,765·230·210,96=29694,7 гН (296,95 m) 100%

Новый профиль – F=0,95·0,836·230·210,96=38535,2 гH (385,35 m) 129,8%

Таким образом, несущая способность колонн из нового профиля повышена на 29,8%. Эффективность высокая.

Список литературы

1. ГОСТ 26020-83 «Двутавры стальные горячекатаные с параллельными гранями полок. Сортамент».

2. СНиП II-23-81* Стальные конструкции. – М.: Стройиздат, 1981. – 125 с.

Двутавровый горячекатаный колонный профиль, содержащий две параллельные полки, соединенные друг с другом стенкой, отличающийся тем, что он выполнен с равной устойчивостью относительно главных осей х и y, с неизменной площадью сечения, при этом ширина полки в 29 раз больше ее толщины, материалоемкость стенки составляет 20%, каждой из полок – 40% от материалоемкости всего сечения, а высота стенки профиля определена из уравнения четвертой степени

где А_п – площадь сечения одной полки профиля, см²;
A_ст – площадь сечения стенки профиля, см²;
T_п – толщина полки профиля, см;
H_ст – высота стенки профиля, см;
B – ширина профиля, см;
T_ст – толщина стенки профиля, см.

findpatent.ru

Двутавры – Характеристика основных профилей и их назначение – Сортамент

Двутавры (ОСТ 10016-39) применяются главным образом в качестве балок, работающих на изгиб, чем, как известно из теории сопротивления материалов, и определяется их конфигурация.

Использование одиночных двутавров в качестве стоек, работающих на сжатие, нерационально вследствие резкой разницы в значениях моментов инерции относительно обеих главных осей и в связи с этим — малой жесткости относительно оси у — у.

Однако в составных сечениях колонн, где жесткость стержней при продольном изгибе обеспечена, двутавровый профиль также находит применение.

Примеры применения двутавров

По нашему сортаменту для двутавров установлены номера № 10 до № 60. Номер двутавра соответствует его высоте, выраженной в сантиметрах. Начиная с № 20, двутавры прокатываются с разной толщиной стенки при одной и той же высоте, что обозначается буквами «a», «b» и «c».

Двутавры серии «а» имеют относительно тонкую стенку и наиболее выгодно используются для работы на изгиб. Двутавры серии «с» имеют самую толстую стенку и потому наиболее рациональны для работы на сжатие, а также для тех случаев изгиба, когда в балке действует большая поперечная сила, вызывающая значительные касательные напряжения в стенке (например, в коротких и сильно нагруженных балках). Толщины стенок двутавров серии «b» имеют промежуточные значения. Эти двутавры используются редко и не могут быть рекомендованы.

При применении в конструкции двутавров следует иметь в виду, что в процессе прокатки могут получиться отклонения. Допускаемые отклонения составляют по высоте ± 3 мм для номеров от 20 до 36 и ± 4 мм для № 40 и выше. Полки двутавра имеют уклон внутренних граней 1:6, что затрудняет прикрепление к ним деталей с внутренней стороны.

Заказные длины двутавров — 6, 9 и 12 м, но по согласованию с заводами-поставщиками могут быть получены двутавры: от № 30 — длиной 15 м, от № 45 и выше — длиной 15 — 18 м.

Швеллеры

Швеллер (ОСТ 10017-39) отличается от двутавра сдвинутой к краю полок стенкой, что делает этот профиль конструктивно удобным в тех случаях, когда необходимо примыкание к стенке других элементов. Таким образом, швеллеры также могут быть выгодно использованы в качестве элементов, работающих на изгиб, в связи с чем они нашли широкое применение, например, в качестве прогонов в покрытиях промышленных зданий.

Однако из-за отсутствия симметрии относительно вертикальной оси у — у швеллер, как правило, подвергается скручиванию и получает в связи с этим дополнительные, хотя я незначительные, напряжения.

Швеллеры широко применяются в конструкциях, работающих на осевые силы, в виде составных сечений из двух элементов, соединенных планками или решетками, например, в колоннах, поясах ферм и др. Швеллеры могут также применяться в виде конструктивных деталей для соединения отдельных частей конструкции.

Примеры применения швеллеров

По нашему сортаменту для швеллеров установлены номера от № 5 до № 40. Номер швеллера соответствует его высоте, выраженной в сантиметрах. Начиная с № 14, швеллеры прокатываются с разной толщиной стенки при одной и той же высоте, что обозначается аналогично двутаврам буквами «a», «b» и «c». Допускаемое отклонение по высоте, начиная с № 20, ± 3 мм.

Полки швеллера имеют уклон внутренних граней 1:10; заказные длины швеллеров — 6, 9 и 12 м.

«Проектирование стальных конструкций»,
К.К.Муханов

Листовая сталь широко применяется в строительстве, составляя часто 40 — 60% веса всего сооружения, а в специальных листовых конструкциях — оболочках — около 100% веса. Причиной такого широкого применения листа даже в стержневых системах является неограниченная возможность создания любых профилей необходимых размеров, мощности и конфигурации сечения путем сварки или клепки. Листовая сталь классифицируется следующим образом:…

www.ktovdome.ru

TOP HEADLINES

Двутавровый профиль – Двутавровая балка: Марка, ГОСТ, цена