Навантаження, що витримується швелером

1. Навантаження, що витримується швелером

Швелер - вид металопрокату, який у своєму перерізі нагадує букву "П". У своїй конструкції виріб має перемичку і полиці, які можуть відходити від основи під кутом. Висотою швелера заведено вважати висоту його полиць. Отримують цей вид металопрокату шляхом гарячого плющення на сортових верстатах. Застосовують його у будівництві, оскільки швелер витримує високі навантаження, а також має опір і жорсткість.

Класифікація і маркування швелерів

Для швелерів існують декілька класифікацій і маркувань, які описують особливості конкретного прокату. Існує дві групи виробів:

гарячекатана продукція;
гнута.

Перший профіль має великий запас міцності, що дозволяє застосовувати його в якості несучих конструкцій. Другий тип має вигин полиць, що зменшує допустиме навантаження на виріб, але полегшена маса і дешевизна товару роблять його прийнятніше для створення опорних конструкцій.

Також заведено розрізняти швелери за рівнем точності:

"А" - висока;
"Б" - підвищена;
"В" - звичайна.

Ці показники застосовують для позначення точності виготовлення виробу.

Окрім висоти, в кожному профілі заведено виділяти інші показники, які впливають на габарити виробу:

ширина полиці - відстань від зовнішнього кута полиці до кінця грані. Розмір може варіюватися 35-115 мм;
товщина балки;
товщина полиці.

Окремо в характеристиці швелера описується його довжина. Усі швелери можна розподілити на три групи за цим параметром:

мірною;
кратною мірною;
немірної довжини;

Також зустрічаються літерні позначення В маркуванні швелера розрізняють наступні їх значення:

"У" - кутовий виріб. Вказує на вигин полиць один до одного. Ухил складає 4-10%;
"П" - полиці, по відношенню одна до одної знаходяться паралельно;
"Л" - полегшений виріб;
"Е" - виконаний з економічних матеріалів. До цієї групи відносять вироби з паралельними полицями;
"С" - спеціальна партія. Виконують на замовлення з нестандартними нахилами граней.

Також зустрічається маркування Ст1-4, яка означає марку сталі, з якої виготовлена продукція.

Номенклатура виробів з рівними й гнутими полицями має певні відмінності.

Представимо типову розшифровку гарячекатаної марки з рівними полицями:

В першу чергу заведено писати вид виробу, в нашому випадку - швелер.
Наступною йде цифра, що вказує висоту полиці в сантиметрах, приміром, 21.
Потім вказують конструктивні особливості прокату("У", "П", "Л" і так далі).
Після позначення особливих характеристик вказують точність прокату і ДЕСТ, згідно з яким він виконаний.

У результаті отримуємо:

Швелер 21П-Б ДЕСТ, що означає виріб з висотою стінки 210 мм з паралельними полицями, підвищеної точності, виконаний за вказаним ДЕСТу.

Далі через дріб вказують марку і міру розкислювання, які застосовувалися у виготовленні.

21П-Б ДЕСТ/Ст3сп ДЕСТ. В такому випадку вказана сталь третьої марки, міра розкислювання - "спокійна".

Кутовий профіль також має свої особливості, які позначаються на маркуванні. Так, ДЕСТ має значення 8278-83 для рівнополичного виробу і 8281-80 для нерівнополочного. У позначенні вказують:

висоту * ширину полиці * товщину заготівлі. Ці показники вказуються в міліметрах;
точність виготовлення;
ДЕСТ.

Друга частина дробу не відрізняється від виробів з рівними полицями.

Марування у результаті виглядає так:

100х50х4Б ДЕСТ/Ст3сп ДЕСТ, що означає співвідношення висоти, ширини полиці та товщини виробу в 100-50-4 міліметри, підвищену точність і виготовлення згідно з вказаним ДЕСТом/сталь третьої марки, міра розкислювання "спокійна".

Максимальний прогин для швелера

Максимально допустимий прогин - це показник, який розраховується переважно при будівництві перекриттів і несучих конструкцій. Для обчислення максимально допустимого прогину застосовують коефіцієнт 5/384, який потім множать на наступний дріб:

А - рівномірне навантаження, яке заведено називати "під'їзний козирок". Застосовують балки, які мають жорсткі закладення. Простір між швелерами заповнюють залізобетоном;
У - рівномірне навантаження при установці балок міжповерхових перекриттів. До цієї групи відносять однопролітні балки;
З - навантаження за типом балконних плит. Застосовують шарнірно-оперті балки, які мають дві точки опори з консоллю, а основна частина винесена безпосередньо за межі конструкції. Момент навантаження між балками розподіляється рівномірно;
D - навантаження перекриття. Застосовують шарнірно-опертиі балки, на яких сконцентрована одна сила;
F - навантаження, яке за своїм видом нагадує групу "А", тільки замість залізобетону застосовують металеві листи з великим показником жорсткості.

Після того, як обрано необхідний вид навантаження, можна приступити до його розрахунку. Розрахунок навантаження на швелер проводиться послідовно і виглядає таким чином:

Коефіцієнт надійності за навантаженням множиться на усе навантаження, яке спрямоване на балку. Під усім навантаженням мають на увазі розрахункову разом з нормативною.
Отриманий результат множиться на крок швелерів.
Робиться підрахунок максимального згинального моменту. Для цього необхідно розрахункове навантаження помножити на довжину балки у квадраті. Отримане значення вимірюється в кНм.
Обчислюється момент опору. Для цього максимальний згинальний момент множиться на коефіцієнт умов роботи. Ці значення знаходяться в чисельнику, а в знаменнику вказується коефіцієнт пластичних деформацій.

Отримане значення вказує на необхідний переріз швелера в кубічних сантиметрах, при цьому варто враховувати, що номер швелера має бути дещо більше отриманого числа.

Усі постійні значення необхідно брати з ДЕСТу. Як приклад візьмемо швелер 10П зі сталі 09Г2С.

Початкові постійні значення для нього:

межа плинності для 09Г2С складає 345 МПа;
момент опору балки по осі Х - 34,9 сантиметрів кубічних, по осі Y - 7,37 сантиметрів кубічних.

Згинальний момент отримуємо множенням моменту опору балки по осі Х на межу плинності для 09Г2С. Отримуємо 34,9 * 345 = 12040,5 Нм. Так само множимо момент опору балки по осі Y на межу плинності для 09Г2С і отримуємо 7,37 * 345 = 2542,65 Нм.

Коефіцієнт пластичних деформацій дорівнює 8 - звідси обчислюємо розрахункове навантаження по кожній осі: