Сварная балка

Опубликовано 14 Июл 2015
Рубрика: Механика | 9 комментариев



Варим балку!Сварная балка двутаврового сечения является прямым конкурентом прокатной. Как только на рынке металла существенно уменьшается разница в стоимости тонны листового проката, из которого изготавливают сварные двутавры, и тонны горячекатаных двутавров, ...

...сварные балки начинают молниеносно увеличивать свою долю рынка строительных металлоконструкций.

Однако применение сварной балки при изготовлении металлоконструкций обусловлено не только экономическими, но часто и организационно-технологическими причинами.

Найти, купить и привезти небольшое количество прокатных двутавров зачастую бывает сложнее, дороже и дольше, чем сварить эти балки из листов при наличии соответствующего оборудования, специалистов и технологии.

Заказать готовые сварные балки на рынке сегодня тоже не проблема. Наши металлургические комбинаты прокатывают двутавры высотой более 600 мм редко и/или по специальному заказу, и эту нишу успешно заполняет сварная балка. Перенастроить прокатный стан несравнимо дольше и дороже, чем перестроить производство сварных двутавров на другой типоразмер.

При грамотной и скрупулезной проработке проектов применение сварной балки вместо горячекатаной позволяет экономить заказчику значительные денежные суммы вследствие тщательного определения размеров сечений применяемых профилей.

Расчет сварной балки в программе ООО «Конструктор Стали».

При замене примененного в проекте прокатного двутаврового профиля, на сварной вариант конструктору часто бывает необходимо выполнить расчет геометрических характеристик сечения. Рекомендую воспользоваться хорошей, на мой взгляд, программой производственно-строительной компании ООО «Конструктор Стали», которая так и называется – «Расчет сварной балки». Программу можно бесплатно скачать на сайте компании по адресу: www.constali.ru/kalkulyator-rascheta-svarnoie-balki. Калькулятор не требует установки, представляет собой exe-файл и готов к работе сразу после запуска.

Окно программы содержит три закладки.

На закладке «Инструкция» кратко, но очень информативно рассказано, как пользоваться программой.

Сварная балка - инструкция

На закладке «Расчет сварной балки» можно выбрать сварной аналог горячекатаного двутавра или создать свой вариант. Программа мгновенно рассчитает важнейшие характеристики профиля и выведет их в удобной для сравнения форме.

Сварная балка - расчет

Подобранная или созданная сварная балка может быть выведена на печать в виде не совсем оформленного чертежа.

Сварная балка - чертеж

На закладке «Подбор балки с минимизацией веса» по заданным геометрическим характеристикам и диапазонам размеров сечения пользователь может решить очень важную задачу – найти размеры самого легкого двутавра, удовлетворяющего исходным данным. Полученный результат также можно вывести на печать в виде чертежа.

Сварная балка - подбор

Замечательный калькулятор! Частью функций можно воспользоваться в on-line режиме, не скачивая программы.

Но, есть одно «но»… В программе не упоминаются и не учитываются сварные швы – про них будто забыли, хотя увеличить на 4% массу балок – не забыли… Конечно, влияние сечений швов на геометрические характеристики незначительно, но для прочности сварной балки в целом размеры сварных швов чрезвычайно важны.

Сварная балка. Расчет в Excel.

1. Расчет в Excel геометрических характеристик поперечного сечения сварной двутавровой балки.

Сварная балка - сечениеПредставленная далее авторская программа позволяет рассчитать характеристики сечения с учетом сварных швов и точно по формулам сопромата. Если задать катеты равными нулю, то полученные значения будут совсем немного — на сотые доли процента — отличаться от результатов, которые выдает предыдущая программа (кроме, разумеется, массы…). Не знаю причины, возможно, авторы учитывали допуски на толщину листов или притупления кромок. Думаю, что сотые доли процента отклонений в результатах практического значения не имеют.

На рисунке чуть выше слева изображен чертеж сечения сварной балки, а далее – скриншот программы и формулы, по которым ведется расчет в Excel.

Сварная балка - расчет в Excel сечения

Геометрические характеристики элемента №1:

7. xc1=0

8. yc1=0

9. A1=(H-2*t)*S

10. Ix1=S*H3/12

11. Iy1=H*S3/12



Геометрические характеристики элементов №2:

12. xc2=0

13. yc2=(h t)/2

14. A2=t*d

15. Ix2=b*t3/12

16. Iy2=t*b3/12

Геометрические характеристики элементов №3:

17. xc3=S/2+kf/3

18. yc3=h/2- t-kf/3

19. A3=kf2/2

20. Ix3=kf4/36

21. Iy3=kf4/36

Геометрические характеристики балки:

22. A=A1+2*A2+4*A3

23. Sx=A1/2*H/4+yc2*A2+2*yc3*A3

24. Sy= A1/2*S/4+A2*b/4+2*xc3*A3

25. Ix=Ix1+2*(Ix2+yc22*A2)+4*(Ix3+yc32*A3)

26. Iy=Iy1+2*Iy2+4*(Iy3+xc32*A3)

27. Wx=Ix/(h/2)

28. Wy=Iy/(b/2)

29. ix=(Ix/A)0,5

30. iy=(Iy/A)0,5

31. M=0,785*A

2. Расчет в Excel сварных швов двутавровой балки.

Угловые сварные швы рассчитываются на условный срез. Расчет выполняется по двум сечениям — по сечению металла шва и сечению металла границы сплавления. Сварка должна «удержать» полки от смещения относительно стенки балки при работе конструкции под нагрузками.

Так как часто мы не знаем кто, как и чем будет варить проектируемую балку, то примем для коэффициентов и нормативных сопротивлений материалов, участвующих в расчете, «худшие» значения. Если вы знаете ответы на поставленные выше вопросы, то, открыв соответствующие таблицы в СП 16.13330.2011 (СНиП II-23-81), можете по ним назначить коэффициенты и нормативные сопротивления. В примечаниях к ячейкам с числовыми значениями коэффициентов указаны номера таблиц вышеупомянутого Свода Правил. Сам СП 16.13330.2011 легко найдете в Интернете.

Ниже вы видите скриншот программы расчета в Excel сварных швов составной двутавровой балки из наиболее распространенных сталей (Ст3 и 09Г2С) при неподвижной нагрузке.

Максимальная поперечная сила Q определяется из эпюр. Для балок, например, места её приложения — опоры и точки приложения сосредоточенных нагрузок.

Цветовое форматирование ячеек листа Excel, которое применено во многих статьях этого блога, детально описано на странице «О блоге».

Сварная балка - расчет в Excel швов

Формулы, примененные в программе:

5. H=h-2*t

8. kfmax=1,2*S

16. Rwf=Rwun*0,55/1,25

17. Rwz=Run*0,45

18. Sx=b*t*(h-t)/2

19. T=Q*Sx/Ix

20. Zш=T/(2*βf*kf*Rwf*γc)

21. Zг=T/(2*βz*kf*Rwz*γc)

Таблица минимальных катетов сварных швов:

Таблица катетов швов

Из примера, представленного на скриншоте программы, видно, что сварная балка 30Б2, заваренная швами с катетом 4 мм не разрушится по швам при действующей поперечной силе 36 тонн!!!

Применяя сварную балку, при проектировании, безусловно, следует кроме расчета швов проверять прочность, жесткость (прогибы), устойчивости (общую, стенки, полок). Однако не следует злоупотреблять «сплошными проварами» и назначать неоправданно большие катеты сварных швов там, где они не нужны. На практике в 90% случаев достаточными являются катеты швов равные 0,5…0,7 толщины стенки балки.

«Назначать минимальные размеры сварных швов, а также применять минимально необходимое количество расчетных и конструктивных сварных швов» — обязывает и СП 16.13330.2011.

Замечания, отзывы и вопросы, уважаемые читатели, пожалуйста, пишите в комментариях внизу страницы.

УВАЖАЮЩИХ труд автора прошу скачать файл с программами ПОСЛЕ ПОДПИСКИ на анонсы статей. Подписавшись, вы не пропустите появление потенциально важной для вас информации (формы для подписки — внизу статьи и наверху страницы в левом сайдбаре).

Ссылка на скачивание файла с программами: svarnaya-balka (xls 133KB).

Другие статьи автора блога

На главную


Введите Ваш e-mail:

Статьи с близкой тематикой

Отзывы

9 комментариев на «Сварная балка»

  1. ВАЛЕРИЙ 15 Июл 2015 01:07

    Балки уже не делаю но информацию по привычке собираю.Очень толковый сайт.Удачи Вам в этом очень полезном деле.

  2. Юрий 15 Июл 2015 01:33

    Спасибо Вам!

  3. Денис 15 Июл 2015 02:49

    Спасибо!

    Как раз на работе занимаюсь проектированием конструкции из сварных балок.

  4. Анатолий 16 Июл 2015 01:31

    Спасибо Александр, как всегда четко и практично. Очень правильно, что Вы здесь же поместили расчет сварных швов. Пригодится.

  5. Николай 23 Июл 2015 11:31

    Александр большое спасибо за Ваш нужный и полезный труд.

  6. Алексей 14 Мар 2016 10:54

    Попадалась эта программа, удобно работать. А прочитав Ваш обзор ещё больше разобрался.

    Спасибо

    (montazhnic.ru/svarnye-balki)

  7. betonka.pro 18 Ноя 2016 01:43

    Несущие возможности сварной балки выше несущих возможностей горячекатаной балки аналогичной массы. Соединение в одной балке различных марок стали, с целью сделать некоторые участки более прочными, а другие менее, снижает стоимость балки.

  8. svarkagid.com 01 Дек 2016 08:18

    В сети море подобных калькуляторов. Скажите, нет ли идеи для создания калькулятора для расчета балки сталебетонного или армированного сталебетонного сечения? Спасибо! Выглядит интересно, надо поиграться на досуге. Думаю пригодится! Верификацию производили?

  9. Александр Воробьев 01 Дек 2016 19:48

    Нет, такой идеи нет. Верификацию производили.

Ваш отзыв







  • Посетители: 657 649

  • Подписчики: 3 416