Сварная балка
Опубликовано 14 Июл 2015
Рубрика: Механика | 12 комментариев
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.
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.
Подобранная или созданная сварная балка может быть выведена на печать в виде не совсем оформленного чертежа.
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.
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.
Представленная 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.
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».
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:
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.
Ссылка на скачивание файла с программами: svarnaya-balka (xls 133KB).
Статьи с близкой тематикой
Отзывы
12 комментариев на «Сварная балка»
Ваш отзыв
Посетители: 2,1 млн
Балки уже не делаю но информацию по привычке собираю.Очень толковый сайт.Удачи Вам в этом очень полезном деле.
Спасибо Вам!
Спасибо!
Как раз на работе занимаюсь проектированием конструкции из сварных балок.
Спасибо Александр, как всегда четко и практично. Очень правильно, что Вы здесь же поместили расчет сварных швов. Пригодится.
Александр большое спасибо за Ваш нужный и полезный труд.
Попадалась эта программа, удобно работать. А прочитав Ваш обзор ещё больше разобрался.
Спасибо
(montazhnic.ru/svarnye-balki)
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.
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?
Нет, такой идеи нет. Верификацию производили.
Случайно наткнулся на этот блог. Спасибо. Много интересного.
Здравствуйте Александр. Возможно ли сделать аналогичный расчет по тавру сварному?
На сегодняшний момент необходимо рассчитать тавр сварной длиной 4150. Из листов 30мм. Верхний лист шириной 400мм, нижний высотой 350мм.
Дмитрий, здравствуйте. Аналогичного расчета тавра у меня нет. А сделать можно всё, но нужно время...