Что прочнее: двутавр или швеллер?
Двутавровые балки и швеллеры – металлические профили. Они используются в сфере промышленного производства, сельского хозяйства и других отраслях народного хозяйства. 2 типа стальных изделий выполняются из стали. Они выполняют функции каркаса в конструкциях сооружений и строений. Как элементы они предназначены создавать прочные узлы и связи металлического каркаса. 2 вида металлопроката: горячекатанный двутавр и швеллер П-образного сечения регламентируются Стандартом ГОСТ 535-88.
Конструктивные особенности
Швеллеры 2 вида:
- П-образного сечения прокат горячекатаный;
- П-образного сечения прокат гнутый.
Конструктивное исполнение швеллера с 2 полками в 1 сторону располагает главную ось инерции к стенке со смещением усилий, накладываемых к изделию. Оно работает на косой изгиб. Лёгким и прочным каркас из швеллера получится, когда швеллер модернизировать. Сделать из него коробчатые стойки.
Электрической дуговой сваркой с прерывистым швом соединить швеллеры полками внутрь конструкции. Усиление шва через 1,2-1,5 м упрочняет сборное изделие.
Балке из двутавра не требуется дополнительное усиление. Она выдерживает нагрузки.
Сравнение изделий на жёсткость
Балка двутавра надёжнее по всем показателям однотипного номера. Она имеет 2 полки с каждой стороны, выступающие на равный вылет от её стенки. Нагрузку принимают полки. Поэтому балка прочнее швеллера.
Она воздействует на профиль вертикально. Стенка балки работает на противодействие сжатию. Силы, пытающиеся скрутить двутавровую балку незначительные.
В швеллере усилия возникают значительных параметров по причине, что полки становятся односторонним рычагом. Также от того, как будет наложена и распределится по полкам нагрузка.
У двутавровой балки полки дают жёсткость стенке не с 1 стороны, как у швеллера, с 2 сторон. Сравниваются изделия с одинаковыми размерами профиля по одинаковой высоте стенки.
В таблицах с размерами ГОСТ сравниваемого швеллера П 14 и двутавровой балки 14 Б1 с величинами их моментов сопротивления в осях X и Y (Wx и Wy) показаны значения характеристик. Момент инерции двутавра выше в оси Х, он основной критерий. Изделие будет прочнее на величину этого показателя. Он измеряется в Н/кв.мм.
У швеллера и двутавровой балки видно в ГОСТ ось X находится в плоскости:
- поперечного сечения через середину стенки;
- перпендикулярно стенке;
- параллельно полкам.
Выводы
Двутавр с параметрами однотипного изделия швеллера прочнее. Он позволяет применять его в конструкциях опор и стоек, где швеллер пойдёт на кручение и излом. Фермы, прогоны, связи, фахверки, поперечины в конструкции каркасов металлического исполнения лучше изделия нет, чем швеллер.
Двутавр не применяется из-за высокой металлоёмкости и удорожает монтаж. Уголковые изделия слабее швеллера. У каждого изделия есть своё место. Но прочность двутавровой балки выше прочности швеллера.
как выбрать наиболее прочный профиль?
У двутавра и швеллера похожие конструкции. Благодаря П-образному сечению балки выдерживают продольные нагрузки, а в других направлениях опоры противостоят меньшим усилиям. Большую часть продукции покупают предприятия, которые возводят сооружения и занимаются машиностроением.
Двутавр прочнее швеллера. «Секрет» повышенной жесткости заключается в конструкции: полки одинаковой высоты, симметричны, выступают с одной и другой стороны. Нагрузка распределяется равномерно, большая часть направлена вдоль длинной оси.
Полки сопротивляются сжимающим усилиям, работают с обеих сторон. Когда зажатая одним концом балка установлена строго вертикально, крутящим моментом пренебрегают (из-за небольшой величины).
Полки швеллера находятся с одной стороны и работают как два рычага. Металлопрокат испытывает усилия сжатия и скручивания. Если один конец прочно не закреплен, балке не хватает жесткости, чтобы выдержать значительные нагрузки.
Швеллер и двутавр по-разному реагируют на равные боковые нагрузки.
Неодинаковое восприятие объясняется расположением центра тяжести.
У швеллера точка приложения сил смещена в сторону торцов полок. Центр тяжести двутавра проходит по стенке, направлен вдоль длинной оси, располагается внутри реального контура.
Назначение обеих конструкций — для восприятия вертикально направленных сил: сжатия и растяжения. По этой причине стержни не противостоят моментам кручения большой величины.
Утверждение справедливо для традиционного применения изделий:
- балки противостоят нагрузкам;
- нижняя часть полок опирается на основание.
Чтобы результат отражал реальность, сравнивают несколько похожих профилей, работающих в равных условиях. Расчет показывает, если нагрузка направлена перпендикулярно продольной оси (сбоку балки), большей прочностью обладает швеллер. Полки расположены по одну сторону. Центр тяжести изделия находится за реальным поперечным сечением.
Чтобы металлопрокат противостоял большим поперечным нагрузкам, изделие укладывают стенкой вниз.
Способ применяют для строительных элементов малым весом. Второй вариант расположения швеллера — набок. Если действуют большие усилия, желательно, чтобы торцы полок соприкасались с основанием сооружения или крепкими опорами.
Вывод. Если балка нужна для противостояния вертикальным и поперечным нагрузкам, покупают швеллер. Когда профиль работает в условиях повышенного сопротивления сжатию и растяжению, выбирают двутавра.
Для обеих конструкций в расчет закладывают коэффициент запаса (20-30%).
За и против швеллера и двутавра
Когда сравнивают прочность двух конструкций, используют метод сбора всех действующих сил. По формулам вычисляют значения и направленность напряжений. Учитывают характер, длительность, взаимное влияние моментов. Важно использование двутавра по назначения: для возведения колонн, прокладывания рельсовых путей.
На прочность двух конструкций влияют факторы:
- особенности сечения: направление полок и соотношение размеров: толщины, ширины, высоты, радиусов закругления элементов;
- длина металлоконструкции с учетом нагрузки;
- марка стали;
- способ закрепления концов;
- специфика работы.
Нормативные документы содержат требования к горячекатаным балкам. Максимальные и минимальные размеры профилей разных типов указаны в таблице.
Конструкция | Параметры, мм | Реквизиты норматива | ||
Высота сечения, h | Ширина полки, b | Толщина стенки, s | ||
Двутавры | ||||
Уклон полок 6-12 0C | 100-600 | 55-190 | 4,5-12,0 | 8239-89 |
Параллельные грани | 100-1013 | 55-400 | 4,1-23,0 | 26020-83 |
Уклон 12 0C и 16 0C | 140-450 | 80-150 | 5,5-14,0 | 19425-74 |
Швеллеры | ||||
— | 180-300 | 68-87 | 7,0-9,5 | 19425-74 |
Из таблицы видно: размеры сечения двутавров больше, чем у швеллеров.
Особенности работы швеллеров
По сравнению с двутавром, опора выдерживает меньшие нагрузки. Но есть много профилей, которые противостоят сопоставимым усилиям.
Швеллер применяют в случаях:
- возведения каркасных зданий;
- сооружения прямых и изогнутых профилей для производственного оборудования и транспорта: автомобилей, судов, железнодорожных вагонов, авиатехники.
К достоинствам швеллерного проката относят удобство использования. Так как полки выступают только с одной стороны, стенку устанавливают вплотную к соседним плоскостям. Металлы сваривают или соединяют метизами. Линия примыкания элементов не имеет зазоров.
Если швеллер подобран правильно, изделие используют как несущую балку. Профиль применяют в местах, где возникают напряжения малой и средней величины. Это сооружения с узкими пролетами, малым шагом и легкими кровлями.
Плюсы и минусы двутавров
По сравнению со швеллером, этот тип проката отличается металлоемкостью.
Опоры выдерживают повышенные нагрузки. Профиль устанавливают на значительном расстоянии: шаг и ширина между осями больше, чем у швеллера.
Прокат применяют при возведении спорткомплексов, бассейнов, складов и цехов. Недостаток мощных балок — высокая цена. Продукцию используют на усиленных фундаментах.
Расходы на закупку двутавров оправданы для объектов, работающих при значительных нагрузках. Прокат приобретают для строительства большепролетных сооружений и при планировании расширения производства.
Если профессионально выполненный расчет указывает на малые напряжения, выгоднее купить швеллер.
Как сравнить две нагруженные конструкции?
Чтобы быстро выбрать более прочное изделие и не переплатить деньги, обращаются к стандартам. Кроме масс, размеров и площадей, в таблицах указаны моменты:
- инерции;
- кручения по осям «x» и «y».
Если параметры сечений у швеллера и двутавра примерно одинаковые, а прочности разные, выбирают изделие с большим моментом сопротивления: Wx и Wy.
Во всех стандартах перед таблицей размещены эскизы сечений. На чертежах показаны оси: «x» и «y».
Так как балочный профиль предназначен для работы на сжатие и растяжение, численное значение Wx всегда больше Wy. Утверждение справедливо для швеллера и двутавра.
Что такое «момент сопротивления»?
Характеристику используют при расчетах прочности нагруженных сооружений и конструкций. Физическая величина действует под прямым углом к рассматриваемой линии. Момент силы показывает, как металл в месте разреза сопротивляется кручению или изгибу.
Характеристика зависит от массы, геометрии сечения, прочности. Имеет значение расположение центра тяжести, сопротивление конструкции при сжатии и растяжении.
У швеллера и двутавра ось «x» проходит в плоскости сечения, параллельной полкам. Точка приложения усилий — по центру, перпендикулярно длинной оси сечения.
Когда определяют параметр, учитывают моменты:
- инерции площади сечения;
- полярный;
- сопротивления площади сечения.
Ось «y» проходит в плоскости поперечного сечения, перпендикулярно полкам. В месте схода осей «x» и «y» образуется прямой угол.
У двутавра линия совпадает с вертикальной стенкой и центром тяжести, а у швеллера ось проходит параллельно. Так как полки расположены с одной стороны, центр тяжести смещен относительно реального контура профиля.
Параметр Wx показывает сопротивляемость усилиям, направленным перпендикулярно полкам, вдоль стенки. Величина Wy определяет сопротивляемость конструкций противоположным усилиям. Момент направлен перпендикулярно стенке и вдоль полок.
Распределение нагрузок на двутавр:
- сила давит на стенки;
- противоположная сторона опирается на кромки полок.
Варианты расположения швеллера — с опорой на кромки полок или поверхность стенки. Вне зависимости от способа, Wy направлена в сторону, противоположную опорной поверхности.
Нагруженные конструкции выдерживают максимальные нагрузки при правильном расположении:
- стенки располагаются строго вертикально;
- нагрузка приходится на полки.
Как выбрать более надежную конструкцию?
Чтобы сравнить прочность разных профилей, используют таблицы в стандартах. Из документов выписывают швеллера и двутавры с близкими по значению размерами.
Параметр | Двутавровая балка по ГОСТ 8239-89 | Швеллерная конструкция по ГОСТ 8240-97 | |
Номер профиля | |||
№ 20 | № 30Л | ||
Стенка, мм | Высота | 200 | 300 |
Толщина | 5,2 | 4,8 | |
Полка, мм | Ширина | 100 | 65 |
Толщина | 8,4 | 7,8 | |
Радиус закругления полки, мм |
| 4,0 | не определен |
Площадь поперечного сечения, см2 |
| 26,8 | 24,30 |
Масса одного погонного метра, кг |
| 21,00 | 19,07 |
Момент сопротивления по оси, см3 | Wx | 184,0 | 212,45 |
Wy | 23,10 | 17,84 | |
Подбирают несколько профилей разных типов.
Сравнивают размерные характеристики и моменты сопротивления.
Самая надежная конструкция имеет больший запас прочности по Wx и Wy.
Как и почему следует проектировать металлические двутавровые балки?
Когда приходит время снизить производственные затраты или увеличить размер прибыли в производстве металлических изделий, ответственность за определение того, как лучше всего сократить затраты на продукцию без ущерба для качества и структурной целостности, может ложиться на группу инженеров производителя.
Зачастую снижение затрат начинается с выбора материала и профиля конструкции. Например, если вы привыкли производить двутавровые или тавровые балки, то C-образные балки (C-профили) могут стать эффективной заменой для многих проектов. При забивке свай С-образные сечения обеспечивают высокий изгиб при несущей способности и трении грунта для надежной анкеровки. С-образная балка поддерживает допуски по прочности при более низком калибре, чем двутавровая балка, что приводит к более тонким и легким компонентам.
Если вы никогда раньше не работали с C-образными профилями, продолжайте читать. Мы познакомим вас с основами, чтобы вы могли определить, является ли это правильным выбором для ваших потребностей в дизайне.
Обычное применение тавровой балкиC-образные профили обычно используются для небольших пролетов или легких условий эксплуатации и часто изготавливаются из алюминия, стали и нержавеющей стали. Ниже приведены некоторые распространенные варианты использования кесарева сечения.
- Кронштейны
- Обшивка
- Обложки
- Украшение
- Каркас
- Гирты
- Опора для решетки
- Держатели
- Вставки
- Балки
- сообщений
- Прогоны
- Рельсы
- Перила
- Усиление
- Диски
- Слайды
- Стандарты
- Элементы жесткости
- Опоры
- Гусеницы
- Отделка
- Кабельный лоток
- Кронштейны наклона
C-образные сечения используются в таких отраслях, как солнечная энергия, строительство, сельское хозяйство и транспорт.
- Строительные каркасы зданий, мосты и ферменные конструкции
- Конвейерные рельсы
- Опоры для передачи данных, телевидения, радио и линий электропередач
- Конструкции ворот и ограждений
- Конструкции бытовой техники
- Металлическая мебель и мебельные опоры
- Солнечные монтажные системы, заземляющие сваи, опорные каналы панелей и фотоэлектрические каркасы
- Модульные направляющие
Какой процесс изготовления металла лучше всего подходит для вашего проекта C-Beam?
C-образные профили обычно изготавливаются методом прокатки или экструзии. То, как вы решите изготовить свою деталь, может существенно повлиять на общую цену и время изготовления вашего проекта. Ознакомьтесь со следующими соображениями, чтобы определить, какой процесс лучше подходит для вашего кесарева сечения.
Статья по теме: Хотите узнать больше о различиях между экструзией и профилированием? Читать Выдавливание: общий инженерный запасной вариант .
Наиболее часто экструдируемым материалом является алюминий, за которым следуют такие материалы, как керамика, пластик и полимеры. Профилегибка, однако, способна обрабатывать более прочные и легкие металлы, чем экструзия. Процесс профилирования формирует детали медленно, что позволяет уменьшить толщину C-образного сечения без ущерба для прочности.
ДлинаХотя выдавливание позволяет эффективно изготавливать длинные детали, длина детали зависит от количества материала в заготовке и ее профиля. Профилированные С-образные профили, однако, ограничены только рулоном, подаваемым на линию.
Вторичные процессы Экструзия не может эффективно производить детали с вторичными процессами, такими как тиснение, выемки или прорези. Перед выполнением каких-либо вторичных операций экструдированные детали должны пройти процесс вторичного старения в печи. С другой стороны, в процессе профилирования второстепенные операции могут быть объединены в одну непрерывную последовательность.
С точки зрения стоимости, экструзия идеально подходит для небольших объемов производства С-образных сечений по сравнению с профилированием. Однако, если вы ищете крупносерийное производство, затраты на настройку и оплату труда при профилировании сделают вашу общую цену ниже, чем при экструзии.
Если вы никогда не проектировали детали C-образного сечения или хотите сократить время проектирования, загрузите бесплатное руководство по проектированию стандартных профилей для четырех профилей C-образного сечения, а также Z-образных профилей, U-образных профилей и т. д.
Источник изображения: Hynes Industries
Разница между двутавровыми и двутавровыми балками/сечением/каналом
Разница между балками/сечением/каналом типа H и I
Оба (I Beam и H Beam) выглядят очень похоже, что сбивает с толку многих, кто не обеспокоен различиями между H-Beam и I Beam.
Двутавровая балка — это конструкционная балка, изготовленная из стального проката. Это невероятно сильно. Он получил свое название, потому что на поперечном сечении выглядит как заглавная буква Н. Двутавровая балка имеет более широкие полки, чем двутавровая балка, но двутавровая балка имеет скошенные края. Ширина — это фланец, а высота — это паутина. Разница между двутавровыми и двутавровыми балками заключается в соотношении полки и стенки. Двутавровая балка обычно тяжелее двутавровой, поэтому некоторые говорят, что она лучше двутавровой, но это субъективно, поскольку двутавровая балка обычно тяжелее.
Двутавровая балка Двутавровая балка имеет скошенный край, а двутавровая балка — нет. Он получил свое название из-за того, что выглядит как заглавная буква I, когда вы видите его в поперечном сечении. У двутавра высота поперечного сечения больше ширины его полки.
Двутавровая балка легче двутавровой, а это означает, что двутавровая балка не всегда идеальна.
Толщина центральной перемычки является наиболее важной, так как она воспринимает силу веса, приложенного к ней, и именно поэтому во многих зданиях требуется двутавровая балка вместо двутавровой. Двутавровая балка изготавливается путем прокатки или фрезерования стали, что означает, что двутавровая балка часто ограничена мощностью или размером фрезерного оборудования. Двутавровые балки построены; поэтому они могут быть изготовлены любого размера и ширины.
- Скачать структуру IS- Нажмите здесь
Разница между двутавровой балкой и двутавровой балкой
Кажется, что двутавровая балка лучше. Но это не всегда так, так как это зависит от использования балки и здания/сооружения, в которое вы планируете ее поместить. Вот более близкое сравнение двутавровой и двутавровой балок.
двутавровая балка | двутавровая балка |
|
|
|
|
|
|
|
|
