Швеллер / U-bar

Как рассчитать и выбрать размер швеллера с учетом нагрузки на изгиб

Швеллер является продукцией прокатного производства, которая имеет U-образное поперечное сечение. В зависимости от технологии производства, швеллеры бывают горячекатаные и гнутые.

Размеры и форма г/к швеллеров общего назначения регламентируются стандартом ГОСТ 8240-97. Ширина проката согласно указанному нормативному документу может быть от 32 до 115 мм, а высота 50 - 400 мм.

В обозначении номера профиля зашифрована высота швеллера в сантиметрах (цифра) и серия или тип профиля (буква).

Размеры гнутого швеллера регламентируются стандартом ГОСТ 8278-83. В соответствии этому документу высота профиля может принимать значение от 25 до 410 мм, толщина швеллера – от 2 до 8 мм, и ширина может быть 26 - 160 мм.

В APEX metal вы сможете приобрести швеллер наиболее востребованных размеров из стали марок Ст3 и 09Г2С:

  • серии П с параллельными гранями - типоразмеры профиля 5П - 30П;
  • серии У с уклоном граней - типоразмеры профиля 6,5У - 30У;
  • гнутый швеллер с размерами от 50х40х3 до 250х125х6.

Значения высоты и ширины полки, ширины и толщины стенки по ГОСТ 8240-97 смотрите на странице - Как правильно расшифровать условное обозначение швеллера.

Методика расчета швеллера на изгиб

Наиболее часто швеллер используют в качестве элемента, который работает на изгиб. Следовательно, ни один расчет данного профиля не обходится без определения его прочности под воздействием изгибных нагрузок. На сегодняшний день создано множество программных продуктов и калькуляторов расчета швеллера, которые позволяют произвести массовые, прочностные и проверочные расчеты. 

Покажем, как самостоятельно всего за 3 шага найти момент сопротивления и подобрать соответствующий размер швеллера с учетом действующих нагрузок.

1. Сначала необходимо определить максимальное значение момента в профиле швеллера, который вычисляется по формуле:

  • М = 9,81 х q х l2 / 8 / 1000, где

q – значение распределенной нагрузки 
l – длина швеллера.

2. Зная изгибающий момент, определяем необходимое значение момента сопротивления сечения швеллера, чтобы обеспечить его прочность:

  • Wн = M х 1000 / Ry, где

Ry – расчетное значение сопротивления материала по пределу текучести (согласно СНиП 2-23-81).

Расчетное сопротивление швеллера согласно СНиП 2-23-81
 Наименование стали   Марка стали по ГОСТ        Ry, МПа, с толщиной проката   
 С245  Ст3пс5, Стсп5      240 МПа (2 - 20 мм), 230 МПа (20 - 30 мм) 
 С275  Ст3пс      240 МПа (2 - 20 мм)
 С345  12Г2С, 09Г2С      335 МПа (2 - 10 мм), 315 МПа (10 - 20 мм), 300 МПа (20 - 40 мм) 


3. Сравниваем полученное расчетное значение момента сопротивления швеллера и теоретические значения в таблицах ГОСТ, выбираем требуемый размер проката. 

Момент сопротивления швеллера по ГОСТ
 Номер швеллера  
серии У
Момент
 сопротивления 
 Номер швеллера  
серии П
Момент  
 сопротивления 
 Размер швеллера  
по ГОСТ 8278
Момент
 сопротивления 
9,1 9,1 50х40х3 5,62
6,5У 15 6,5П 15 60х32х2,5 5,1
22,4 22,5 60х32х3 5,85
10У 34,8 10П 34,9 80х32х4 10,71
12У 50,6 12П 50,8 80х50х4 15,92
14У 70,2 14П 70,4 80х60х4 18,81
16У 93,4 16П 93,8 100х50х3 17,18
18У
121 18П 121 100х50х4 21,57
20У 152 20П 153 100х50х5 25,56
22У 192 22П 193 120х50х3 21,98
24У 242 24П 243 120х60х4 32,25
27У 308 27П 310 120х60х5 38,6
30У 387 30П 389 140х60х5 47,8
40У 761 40П 763 140х60х6 55,08



160х50х4 41,76


160х60х4 48,84


160х60х5 58,38



160х80х4 60,01
        160х80х5 72,69
        180х70х6 79,15
        180х80х5 85,22
        200х80х4 80,94
        200х80х6 114,84
        200х100х6 137,43
        250х125х6 221,64

Выбор размера швеллера на примере

Пусть имеется швеллер, длина которой составляет 5 метров и он имеет шарнирное закрепление. На него действует распределенная нагрузка, величина которой составляет 250 кг/м. Расчет ведется в следующей последовательности.

1. Максимальное значение момента в профиле швеллера М = 9,81 х 250 х 52 / 8 / 1000 = 7,7 кН∙м. 

2. Необходимое значение момента сопротивления сечения швеллера, Wн = 7.7 х 1000 / 240 = 32,08 см3 (согласно СНиП 2-23-81 для стали С245 Ry = 240 МПа).

3. Подбираем по таблице ГОСТ размер швеллера с моментом сопротивления, соответствующуму вычисленному значению 32,08 см3. 

Это будет швеллер 10П (У) ГОСТ 8240-97 - значение момента сопротивления 34,9 см3 или швеллер гнутый 120х60х5 ГОСТ 8278-83 - значение момента сопротивления 38,6 см3.

Вес швеллера 10П длиной 5 метров = 42,95 кг, швеллера 120х60х5, той же длины – 42,7 кг.

В каталоге на сайте APEX metal приведены актуальные цены за тонну швеллера, соответственно, отсюда получим стоимость 1 штуки швеллера для каждого типоразмера:

  • швеллер 10П – 1670 руб
  • швеллер 120х60х5 – 1760 руб

Можно заметить, что из условий расчета швеллера на прочность, работающего на изгиб, немного более экономичным решением будет использование горячекатаного швеллера в сравнении с гнутым.


Ваше имя*
Ваш E-mail*
Сообщение*
Защита от автоматических сообщений
CAPTCHA
Введите слово на картинке*
расчет швеллера на изгиб