Как усилить швеллер в металлоконструкциях

По большей части швеллер (в особенности горячекатаный) применяется в машиностроении и строительстве для изготовления конструкций различного назначения, которые воспринимают значительные нагрузки. Он может использоваться для монтажа перекрытий, балконов, лестниц, каркасов зданий и сооружений, кранов мостовых, козловых, цеховых пролетов, этажей, колонн и пр. В основном эти металлоконструкции являются несущими и ответственными. Поэтому важной задачей является правильный подбор П-образного профиля при проектировании, а также при необходимости осуществление мероприятий по его усилению.

Что определяет прочность швеллера

Наиболее часто швеллер используется в конструкциях в качестве элемента, работающего на растяжение/сжатие, изгиб или при приложении обоих типов нагрузки. Как правильно подобрать профиль (необходимое сечение) и материал швеллера в этих случаях, на этот вопрос мы ответим ниже.

При проектировании любой металлоконструкции, обязательным является расчет на прочность. Для стержня, работающего на растяжение/сжатие, данные вычисления осуществляются по выражению:

• σ=N/F≤[σт]

для балки, которая нагружена изгибающим моментом, расчет на прочность ведется по следующей формуле:

• σ=M/W≤Ry, где

σ – напряжения, возникающие в балке/стержне
N – продольная сила, вызывающая растяжение/сжатие стержня
M – изгибающий момент в сечении балки
F – площадь сечения стержня
W – момент сопротивления балки
[σт], Ry – предел текучести/сопротивление стали

Зная нагрузку, действующие на стержень/балку, можно рассчитать минимально допустимые значения площади или момента сопротивления, и по таблицам швеллеров, подобрать необходимый профиль, обеспечивающий условие прочности.

Следовательно, прочность швеллера, работающего на растяжение/сжатие, определяет марка стали, из которой он изготовлен и площадь сечения; а работающего на изгиб – материал и момент сопротивления.

Кроме того, довольно часто расчета на прочность не достаточно для обеспечения надежности конструкции. Необходимо также проверить ее жесткость. Для балок, подверженных изгибу необходимо определить относительный прогиб, который не должен превышать допустимого значения. Здесь определяющими величинами для стальных балок является ее длина и момент инерции сечения. Зная нагрузки, материал и допустимы относительный прогиб, также можно рассчитать минимально допустимый момент инерции, и по ГОСТу подобрать необходимый швеллер.

Основные способы усиления швеллера

Можно встретить различные ситуации, когда необходимо провести мероприятия по усилению той или иной конструкции, выполненной из швеллера или другого вида проката. Существует множество различных способов, которые можно применить для усиления швеллера. Среди них можно выделить несколько типовых ситуаций.

1. На этапе проектирования можно подобрать швеллер большего размера; изготовленный из более прочной марки стали. Если же размеры балки по высоте строго или частично ограничены, то можно использовать швеллер усиленный (серия С горячекатаных швеллеров, которая при совпадающих номерах профиля, обладает большими значениями площади и моментов сопротивления/инерции), составное сечение балки/стержня, которое можно выполнить из двух швеллеров, либо швеллер+полоса/уголок и т.д.

2. В случае, если необходимо усилить уже существующую конструкцию, то можно провести следующие мероприятия. 1) Увеличение сечения швеллера, которое можно осуществить приваркой полосы, уголка, швеллера либо к полкам, либо к стенкам, и этим самым, либо изменить площадь и сопротивление сечения, либо снизить нагрузку, воспринимаемую одним швеллером. 2) Организацией дополнительных распорок, связей ребер, диафрагм с целью увеличения местной или общей устойчивости швеллера и конструкции. 3) Монтаж дополнительных элементов, которые изменяют схему конструкции (шпренгельные элементы, подкосы и т.д.). 4) Бетонирование конструкции – позволяет повысить жесткость и несущую способность колонн и стоек из швеллера и прочего проката.

3. В случае, если элемент конструкции находится в предаварийном состоянии, то усиливать его не стоит, а следует произвести замену.