Швеллер - механические и технические характеристики

Основные механические характеристики швеллера

Как и для других видов металлопроката, механические характеристики швеллера определяют поведение материала под нагрузкой и зависят в первую очередь от марки стали.

Предел текучести (σy или Ry)

Напряжение, при котором материал начинает пластически деформироваться.

Определяет максимальные напряжения без остаточных деформаций, является основной расчетной характеристикой при проектировании на прочность.

Предел прочности на разрыв (σu или Ru)

Максимальное напряжение, которое материал может выдержать до разрушения.

Используется для определения запаса прочности и оценки поведения при пиковых нагрузках.

Модуль упругости (E или модуль Юнга)

Характеризует жесткость материала, его сопротивление упругой деформации.

Используется для расчета прогибов швеллера под нагрузкой.

Относительное удлинение при разрыве (δ)

Процентное удлинение материала до момента разрушения, характеризует пластичность.

Обеспечивает способность выдерживать значительные деформации без хрупкого разрушения.

Ударная вязкость (KV, KCU)

Способность материала поглощать энергию удара до разрушения.

Важна для конструкций, подверженных динамическим или ударным нагрузкам.

Основные технические характеристики швеллера

Технические характеристики описывают геометрические размеры и форму швеллера, а также другие параметры, важные для его применения.

Высота профиля (h)

Расстояние между внешними гранями полок.

Оказывает наибольшее влияние на момент инерции относительно оси, параллельной полкам (Ix), и момент сопротивления относительно этой оси (Wx), определяя жесткость и сопротивление изгибу в вертикальной плоскости. Большая высота обеспечивает лучшую несущую способность на изгиб.

Ширина полки (b)

Ширина горизонтальных элементов (полок) швеллера.

Влияет на устойчивость швеллера из плоскости изгиба (хотя швеллер менее устойчив в этом направлении, чем двутавр), площадь опирания и удобство соединения с другими элементами.

Толщина стенки (s)

Толщина вертикального элемента (стенки), соединяющего полки.

В основном влияет на сопротивление швеллера поперечным силам (сдвигу) и местную устойчивость стенки.

Толщина полки (t)

Толщина горизонтальных полок швеллера.

Влияет на сопротивление изгибающим напряжениям в полках и местную устойчивость полок.

Момент инерции сечения (Ix, Iy)

Геометрическая характеристика сечения, определяющая его сопротивление изгибу относительно оси, параллельной полкам (Ix), и оси, перпендикулярной полкам (Iy). Из-за своей асимметричной формы Iy у швеллера значительно меньше, чем Ix при сравнимых размерах с двутавром.

Ix определяет жесткость на изгиб в основной плоскости. Низкий Iy делает швеллер менее устойчивым к изгибу в горизонтальной плоскости и кручению.

Момент сопротивления сечения (Wx, Wy)

Геометрическая характеристика сечения, определяющая его сопротивление изгибающим напряжениям относительно оси, параллельной полкам (Wx), и оси, перпендикулярной полкам (Wy).

Wx определяет способность выдерживать изгибающие моменты в основной плоскости.

Радиус инерции сечения (ix, iy)

Геометрическая характеристика, связанная с моментом инерции и площадью сечения. Используется при расчетах на устойчивость сжатых элементов.

ix и iy определяют устойчивость швеллера к продольному изгибу в разных плоскостях. Меньший iy делает швеллер более подверженным потере устойчивости в горизонтальной плоскости.

Площадь поперечного сечения (A)

Полная площадь поперечного сечения швеллера.

Используется при расчетах на растяжение, сжатие и сдвиг, а также при определении веса.

Вес погонного метра (m)

Масса одного метра длины швеллера.

Необходим для расчета общей нагрузки, стоимости транспортировки и монтажа.

Длина швеллера (L)

Общая длина поставляемого швеллера.

Влияет на раскрой и количество стыков.

Номер швеллера (обозначение, например, №10, №20)

Условное обозначение, соответствующее определенным геометрическим размерам по стандарту.

Позволяет быстро идентифицировать и заказывать швеллер с нужными характеристиками.

Выбор швеллера для конкретной металлоконструкции требует учета всех этих характеристик:

• Механические свойства (предел текучести, предел прочности) и геометрические характеристики (высота, толщина стенки и полок, моменты сопротивления) определяют, какие нагрузки швеллер может безопасно выдерживать или его несущую способность.
• Момент инерции (Ix) и модуль упругости определяют величину прогиба швеллера под нагрузкой (Жесткость). Недостаточная жесткость может привести к недопустимым деформациям.
• Особенно важна для сжатых элементов. Радиусы инерции (ix, iy) и условия закрепления влияют на устойчивость против продольного и бокового изгиба, а также кручения (швеллер более склонен к кручению из-за своей асимметричной формы).
• Размеры полок и толщина металла влияют на удобство и надежность сварных и болтовых соединений с другими элементами конструкции.
• Вес погонного метра влияет на общую массу металлоконструкции и нагрузки на фундамент.
• Марка стали и наличие защитных покрытий определяют коррозионную стойкость и долговечность конструкции в заданных условиях (Условия эксплуатации).

Инженеры проводят расчеты, учитывая все, приведенные выше характеристики, чтобы выбрать оптимальный тип и размер швеллера, обеспечивая безопасность, надежность и экономичность металлоконструкции. Асимметричная форма швеллера делает его менее универсальным по сравнению с двутавром в некоторых случаях, особенно при изгибе в горизонтальной плоскости или при кручении, поэтому его применение требует более внимательного анализа нагрузок и условий работы.

Таблица 1. Технические и механические характеристики швеллера

Размер швеллера	Схема / чертеж	Характеристики, размеры швеллера
Швеллер №5		Тип: с параллельными гранями полок | с уклоном внутренних граней полок Высота полки 50 мм Ширина полки 32 мм Толщина стенки 4,4 мм Толщина полки 7 мм Радиус внутреннего закругления 6 мм Радиус закругления полок 2,5 мм Вес 1 метра погонного 5,15 кг Метров погонных в 1 тонне 194 Площадь поперечного сечения 6.16 см2 Ix, момент инерции 22.8 см4 Wx, момент сопротивления 9.1 см3 ix, радиус инерции 1.92 см Sx, статический момент полусечения 5.61 см3 Iy, момент инерции 5.95 см4 Wy, момент сопротивления 2.99 см3 iy, радиус инерции 0.98 см
Швеллер №6,5		Тип: с параллельными гранями полок | с уклоном внутренних граней полок Высота полки 65 мм Ширина полки 36 мм Толщина стенки 4,4 мм Толщина полки 7,2 мм Радиус внутреннего закругления 6 мм Радиус закругления полок 3,5 мм Вес 1 метра погонного 5,9 кг Метров погонных в 1 тонне 169 Площадь поперечного сечения 7.51 см2 Ix, момент инерции 48.8 см4 Wx, момент сопротивления 15 см3 ix, радиус инерции 2.55 см Sx, статический момент полусечения 9.02 см3 Iy, момент инерции 9.35 см4 Wy, момент сопротивления 4.06 см3 iy, радиус инерции 1.12 см
Швеллер №8		Тип: с параллельными гранями полок | с уклоном внутренних граней полок Высота полки 80 мм Ширина полки 40 мм Толщина стенки 4,5 мм Толщина полки 7,4 мм Радиус внутреннего закругления 6,5 мм Радиус закругления полок 3,5 мм Сталь Ст. 3 Длинна штанги 11,7 метра Вес 1 метра погонного 7,05 кг Метров погонных в 1 тонне 141 Площадь поперечного сечения 8.98 см2 Ix, момент инерции 89.8 см4 Wx, момент сопротивления 22.5 см3 ix, радиус инерции 3.16 см Sx, статический момент полусечения 13.3 см3 Iy, момент инерции 13.9 см4 Wy, момент сопротивления 5.31 см3 iy, радиус инерции 1.24 см
Швеллер №10		Тип: с параллельными гранями полок | с уклоном внутренних граней полок Высота 100 мм Ширина полки 46 мм Толщина стенки 4,5 мм Толщина полки 7,6 мм Вес 1 метра погонного 8,59 кг Метров погонных в 1 тонне 116 Площадь поперечного сечения 10,9 см2 Ix, момент инерции 175 см4 Wx, момент сопротивления 34,9 см3 ix, радиус инерции 3,99 см Sx, статический момент полусечения 20,5 см3 Iy, момент инерции 22,6 см4 Wy, момент сопротивления 7,37 см3 iy, радиус инерции 1,44 см
Швеллер №12		Тип: с параллельными гранями полок | с уклоном внутренних граней полок Высота полки 120 мм Ширина полки 52 мм Толщина стенки 4,8 мм Толщина полки 7,8 мм Радиус внутреннего закругления 7,5 мм Радиус закругления полок 4,5 мм Вес 1 метра погонного 10,4 кг Метров погонных в 1 тонне 96 Площадь поперечного сечения 13.3 см2 Ix, момент инерции 305 см4 Wx, момент сопротивления 50.8 см3 ix, радиус инерции 4.79 см Sx, статический момент полусечения 29.7 см3 Iy, момент инерции 34.9 см4 Wy, момент сопротивления 9.84 см3 iy, радиус инерции 1.62 см
Швеллер №14		Тип: с параллельными гранями полок | с уклоном внутренних граней полок Высота полки 140 мм Ширина полки 58 мм Толщина стенки 4,8 мм Толщина полки 8,1 мм Радиус внутреннего закругления 8 мм Радиус закругления полок 4,5 мм Вес 1 метра погонного 12,3 кг Метров погонных в 1 тонне 81 Площадь поперечного сечения 15.6 см2 Ix, момент инерции 493 см4 Wx, момент сопротивления 70.4 см3 ix, радиус инерции 5.61 см Sx, статический момент полусечения 40.9 см3 Iy, момент инерции 51.5 см4 Wy, момент сопротивления 12.9 см3 iy, радиус инерции 1.81 см
Швеллер №16		Тип: с параллельными гранями полок | с уклоном внутренних граней полок Высота полки 160 мм Ширина полки 64 мм Толщина стенки 5 мм Толщина полки 8,4 мм Радиус внутреннего закругления 8,5 мм Радиус закругления полок 5 мм Вес 1 метра погонного 14,2 кг Метров погонных в 1 тонне 70 Площадь поперечного сечения 18.1 см2 Ix, момент инерции 750 см4 Wx, момент сопротивления 93.8 см3 ix, радиус инерции 6.44 см Sx, статический момент полусечения 54.3 см3 Iy, момент инерции 72.8 см4 Wy, момент сопротивления 16.4 см3 iy, радиус инерции 2 см
Швеллер №18		Тип: с параллельными гранями полок | с уклоном внутренних граней полок Высота полки 180 мм Ширина полки 70 мм Толщина стенки 5,1 мм Толщина полки 8,7 мм Радиус внутреннего закругления 9 мм Радиус закругления полок 5 мм Вес 1 метра погонного 16,3 кг Метров погонных в 1 тонне 61 Площадь поперечного сечения 20.7 см2 Ix, момент инерции 1090 см4 Wx, момент сопротивления 121 см3 ix, радиус инерции 7.26 см Sx, статический момент полусечения 70 см3 Iy, момент инерции 100 см4 Wy, момент сопротивления 20.6 см3 iy, радиус инерции 2.2 см
Швеллер №20		Тип: с параллельными гранями полок | с уклоном внутренних граней полок Высота полки 200 мм Ширина полки 76 мм Толщина стенки 5,2 мм Толщина полки 9 мм Радиус внутреннего закругления 9,5 мм Радиус закругления полок 5,5 мм Вес 1 метра погонного 18,4 кг Метров погонных в 1 тонне 54 Площадь поперечного сечения 23.4 см2 Ix, момент инерции 1530 см4 Wx, момент сопротивления 153 см3 ix, радиус инерции 8.08 см Sx, статический момент полусечения 88 см3 Iy, момент инерции 134 см4 Wy, момент сопротивления 25.2 см3 iy, радиус инерции 2.39 см
Швеллер №22		Тип: с параллельными гранями полок | с уклоном внутренних граней полок Высота полки 220 мм Ширина полки 82 мм Толщина стенки 5,4 мм Толщина полки 9,5 мм Радиус внутреннего закругления 10 мм Радиус закругления полок 6 мм Вес 1 метра погонного 21 кг Метров погонных в 1 тонне 47 Площадь поперечного сечения 26.7 см2 Ix, момент инерции 2120 см4 Wx, момент сопротивления 193 см3 ix, радиус инерции 8.9 см Sx, статический момент полусечения 111 см3 Iy, момент инерции 178 см4 Wy, момент сопротивления 31 см3 iy, радиус инерции 2.58 см
Швеллер №24		Тип: с параллельными гранями полок | с уклоном внутренних граней полок Высота полки 240 мм Ширина полки 90 мм Толщина стенки 5,6 мм Толщина полки 10 мм Радиус внутреннего закругления 10,5 мм Радиус закругления полок 6 мм Вес 1 метра погонного 24 кг Метров погонных в 1 тонне 41 Площадь поперечного сечения 30.6 см2 Ix, момент инерции 2910 см4 Wx, момент сопротивления 243 см3 ix, радиус инерции 9.75 см Sx, статический момент полусечения 139 см3 Iy, момент инерции 248 см4 Wy, момент сопротивления 39.5 см3 iy, радиус инерции 2.85 см
Швеллер №27		Тип: с параллельными гранями полок | с уклоном внутренних граней полок Высота полки 270 мм Ширина полки 95 мм Толщина стенки 6 мм Толщина полки 10,5 мм Радиус внутреннего закругления 11 мм Радиус закругления полок 6,5 мм Вес 1 метра погонного 27,7 кг Метров погонных в 1 тонне 36 Площадь поперечного сечения 35.2 см2 Ix, момент инерции 4180 см4 Wx, момент сопротивления 310 см3 ix, радиус инерции 10.9 см Sx, статический момент полусечения 178 см3 Iy, момент инерции 314 см4 Wy, момент сопротивления 46.7 см3 iy, радиус инерции 2.99 см
Швеллер №30		Тип: с параллельными гранями полок | с уклоном внутренних граней полок Высота полки 300 мм Ширина полки 100 мм Толщина стенки 6,5 мм Толщина полки 11 мм Радиус внутреннего закругления 12 мм Радиус закругления полок 7 мм Вес 1 метра погонного 31,8 кг Метров погонных в 1 тонне 31 Площадь поперечного сечения 40.5 см2 Ix, момент инерции 5830 см4 Wx, момент сопротивления 389 см3 ix, радиус инерции 12 см Sx, статический момент полусечения 224 см3 Iy, момент инерции 393 см4 Wy, момент сопротивления 54.8 см3 iy, радиус инерции 3.12 см