Mikä on teräsputkipylvään kantavuus?
Teräsputkipylvään, joka tunnetaan myös pyöreänä onttoprofiilisena (CHS) pylväänä, kantavuus on suurin aksiaalinen voima, jonka osa voi tukea ennen materiaalivikaa tai rakenteellista epävakautta. Useimmissa rakennussovelluksissa stabiilisuuden ohjaama aksiaalinen puristus on kriittinen suunnittelurajatila.
Rakennesuunnittelussa pilarin kapasiteettia arvioidaan kolmessa ensisijaisessa tilassa:
Aksiaalinen puristusvastus:pylväässä on vain pystysuuntainen puristus. Koska pyöreällä putkella on sama pyörimissäde kaikkiin suuntiin ja tasainen taivutusjäykkyys, se on tehokkain poikkileikkaus-aksiaaliseen puristukseen.
Säteen{0}}sarakkeen vuorovaikutus:pilari kantaa sekä aksiaalista voimaa että taivutusmomenttia, esimerkiksi vaakasuorassa tuulessa tai seismisissä voimissa tai epäkeskisessä kuormituksessa. Sitten käytetään yhdistettyjä jännitysvuorovaikutusyhtälöitä.
Leikkauskestävyys:kyky vastustaa sivusuuntaisia leikkausvoimia, kuten tuulen työntövoimaa tai seismisiä vaikutuksia.
Tärkeimmät CHS-kolonnin kapasiteettiin vaikuttavat tekijät
| Tekijä | Rakenteellinen vaikutus | Koodiviite ja ydinparametri |
|---|---|---|
| Teräslaatu | Määrittää myötörajan; korkeammat laatuluokat, kuten S355 (EN 10025-2) tai A500 Grade C (ASTM), sallivat suuremman kuormituksen lyhyissä sarakkeissa | AISC 360, EN 1993-1-1; Fy=pienin määritetty myötöraja |
| Hoikkaussuhde | Tehollisen pituuden suhde pyörimissäteeseen; sen kasvaessa nurjahduksen vähennyskerroin pienenee | lambda=KL/r; Eulerin elastinen nurjahdusjännitys Fe=pi neliö E / lambda neliö |
| Rajaehdot | Päätteen kiinnitys (kiinnitetty, kiinteä, uloke) ohjaa tehollista pituuskerrointa K, kiinteästä -kiinteästä 0,5:stä 2,0:aan ulokkeelle | K-tekijätaulukot standardeissa AISC 360 ja EN 1993-1-1 |
| Paikallinen nurjahdus (D/t-suhde) | Ohutseinäiset{0}}putket voivat vääntyä paikallisesti ennen yleistä taipumista | EN 1993-1-1 luokittelee CHS:n D/t:n mukaan; AISC 360:n osa B4 määrittelee tiiviysrajat |
Teräsputkipylvään kantavuuden laskeminen
Vahvistus noudattaa monivaiheista{0}}menettelyä. Standardien AISC 360-16 ja EN 1993-1-1 mukaan seuraavat vaiheet ovat vakiona aksiaalipuristuksessa olevalle pilarille:
Vaihe 1: Laske osan ominaisuudet
Pyöreä ontto profiili, jonka ulkohalkaisija on D ja seinämän paksuus t:
Pinta-ala: A=pi/4 kerrottuna (D neliö miinus d neliö), missä d=D miinus 2t
Hitausmomentti: I=pi/64 kerrottuna (D neljänteen potenssiin miinus d neljänteen potenssiin)
Pyörimissäde: r=neliöjuuri (I/A)
Vaihe 2: Määritä tehollinen pituus ja hoikka
Laske hoikkuussuhde tukemattomasta pituudesta L ja tehollisesta pituustekijästä K: lambda=KL/r.
Vaihe 3: Käytä nurjahduslujuutta
Hoikkaille pilareille Eulerin elastinen nurjahduskuorma on Ncr=pi neliö EI / (KL) neliö. Käytännössä suunnittelukoodit vähentävät nimellislujuutta alkuvirheisiin ja jäännösjännityksiin perustuvalla nurjahduskertoimella. EN 1993-1-1 käyttää nurjahduskäyriä vähennyskertoimella chi; AISC 360-16 käyttää joustamatonta ja elastista nurjahdusyhtälöä riippuen hoikuudesta suhteessa 4,71-kertaiseen (E/Fy) neliöjuureen.
Toiminut esimerkki (AISC 360-16, vain viitteeksi)
Annettu:ASTM A500 Grade C pyöreä HSS, Fy=315 MPa (46 ksi nimellinen), E=200,000 MPa; Ulkohalkaisija=273 mm; seinämän paksuus=10 mm; pituus=4,000 mm, kiinnitetty molemmista päistä (K=1.0).
Poikkileikkauksen ominaisuudet: A=8, 262 mm neliö; r=93.1 mm
Hoikka: lambda=(1,0 x 4 000) / 93.1=43.0
Elastinen nurjahdusjännitys: Fe=pi neliö E / lambda neliö=1,069,8 MPa
Koska 43,0 on pienempi kuin 4,71 x neliöjuuri arvosta (200 000/315)=118.7, sovelletaan joustamatonta nurjahdusyhtälöä: Fcr=0.658 korotetaan arvoon (Fy/Fe) kerrottuna Fy=278.5 MPa:lla
Nimelliskapasiteetti: Pn=Fcr x A=278.5 x 8,262=2, 300,8 kN
LRFD-suunnittelulujuus: phi cx Pn=0.9 x 2,300.8=2,070,7 kN
ASD:n sallittu kapasiteetti: Pn / Omega c=2,300,8 / 1.67=1,377,7 kN
Huomautus: Pn on teoreettinen nimellislujuus ilman turvakertoimia. Lopullinen mitoitus tulee tarkastaa laillistettujen rakennesuunnittelijoiden toimesta soveltuvan rakennusmääräyksen, todellisten materiaalitehtaan sertifikaattien ja projektin todellisten kuormitusolosuhteiden perusteella.
Teräsputkipylväiden valintaopas
Optimaalisen pyöreän ontelon poikkileikkauksen valitseminen edellyttää laskettujen kuormien tasapainottamista työpaikan ja valmistusrajoitusten kanssa:
Määritä rajaehdot ja tehollinen pituus:Vahvista liitostyyppi molemmista päistä, koska se ohjaa suoraan globaalin taivutuskipinän vastusta.
Optimoi D/t-suhde:raskaasti kuormitetuissa lyhyissä pilareissa käytetään paksumpia seiniä (alempi D/t) ja korkeampia teräslajeja myötörajan hyödyntämiseksi; hoikkaille osille ulkohalkaisijan kasvattaminen on tehokkain tapa lisätä pyörimissädettä ja vastustaa nurjahdusta.
Tarkista koodin noudattaminen ja valmistustoleranssit:Suunnittele projektikoodin mukaan, esimerkiksi AISC 360, Eurocode 3 tai AS 4100, ja hanki valmistajilta laadunvalvonta, joka pitää geometriset epätäydellisyydet ja jäännösjännitykset koodin -sallituissa rajoissa.
Valmistajana toimitamme putkipylväitä materiaaliluokissa Q235B - Q420 ja S235 - S355 (EN 10025) sekä ASTM A36 ja A572 Grade 50/60, ulkohalkaisijat 114 mm - 3 000 mm ja enemmän, seinämän paksuus 4 mm - 4 mm, pituus {12} 3 mm. m - 15 m, SAW- tai GMAW-hitsaus, suihkupuhallus Sa 2,5:een epoksisinkki-rikastuspohjamaalilla tai kuumasinkitys{19}}ja NDT projektikohtaisesti. Nämä ovat tuotantokykymme; kaikki lopulliset mitat ja arvosanat noudattavat projektin suunnittelua.
Lähetä sarakekuormasi kokoarviointia varten
UKK
Miten olemassa olevan teräsputkipylvään kantavuutta voidaan lisätä?
Yleisiä vahvistusmenetelmiä ovat putken täyttäminen betonilla (betoni{0}}täytetty teräsputki, CFST), lisäjäykisteiden tai osien hitsaus poikkileikkauksen lisäämiseksi ja tehollisen pituuden pienentäminen lisäämällä sivuttaisjäykisteitä tai poikkipalkkeja.
Miten betonitäyte vaikuttaa kantavuuteen?
Betonillä{0}}täytetyt teräsputket lisäävät merkittävästi aksiaalista kapasiteettia komposiittitoiminnan ansiosta: teräsputki rajoittaa betonin ja lisää sen puristuslujuutta, kun taas betoniydin estää teräskuoren nurjahduksen sisäänpäin. Tätä toimintaa käsitellään AISC 360:n luvussa I ja EN 1994-1-1 (Eurocode 4).
Voidaanko Eulerin kaavaa käyttää kaikille sarakkeille?
Ei. Eulerin kaava kuvaa hyvin ohuiden pilarien elastista nurjahdusta. Välissä ja lyhyissä sarakkeissa materiaalin myötö ja joustamattomuus on otettava huomioon sovellettavan koodin suunnitteluyhtälöitä käyttäen.
Mikä on suurin D/t-suhde paikalliselle nurjahdukselle?
Standardin EN 1993-1-1 mukaan pyöreät onttoprofiilit luokitellaan epsilonin=neliöjuurella (235/Fy): Luokan 1 ja luokan 2 kompaktit profiilit vaativat D/t enintään 50 epsilonia; Luokka 3 vaatii D/t enintään 70 epsilonia; yli 70 epsilonin poikkileikkaus on luokkaa 4 ja paikallisen nurjahduksen huomioon ottamiseksi on käytettävä tehokasta poikkileikkausta.
Vähentääkö epäkesko kuormitus kantavuutta?
Kyllä, merkittävästi. Epäkeskinen kuorma tuo ylimääräisen taivutusmomentin, ja yhdistetty aksiaalinen voima ja momentti tarkistetaan vuorovaikutusyhtälöillä. Tämä vaatii tyypillisesti suurimman sallitun aksiaalikuorman pienentämistä.
Mitä eroa on nimellis-, suunnittelu- ja sallitulla kapasiteetilla?
Nimelliskapasiteetti (Pn) on teoreettinen lujuus ilman turvakertoimia. LRFD-suunnittelulujuus käyttää vastuskerrointa (phi c=0.9 kompression osalta), kun taas ASD:n sallittu kapasiteetti jaetaan turvallisuuskertoimella (Omega c=1.67). Suunnitteluasiakirjoissa tulee selkeästi mainita, mitä muotoa käytetään.