Какво представлява товароносимостта на колоната от стоманени тръби?
Капацитетът на натоварване на колона от стоманена тръба, известна още като колона с кръгло кухо сечение (CHS), е максималната аксиална сила, която елементът може да издържи, преди да настъпи повреда на материала или структурна нестабилност. За повечето строителни приложения аксиалната компресия, управлявана от стабилността, е критичното гранично състояние на дизайна.
В структурното инженерство капацитетът на колоната се оценява в три основни състояния:
Аксиална устойчивост на натиск:колоната носи само вертикална компресия. Тъй като кръглата тръба има еднакъв радиус на въртене във всички посоки и еднаква твърдост на огъване, тя е най-ефективното напречно-сечение за аксиална компресия.
Взаимодействие с колона-лъч:колоната носи както аксиална сила, така и момент на огъване, например при хоризонтален вятър или сеизмични сили или ексцентрично натоварване. След това се използват комбинирани уравнения за взаимодействие на напрежението.
Устойчивост на срязване:способността да се противопоставят на странични сили на срязване като вятърна тяга или сеизмично действие.
Ключови фактори, влияещи върху капацитета на CHS колоната
| Фактор | Структурно въздействие | Референтен код и основен параметър |
|---|---|---|
| Степен на стомана | Определя границата на провлачване; по-високи класове като S355 (EN 10025-2) или A500 клас C (ASTM) позволяват по-високи натоварвания в къси колони | AISC 360, EN 1993-1-1; Fy=минимална определена граница на провлачване |
| Коефициент на стройност | Съотношението на ефективната дължина към радиуса на въртене; тъй като се увеличава, коефициентът на намаляване на изкълчването намалява | ламбда=KL/r; Еластично напрежение на Ойлер при изкълчване Fe=пи на квадрат E / ламбда на квадрат |
| Гранични условия | Крайната фиксираност (закрепена, фиксирана, конзолна) контролира коефициента на ефективна дължина K, от 0,5 за фиксирана-фиксирана до 2,0 за конзолна | Таблици на K фактор в AISC 360 и EN 1993-1-1 |
| Локално изкълчване (съотношение D/t) | Тънкостенните-тръби може да се деформират локално преди глобалното деформиране при огъване | EN 1993-1-1 класифицира CHS по D/t; AISC 360 Раздел B4 определя границите на компактност |
Как да изчислим капацитета на натоварване на колоната от стоманени тръби
Проверката следва много{0}}етапна процедура. Съгласно AISC 360-16 и EN 1993-1-1, следните стъпки са стандартни за колона под аксиално натиск:
Стъпка 1: Изчислете свойствата на раздела
За кръгло кухо сечение с външен диаметър D и дебелина на стената t:
Площ: A=pi/4, умножено по (D на квадрат минус d на квадрат), където d=D минус 2t
Инерционен момент: I=pi/64 умножено по (D на четвърта степен минус d на четвърта степен)
Радиус на въртене: r=квадратен корен от (I/A)
Стъпка 2: Определете ефективната дължина и стройност
Изчислете коефициента на тънкост от неподдържаната дължина L и коефициента на ефективна дължина K: ламбда=KL/r.
Стъпка 3: Приложете силата на изкълчване
За тънки колони еластичното натоварване на Ойлер при изкълчване е Ncr=pi на квадрат EI / (KL) на квадрат. На практика проектните кодове намаляват номиналната якост с коефициент на изкълчване въз основа на първоначалните несъвършенства и остатъчните напрежения. EN 1993-1-1 използва криви на изкълчване с коефициент на намаляване chi; AISC 360-16 използва уравненията за нееластично и еластично изкълчване в зависимост от тънкостта спрямо 4,71 пъти корен квадратен от (E/Fy).
Работен пример (AISC 360-16, само за справка)
дадени:ASTM A500 клас C кръгъл HSS, Fy=315 MPa (46 ksi номинал), E=200,000 MPa; OD=273 mm; дебелина на стената=10 mm; дължина=4,000 mm, закрепени в двата края (K=1.0).
Свойства на сечението: A=8,262 mm квадрат; r=93.1 mm
Тънкост: ламбда=(1,0 x 4000) / 93.1=43.0
Еластично напрежение при изкълчване: Fe=пи на квадрат E / ламбда на квадрат=1, 069,8 MPa
Тъй като 43,0 е по-малко от 4,71 x квадратен корен от (200 000/315)=118.7, се прилага уравнението за нееластично изкълчване: Fcr=0.658, повишено на (Fy/Fe), умножено по Fy=278.5 MPa
Номинален капацитет: Pn=Fcr x A=278.5 x 8,262=2,300,8 kN
Проектна якост на LRFD: phi cx Pn=0.9 x 2,300.8=2,070,7 kN
ASD допустим капацитет: Pn / Omega c=2,300.8 / 1.67=1,377.7 kN
Забележка: Pn е теоретичната номинална якост без коефициенти на безопасност. Окончателното оразмеряване трябва да бъде проверено от лицензирани строителни инженери, като се използват приложимите строителни норми, действителните сертификати за мелница за материали и реалните условия на натоварване на проекта.
Ръководство за избор на колони от стоманени тръби
Изборът на оптималната кръгла куха секция изисква балансиране на изчислените натоварвания с ограниченията на мястото и производството:
Определете гранични условия и ефективна дължина:потвърдете типа на връзката в двата края, тъй като тя директно контролира устойчивостта на глобално изкълчване при огъване.
Оптимизирайте съотношението D/t:за силно натоварени къси колони използвайте по-дебели стени (по-ниски D/t) и по-високи класове стомана, за да използвате границата на провлачане; за тънките членове увеличаването на външния диаметър е най-ефективният начин за увеличаване на радиуса на въртене и устойчивост на изкривяване.
Проверете съответствието на кода и производствените толеранси:проектирайте според кода на проекта, например AISC 360, Еврокод 3 или AS 4100, и доставяйте от производители с качествен контрол, който поддържа геометричните несъвършенства и остатъчните напрежения в-разрешените от кода граници.
Като производител, ние доставяме тръбни колони с клас материали от Q235B до Q420 и S235 до S355 (EN 10025), както и ASTM A36 и A572 клас 50/60, с външни диаметри от 114 mm до 3000 mm и повече, дебелини на стените от 4 mm до 120 mm, дължини на единични -секции от 3 m до 15 m, SAW или GMAW заваряване, бластиране до Sa 2,5 с епоксиден цинк-грунд или горещо{19}}поцинковане и NDT по спецификация на проекта. Това са нашите производствени възможности; всички окончателни размери и класове следват проекта.
Изпратете вашите товари на колоните за преглед на размера
ЧЗВ
Как може да се увеличи товароносимостта на съществуваща колона от стоманени тръби?
Обичайните методи за укрепване включват запълване на тръбата с бетон (запълнена с бетон-стоманена тръба, CFST), заваряване на допълнителни усилващи елементи или секции за увеличаване на напречното-сечение и намаляване на ефективната дължина чрез добавяне на странични скоби или напречни греди.
Как пълнежът от бетон влияе върху товароносимостта?
Напълнените с бетон{0}}стоманени тръби значително увеличават аксиалния капацитет чрез комбинирано действие: стоманената тръба ограничава бетона и повишава якостта му на натиск, докато бетонната сърцевина предотвратява изкривяването навътре на стоманената обвивка. Това поведение е разгледано в AISC 360, глава I и EN 1994-1-1 (Еврокод 4).
Може ли формулата на Ойлер да се използва за всички колони?
Не. Формулата на Ойлер описва еластично изкълчване на много тънки колони. За междинни и къси колони, пластичността на материала и нееластичният ефект трябва да се отчетат, като се използват проектните уравнения на приложимия код.
Какво е максималното съотношение D/t за локално изкълчване?
Съгласно EN 1993-1-1 кръглите кухи профили се класифицират с епсилон=корен квадратен от (235/Fy): Компактните профили от клас 1 и клас 2 изискват D/t по-малко или равно на 50 епсилон; Клас 3 изисква D/t по-малко или равно на 70 епсилон; над 70 епсилона сечението е от клас 4 и трябва да се използва ефективно напречно сечение, за да се отчете локалното изкълчване.
Ексцентричното натоварване намалява ли товароносимостта?
Да, значително. Ексцентричното натоварване въвежда допълнителен момент на огъване и комбинираната аксиална сила и момент се проверяват с уравнения за взаимодействие. Това обикновено изисква намаляване на допустимото максимално аксиално натоварване.
Каква е разликата между номинален, проектен и допустим капацитет?
Номиналният капацитет (Pn) е теоретичната якост без коефициенти на безопасност. Проектната якост на LRFD прилага фактора на съпротивление (phi c=0.9 за компресия), докато допустимият капацитет на ASD се разделя на фактора на безопасност (Omega c=1.67). Проектните документи трябва ясно да посочват кой формат се използва.