झुकने में स्टील कोण अनुभाग: डिज़ाइन और सुरक्षित विकल्प

संरचनात्मक इंजीनियरिंग में कोणीय खंडों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है क्योंकि वे किफायती और निर्माण में आसान होते हैं। हालाँकि, जब कोणों के उपयोग की बात आती है, तो झुकने, विशेष रूप से अनियंत्रित झुकना, महत्वपूर्ण चुनौतियाँ सामने आती हैं। हालाँकि इन्हें अक्सर खुले स्थानों—जैसे ईंटों के लिंटल—पर भार सहने के लिए चुना जाता है, फिर भी मरोड़ अस्थिरता और जटिल तनाव प्रतिक्रिया उन्हें एक जोखिम भरा विकल्प बनाओ.

यह लेख इस बात का विस्तृत अवलोकन प्रस्तुत करता है कि कोणीय खंड झुकने में कैसे व्यवहार करते हैं, दोनों के तहत डिजाइन मार्गदर्शन की सीमाएँ बीएस 5950 और यूरोकोड 3 (EN 1993-1-1), और क्यों वैकल्पिक प्रोफाइल अक्सर अधिक विश्वसनीय और संरचनात्मक रूप से मजबूत समाधान होते हैं।

1.0सामान्य अनुप्रयोग: खुलने पर झुकने वाले कोण

घरेलू निर्माण में दरवाजों और खिड़कियों के ऊपर चिनाई को सहारा देने के लिए झुकने वाले कोणीय खंडों का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है। हालाँकि यह विवरण सरल लग सकता है, लेकिन यह विलक्षण लोडिंग और मरोड़ व्यवहार इससे सेवाक्षमता संबंधी समस्याएं उत्पन्न हो सकती हैं, जैसे कि अग्रभाग में दरार पड़ना।

मुख्य संरचनात्मक चुनौती इस तथ्य में निहित है कि जब झुकने की स्थिति आती है, विशेष रूप से पूर्ण पार्श्व संयम के बिना, कोण का संपीड़ित पैर विमान से बाहर विक्षेपित होने की प्रवृत्ति रखता है, जिसके कारण सदस्य मोड़यह घटना विशिष्ट रूप से और भी गंभीर हो जाती है ऊर्ध्वाधर भार का विलक्षण अनुप्रयोग, जो ऊर्ध्वाधर और क्षैतिज दोनों अक्षों के चारों ओर एक क्षण उत्पन्न करता है।

2.0मरोड़ प्रभाव: खोखले खंड क्यों बेहतर हैं

कोई भी संरचनात्मक अवयव जो उत्केन्द्रीय भार वहन करता है, मुड़ जाएगा। यह केवल कोणों तक ही सीमित नहीं है, बल्कि कोण खंडों की कम मरोड़ कठोरता उन्हें विशेष रूप से संवेदनशील बनाता है। ऐसे मामलों में, बंद खोखला खंड (जैसे वर्गाकार या आयताकार एचएसएस) एक बेहतर विकल्प प्रदान करता है। हालाँकि ये खंड ज़्यादा महंगे हो सकते हैं और इनमें कनेक्शनों पर ज़्यादा जटिल विवरण शामिल हो सकते हैं, फिर भी मरोड़ विरूपण में कमी अक्सर यह समझौता सार्थक होता है।

घरेलू विस्तार या लिंटल जैसे व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, बंद खंड स्थायित्व को काफी बढ़ा सकते हैं और तैयार संरचना में दिखाई देने वाले दोषों को न्यूनतम कर सकते हैं।

3.0संपीड़न में कोण अनुभाग: एक अधिक पूर्वानुमानित व्यवहार

जब कोण खंडों का उपयोग संपीड़न में किया जाता है (उदाहरण के लिए, ट्रस के भाग के रूप में), तो उनका व्यवहार अच्छी तरह से समझा जा सकता है। प्रमुख या लघु आयताकार अक्षों के चारों ओर बकलिंग के विपरीत, कोण अपने चारों ओर बकलिंग करते हैं। मुख्य अक्षों: द यू-यू और वी–वी अक्ष। इसके परिणामस्वरूप कोण का प्रत्येक पैर अपनी स्वयं की आउट-ऑफ-प्लेन दिशा में झुकने की कोशिश करता है, जिससे एक बकलिंग का मरोड़ मोड.

डिज़ाइन कोड जैसे बीएस 5950 खंड 4.7.10 और EN 1993-1-1 अनुभाग BB.1.2 इस विधा के आधार पर क्षीणता की गणना के लिए सूत्र प्रदान करता है। गणना मरोड़ प्रभावों के लिए समायोजन करती है और इस बात पर विचार करती है कि कोण प्रतिबंधों को समाप्त करें, जो बकलिंग क्षमता को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करते हैं।

4.0झुकने में कोण अनुभाग: कोड मार्गदर्शन में सीमाएँ

झुकने के लिए बीएस 5950 डिज़ाइन मार्गदर्शन

बीएस 5950 में खंड 4.3.8 दोनों प्रदान करता है बुनियादी और एक सरलीकृत विधि गणना के लिए बकलिंग प्रतिरोध क्षण (एमबी) कोण अनुभागों के लिए। सरलीकृत विधि तक सीमित है अपने x–x अक्ष के चारों ओर समान कोण मुड़े हुए हैं, आमतौर पर खिड़की के खुलने जैसे फैलाव में ऊर्ध्वाधर भार के तहत।

बीएस 5950 सरलीकृत विधि का उपयोग करके नमूना गणना:

दिया गया:

अनुभाग: 150×150×12 मिमी

विस्तार: 4 मीटर

स्टील ग्रेड: S275

ε = 1.0 (स्टील की उपज शक्ति पर आधारित)

घूर्णन त्रिज्या (rv) = 29.5 मिमी

अनुभाग मापांक Zx = 67.7×10³ mm³

सरलीकृत सूत्र है:

यह परिणाम अपेक्षाकृत कम प्रतिरोध दर्शाता है, जो इस दृष्टिकोण की सीमाओं को समझने के महत्व पर बल देता है।

EN 1993-1-1 (यूरोकोड 3) दृष्टिकोण: अधिक जटिल, कम प्रत्यक्ष

यूरोकोड कोणों के बंकन प्रतिरोध के मूल्यांकन के लिए कोई प्रत्यक्ष विधि प्रदान नहीं करता है। इसके बजाय, यह लागू बंकन आघूर्ण को मुख्य अक्ष (u–u और v–v) और सदस्य का सत्यापन करना अंतःक्रिया समीकरणइससे जटिलता बढ़ जाती है, विशेषकर असमान कोणों के लिए।

मुख्य चरण गणना करना है सापेक्ष पतलापन:

लैम्ब्डा_एलटी = (0.72 × v_a × f_y) / (ई × phi_a × Lambda_v)

कहाँ:

• लैम्ब्डा_एलटी पार्श्व-मरोड़ क्षीणता अनुपात है
• v_a कतरनी सुधार कारक है
• f_y सामग्री की उपज शक्ति है
• ई प्रत्यास्थता मापांक है
• फ़ाई_ए स्लेन्डरनेस गुणांक (आमतौर पर 3.77) है
• लैम्ब्डा_वी कतरनी क्षीणता अनुपात है (उदाहरण के लिए, L / r_v)

कहाँ:

φₐ स्लेन्डरनेस गुणांक है (आमतौर पर 3.77)

vₐ को λᵥ और मोनोसिमेट्री इंडेक्स ψₐ पर आधारित सूत्र का उपयोग करके व्युत्पन्न किया जाता है

λᵥ = एल / आरᵥ = 4000 / 29.5 = 135.6

एक समान कोण (ψₐ = 1) के लिए, यह प्राप्त होता है:

vₐ ≈ 0.984 → λ_LT = 0.580 → χ_LT = 0.724

द्वितीय क्षेत्रफल आघूर्ण और प्रत्यास्थता मापांक का उपयोग करते हुए:

आइयू = 1170 सेमी⁴
चरम फाइबर दूरी = 106 मिमी

वू = (1170 × 10⁴) / 106 = 110 × 10³ मिमी³

एमबी = 0.724 × 275 × 110 × 10³ = 21.9 केएनएम

5.0इंटरैक्शन जांच: बीएस 5950 और यूरोकोड के बीच तुलना

मान लें कि 14 kNm का एक लागू क्षण मुख्य अक्षों में समान रूप से विभाजित है:

दिया गया:

म्यू = एमवी = 9.9 केएनएम
डब्ल्यूवी = 52 × 10³ मिमी³
वू = 110 × 10³ मिमी³

यूरोकोड इंटरेक्शन जांच:

बीएस 5950 इंटरेक्शन जांच:

बकलिंग प्रतिरोध Mb = 26 kNm का उपयोग करते हुए:

अंतःक्रिया = 1.07 ✓ स्वीकार्य, लेकिन सीमा रेखा

सरलीकृत विधि का उपयोग करते हुए (एमबी = 13.9 केएनएम):

अंतःक्रिया = 1.01 ✘ सीमा पार

6.0असमान कोण अनुभाग: अतिरिक्त जटिलता और सीमाएँ

कोण अनुभागों के लिए निर्माण संबंधी विचार

झुकने में कोणीय खंडों के उपयोग की संरचनात्मक जटिलता के अलावा, निर्माण भी चुनौतियाँ प्रस्तुत करता है—खासकर जब सटीक छेद लगाने, सिरे तैयार करने या नॉचिंग की आवश्यकता होती है। सटीक संशोधन प्राप्त करने के लिए, विशेष रूप से असमान कोणीय खंडों या जटिल कनेक्शनों के लिए, निर्माता अक्सर आयरनवर्कर मशीन का उपयोग करते हैं। ये मशीनें एक ही सेटअप में स्टील के कोणों की कुशलतापूर्वक कतरनी, छिद्रण और कोपिंग की अनुमति देती हैं, जिससे समय की बचत होती है और साथ ही दोहराव भी सुनिश्चित होता है।

बारीक विवरण या आंतरिक कोनों की कटाई से जुड़े कार्यों के लिए—जैसे प्लेटों या गसेट्स के साफ़ कनेक्शन के लिए कोण तैयार करते समय—शीट मेटल कॉर्नर नॉचर का अक्सर उपयोग किया जाता है। यह उपकरण कोनों की सटीक छंटाई की अनुमति देता है, जिससे असेंबली के दौरान बेहतर फिट-अप और संरेखण संभव होता है। सही निर्माण उपकरण का उपयोग न केवल दक्षता में सुधार करता है, बल्कि यह भी सुनिश्चित करता है कि डिज़ाइन में अनुमानित संरचनात्मक प्रदर्शन स्थापना तक बना रहे।

बीएस 5950 सरलीकृत विधि की अनुमति नहीं देता असमान कोणों के लिए। डिज़ाइनरों को मूल विधि का उपयोग करना चाहिए और आघूर्णों को मुख्य अक्षों. जबकि केन्द्रक स्थान, I _u , और I _v जैसे गुण प्रकाशित तालिकाओं में पाए जा सकते हैं, इसके लिए अतिरिक्त आवश्यकता होती है त्रिकोणमिति, मोनोसिमेट्री इंडेक्स गणना, और प्रभावी अनुभाग मापांक का निर्धारण.

पतले पैरों के लिए, अनुभाग वर्गीकरण महत्वपूर्ण हो जाता है:

बीएस 5950 कक्षा 3 सीमा: 15ε

यूरोकोड कक्षा 3 सीमा: 14ε (सी/टी पर आधारित)

उदाहरण के लिए, c ≈ 128 मिमी वाला 150×10 मिमी पैर देता है:

c/t = 12.8 < 14ε = 12.9 → बस स्वीकार्य

संरचनात्मक डिजाइन और दुकान निर्माण को जोड़ना

कोणीय खंडों का सफल कार्यान्वयन—विशेषकर भार-संवेदनशील अनुप्रयोगों में—केवल सैद्धांतिक डिज़ाइन पर ही नहीं, बल्कि व्यावहारिक निर्माण सटीकता पर भी निर्भर करता है। जब संरचनात्मक भागों को सटीक कटिंग, नॉचिंग या पंचिंग की आवश्यकता होती है, विशेष रूप से कस्टम या लघु-अवधि अनुप्रयोगों में, तो सही उपकरणों का उपयोग आवश्यक है। जैसे उपकरण लौहकारक मशीन और शीट मेटल कॉर्नर नॉचर आमतौर पर कोणीय स्टील को कुशलतापूर्वक और सटीक रूप से तैयार करने के लिए उपयोग किया जाता है, जिससे साइट पर संशोधन कम हो जाता है और डिजाइन के इरादे के साथ बेहतर अनुपालन सुनिश्चित होता है।

यदि अनुभाग कक्षा 4, आगे जटिलता उत्पन्न होती है:

का उपयोग प्रभावी अनुभाग गुण (यूरोकोड), या

का अनुप्रयोग कम डिज़ाइन शक्ति (बीएस 5950)

संयुक्त के लिए झुकने और अक्षीय भार, तो यह अव्यावहारिक रूप से जटिल हो सकता है।

7.0निष्कर्ष: झुकते समय कोणों का प्रयोग केवल सावधानी से करें

यह तकनीकी समीक्षा दो महत्वपूर्ण डिजाइन सिद्धांतों पर प्रकाश डालती है:

• महत्वपूर्ण क्षणों को दर्शाने के लिए कोण आदर्श नहीं हैं—खासकर अगर अनियंत्रित हो। सनकी या पार्श्व भार के तहत मरोड़ वाला व्यवहार प्रदर्शन को गंभीर रूप से सीमित कर सकता है और अग्रभाग में दरार जैसी सेवाक्षमता संबंधी विफलताओं का कारण बन सकता है।
• असमान कोणों का डिज़ाइन श्रमसाध्य और त्रुटि-प्रवण है, विशेष रूप से क्लास 4 अनुभागों या संयुक्त लोडिंग परिदृश्यों से निपटते समय।

अनुशंसित अभ्यास:

उपयोग समान कोण वाले खंड कम से कम इनमें से कक्षा 3 क्रॉस सेक्शन।

अनियंत्रित झुकने की स्थिति के लिए, इसके स्थान पर किसी अन्य का उपयोग करने पर विचार करें। मरोड़-कठोर खंड, जैसे कि खोखला भाग या मैं दमक.