Bükmede Çelik Açılı Kesitler: Tasarım ve Daha Güvenli Seçenekler

Açılı kesitler, ekonomik olmaları ve imalat kolaylıkları nedeniyle yapı mühendisliğinde yaygın olarak kullanılır. Ancak, açıların kullanımı söz konusu olduğunda; bükülme, özellikle dizginsiz bükme, önemli zorluklar ortaya çıkıyor. Genellikle açıklıklar üzerindeki yükleri desteklemek için seçilseler de (örneğin tuğla lentolar), burulma dengesizliği Ve karmaşık stres tepkisi onları riskli bir tercih haline getirir.

Bu makale, açı kesitlerinin bükülmede nasıl davrandığına, her iki durumda da tasarım rehberliğinin sınırlamalarına ilişkin ayrıntılı bir genel bakış sunmaktadır. BS 5950 Ve Eurocode 3 (EN 1993-1-1)ve alternatif profillerin neden genellikle daha güvenilir ve yapısal olarak daha sağlam bir çözüm olduğu.

1.0Yaygın Uygulamalar: Açıklıkların Üzerindeki Bükülme Açıları

Bükme açılı kesitler, genellikle ev inşaatlarında kapı ve pencere açıklıklarının üzerindeki duvarları desteklemek için kullanılır. Detay basit görünse de, eksantrik yükleme Ve burulma davranışı cephede çatlama gibi servis sorunlarına yol açabilecek durumlara neden olabilir.

Temel yapısal zorluk, özellikle tam yanal kısıtlama olmadan bükülmeye maruz kaldığında, açının sıkıştırılmış bacağı düzlem dışına sapma eğilimindedirüyenin bükümBu olgu, tipik olarak şu durumla daha da kötüleşiyor: dikey yükün eksantrik uygulanmasıhem dikey hem de yatay eksende bir moment oluşturan.

2.0Burulma Etkileri: Neden İçi Boş Profiller Tercih Edilir?

Eksantrik yük taşıyan herhangi bir yapısal eleman burkulacaktır. Bu, açılara özgü bir durum değildir, ancak açı bölümlerinin düşük burulma sertliği onları özellikle hassas hale getirir. Bu gibi durumlarda, kapalı içi boş bölüm (kare veya dikdörtgen HSS gibi) daha üstün bir alternatif sunar. Bu bölümler daha pahalı olabilir ve bağlantılarda daha karmaşık detaylar gerektirebilir, ancak burulma deformasyonunda azalma çoğu zaman buna değer.

Ev içi uzantılar veya lentolar gibi pratik uygulamalarda, kapalı bölümler dayanıklılığı büyük ölçüde artırabilir ve bitmiş yapıdaki görünür kusurları en aza indirebilir.

3.0Sıkıştırmada Açı Kesitleri: Daha Öngörülebilir Bir Davranış

Açı kesitleri sıkıştırmada kullanıldığında (örneğin, bir kafes kirişin parçası olarak), davranışları iyi anlaşılmıştır. Büyük veya küçük dikdörtgen eksenler etrafında bükülmenin aksine, açılar kendi eksenleri etrafında bükülür. ana eksenler: o u–u Ve v–v eksenler. Bu, açının her bir bacağının kendi düzlem dışı yönünde bükülmeye çalışmasıyla sonuçlanır ve bu da burulma modu.

Tasarım kodları gibi BS 5950 Madde 4.7.10 Ve EN 1993-1-1 Bölüm BB.1.2 Bu moda göre narinliği hesaplamak için formüller sağlayın. Hesaplama, burulma etkilerini hesaba katar ve açının kısıtlamalara son vermek, burkulma kapasitesini önemli ölçüde etkiler.

4.0Bükmede Açı Kesitleri: Kod Kılavuzundaki Sınırlamalar

BS 5950 Bükme Tasarım Kılavuzu

BS 5950'deki 4.3.8 Maddesi hem bir temel ve bir basitleştirilmiş yöntem hesaplamak için burkulma direnç momenti (Mb) açı kesitleri için. Basitleştirilmiş yöntem, aşağıdakilerle sınırlıdır: x–x ekseni etrafında bükülmüş eşit açılar, genellikle pencere açıklıkları gibi açıklıklar boyunca dikey yükler altında.

BS 5950 Basitleştirilmiş Yöntemi Kullanılarak Örnek Hesaplama:

Verilen:

Kesit: 150×150×12 mm

Açıklık: 4 m

Çelik Sınıfı: S275

ε = 1,0 (çelik akma dayanımına göre)

Dönme yarıçapı (rv) = 29,5 mm

Kesit modülü Zx = 67,7×10³ mm³

Basitleştirilmiş formül şu şekildedir:

Bu sonuç nispeten düşük bir direnç göstermektedir ve bu yaklaşımın sınırlarını anlamanın önemini vurgulamaktadır.

EN 1993-1-1 (Eurocode 3) Yaklaşımı: Daha Karmaşık, Daha Az Doğrudan

Eurocode, açıların eğilme direncini değerlendirmek için doğrudan bir yöntem sunmaz. Bunun yerine, uygulanan eğilme momentinin aşağıdakilere çözümlenmesini önerir: ana eksenler (u–u ve v–v) ve üyeyi bir kullanarak doğrulama etkileşim denklemiBu, özellikle eşit olmayan açılar için karmaşıklık yaratır.

Önemli adım, hesaplamaktır göreceli incelik:

lambda_LT = (0,72 × v_a × f_y) / (E × phi_a × lambda_v)

Nerede:

• lambda_LT yanal burulma inceliği oranıdır
• v_a kesme düzeltme faktörüdür
• f_y malzemenin akma dayanımıdır
• E elastik modüldür
• phi_a incelik katsayısıdır (genellikle 3,77)
• lambda_v kayma inceliği oranıdır (örneğin, L / r_v)

Nerede:

φₐ incelik katsayısıdır (genellikle 3,77)

vₐ, λᵥ ve monosimetri indeksi ψₐ'ye dayalı bir formül kullanılarak türetilir

λᵥ = L / rᵥ = 4000 / 29,5 = 135,6

Eşit bir açı için (ψₐ = 1), bu şu sonucu verir:

vₐ ≈ 0,984 → λ_LT = 0,580 → χ_LT = 0,724

İkinci alan momenti ve elastik modül kullanılarak:

Iu = 1170 cm⁴
Aşırı lif mesafesi = 106 mm

Wu = (1170 × 10⁴) / 106 = 110 × 10³ mm³

Mb = 0,724 × 275 × 110 × 10³ = 21,9 kNm

5.0Etkileşim Kontrolleri: BS 5950 ve Eurocode Arasındaki Karşılaştırma

14 kNm'lik uygulanan bir momentin ana eksenlere eşit olarak bölündüğünü varsayalım:

Verilen:

Mu = Mv = 9,9 kNm
Wv = 52 × 10³ mm³
Wu = 110 × 10³ mm³

Eurocode Etkileşim Kontrolü:

BS 5950 Etkileşim Kontrolü:

Burkulma direnci Mb = 26 kNm kullanılarak:

Etkileşim = 1.07 ✓ Kabul edilebilir, ancak sınırda

Basitleştirilmiş yöntem kullanılarak (Mb = 13,9 kNm):

Etkileşim = 1.01 ✘ Sınırı aşıyor

6.0Eşit Olmayan Açı Kesitleri: Eklenen Karmaşıklık ve Sınırlamalar

Açı Kesitleri için Üretim Hususları

Bükme işleminde açılı kesitlerin kullanımının yapısal karmaşıklığına ek olarak, imalat süreci de zorluklar sunar; özellikle hassas delik yerleştirme, uç hazırlama veya çentik açma gerektiğinde. Özellikle eşit olmayan açılı kesitler veya karmaşık bağlantılar için doğru modifikasyonlar elde etmek amacıyla, imalatçılar genellikle bir demir işleme makinesine güvenir. Bu makineler, çelik köşebentlerin tek bir kurulumda verimli bir şekilde kesilmesini, delinmesini ve kesilmesini sağlayarak tekrarlanabilirliği garanti ederken zamandan tasarruf sağlar.

İnce detaylandırma veya iç köşe kesimleri gerektiren uygulamalarda (örneğin, levhalara veya köşebentlere temiz bağlantılar için açılar hazırlanırken) sac köşe kesme makinesi sıklıkla kullanılır. Bu alet, hassas köşe kesimi sağlayarak montaj sırasında daha iyi uyum ve hizalama sağlar. Doğru imalat ekipmanının kullanılması, verimliliği artırmanın yanı sıra, tasarımda öngörülen yapısal performansın montaja kadar korunmasını da sağlar.

BS 5950 basitleştirilmiş yönteme izin vermiyor Eşit olmayan açılar için. Tasarımcılar temel yöntemi kullanmalı ve momentleri şu şekilde çözmelidir: ana eksenlerMerkez konumu, I _u ve I _v gibi özellikler yayınlanmış tablolarda bulunabilirken, ek trigonometri, monosimetri indeksi hesaplaması, Ve etkili kesit modüllerinin belirlenmesi.

İnce bacaklar için kesit sınıflandırması kritik hale gelir:

BS 5950 Sınıf 3 sınırı: 15ε

Eurocode Sınıf 3 sınırı: 14ε (c/t'ye göre)

Örneğin, c ≈ 128 mm olan 150×10 mm'lik bir bacak şunu verir:

c/t = 12,8 < 14ε = 12,9 → Kabul edilebilir

Yapısal Tasarım ve Atölye Üretiminin Bağlantısı

Açılı kesitlerin başarılı bir şekilde uygulanması, özellikle yüke duyarlı uygulamalarda, yalnızca teorik tasarıma değil, aynı zamanda pratik üretim doğruluğuna da bağlıdır. Yapısal elemanların hassas kesim, çentik açma veya delme gerektirdiği durumlarda, özellikle özel veya kısa açıklıklı uygulamalarda, doğru ekipmanı kullanmak çok önemlidir. demirci makinesi Ve sac köşe kesme makinesi Açı çeliğini verimli ve doğru bir şekilde hazırlamak için yaygın olarak kullanılır, bu sayede sahadaki değişiklikler azaltılır ve tasarım amacına daha iyi uyum sağlanır.

Eğer bölüm ise Sınıf 4, daha da karmaşıklık ortaya çıkar:

Kullanımı etkili bölüm özellikleri (Eurocode) veya

Uygulaması azaltılmış tasarım gücü (BS 5950)

Birleştirilmiş için eğilme ve eksenel yük, bu uygulanamayacak kadar karmaşık hale gelebilir.

7.0Sonuç: Bükmede Açıları Sadece Dikkatli Kullanın

Bu teknik inceleme iki kritik tasarım ilkesini vurgulamaktadır:

• Açılar önemli anları taşımak için ideal değildir—özellikle de kontrolsüz ise. Eksantrik veya yanal yükleme altında burulma davranışı, performansı ciddi şekilde sınırlayabilir ve cephe çatlaması gibi servis edilebilirlik sorunlarına yol açabilir.
• Eşit olmayan açıların tasarlanması emek yoğun ve hataya açıktırÖzellikle Sınıf 4 bölümleri veya kombine yükleme senaryoları ile uğraşırken.

Önerilen Uygulama:

Kullanmak eşit açılı kesitler en azından Sınıf 3 enine kesit.

Sınırsız bükme durumları için, şununla değiştirmeyi düşünün: burulma açısından sert bölüm, gibi bir içi boş kesit veya I-kiriş.