Техника - молодёжи 1956-01-02, страница 31

Секреты прокатного профиля

Металл в строительных конструкциях применяется в виде проката. Каждый, конечно, видел в сложных переплетениях стрел и башен подъемных кранов, в фермах мостов и перекрытий крупных цехов, в каркасах строящихся больших зданий двутавры, похожие в поперечнике на две сложенные ножками буквы «Т», корытообразные швеллеры, уголковый прокат, который в обиходе называют просто уголками.

Форма поперечного сечения, или, иначе, профиль проката, таит в себе многие секреты прочности.

Не стоит специально убеждаться в том, что разорвать металлическую проволоку тем легче, чем меньше площадь ее поперечного сечения. Следовательно, прочность данного материала на разрыв зависит только от его площади в поперечнике, перпендикулярном направлению действующей силы. Иначе ведет себя тело при изгибе. Возьмите школьную линейку и попробуйте слегка изогнуть ее. Конечно, вы это сделаете без труда. Но вам не удастся изогнуть ту же линейку в другой плоскости, повернув ее относительно прежнего положения на 90°. Оказывается, тело с одной и той же площадью поперечного сечения сопротивляется изгибу далеко не одинаково, а в зависимости от того, как расположено его поперечное сечение по отношению к действующей силе. Это качество тел в науке о прочности характеризуется особой величиной — моментом сопротивления, которую можно вычислить, зная форму и размеры сечения тела. Следовательно, прочность изгибаемого тела зависит от момента сопротивления его поперечного сечения.

Из всех профилей проката наибольшим моментом сопротивления обладает двутавр. Это свойство двутаврового сечения, впервые обнаруженное еще в первой половине прошлого столетия, обеспечило балкам такого профиля широкое распространение. Но найти сразу наиболее рациональные размеры двутавра оказалось не так-то просто. Очень поучительной является история развития сортамента прокатных профилей, узаконивающего размеры поперечных сечений проката.

Первый русский сортамент был введен в 1900 году и просуществовал без изменения до 1932 'года, когда он был пересмотрен. При расчетах выяснилось, что можно только за счет снижения толщины вертикальной стенки двутаврового сечения и увеличения его высоты значительно повысить прочность балок без увеличения их веса, то-есть без лишних затрат металла. Из того же количества металла, которое по прежнему сортаменту шло на прокатку двутавра № 36 (номер профиля обозначает его высоту в см), оказалось возможным прокатать балку № 40, прочность которой на 14% выше, чем у двутавра № 36. Несколько позже был разработан и другой, не введенный в практику сортамент, по которому из металла двутавра № 40 можно было изготовить балку № 45, — на 35% более прочную, чем столько же весящая балка № 36, прокатанная по сортаменту 1900 года.

В варьировании размерами поперечных сечений проката заложены громадные резервы экономии металла. Возьмем, например, широкополочный двутавр. Как показывает само название, этот профиль отличается от обычного наличием более широких полок — его парал-

ШирокополочныЙ двутавровый профиль 30 имеет вес в 2.5 раза больше, чем обычный двутавр той же высоты. Однако момент сопротивления широкополочного в 2.9 раза больше момента сопротивления обычного двутавра № 30. Следовательно, для этого номера профиля экономия металла на каждую единицу прочности составляет около 14о/_в.

лельных пластинок. Сам по себе широкополочный двутавр, конечно, тяжелее обычного, но момент сопротивления этого профиля возрастает в более значительной пропорции, чем его вес. В результате получается, что на каждую добавочную единицу момента сопротивления широкополочного профиля, грубо говоря — на каждую добавочную единицу его прочности, приходится на 9—12% меньший вес. А ведь это чистая экономия металла, достигаемая применением в изгибаемых конструкциях широкополочных двутавров.

Но двутавровые балки часто используются и в качестве различных колонн и стоек, то-есть они воспринимают сжимающие усилия. При определенной критической силе сжатия, мы уже говорили, может произойти внезапный изгиб стержня, потеря устойчивости. Момент сопротивления у обычного двутавра в направлении полок в среднем в 10 раз больше, чем в перпендикулярном направлении.

Следовательно, чтобы избежать потери устойчивости сжатой колонны или стойки, критическую силу сжатия приходится определять, либо исходя из меньшего момента сопротивления, либо прибегая к специальным мерам по укреплению колонны. К таким мерам относит-

Если подвесить чашу весов к двутавровой балке № 36, то можно убедиться, что она начинает сильно деформироваться при грузе примерно в десять раз большем, чем та же балка, повернутая в стене на 90°. Балка же из широкополочного двутавра № 36 в таком положении выдерживает груз примерно в десять раз больший.

ся соединение колонны или стойки с соседними элементами конструкции дополнительными стержнями — связями, которые препятствуют выпучиванию колонны в направлении наименьшего сопротивления изгибу. Вот здесь-то и заложен еще один резерв экономии металла от применения широкополочных двутавров. Хотя сопротивление изгибу этого профиля в двух перпендикулярных направлениях тоже неодинаково, разница между величинами моментов сопротивлений широкополочного двутавра гораздо меньше, чем обычного. Это позволяет резко сократить число связей. В целом экономия металла от замены обычного двутавра более совершенным широкополочным составляет до 20%.

На примере двутавра мы показали, какие возможности экономии заложены в профиле проката. Расчетами и опытами советские инженеры установили, что можно прокатывать на 8—10% более легкие швеллеры, можно снизить вес уголков без уменьшения их прочности, можно уменьшить расход металла, применяя в конструкциях вместо уголковых трубчатые сечения. Общая экономия металла от перехода на изготовление более совершенных профилей проката может составить 25% от нашего сегодняшнего расхода. Промышленность нашей страны имеет все возможности перейти в самое ближайшее время к выпуску новых профилей проката на смену устаревшему сортаменту 1932 года.

Мимо этого нельзя пройти без внимания, и июльский Пленум Центрального Комитета нашей партии остро поставил перед металлургами и машиностроителями задачу освоения новых профилей проката. Решение этой задачи позволит высвободить многие тысячи тонн металла, необходимого для новых и новых строек, для усиления экономического могущества нашей великой Родины.

Но, конечно, поиски прочности не кончаются на достигнутом. Многими путями идут инженеры в поисках прочности. Здесь применение новых материалов, новых профилей проката, новых, более совершенных строительных деталей, и новые прогрессивные способы теоретического расчета сооружений, и тщательные лабораторные испытания моделей, деталей, элементов конструкций. Даже в особом отношении к труду и передовом мировоззрении, свойственных советскому человеку, лежат истоки тех ценных качеств современных сооружений, которые мы объединили под житейским понятием прочности.

29