Çelik Kolon Ön Boyutlandırma

Çelik kolon nasıl boyutlandırılır?

Basınç altındaki bir çelik kolon çoğu zaman malzemesi akmadan önce burkularak yük taşıma gücünü yitirir. Bu yüzden kolon seçimi yalnız kesit alanına değil, kolonun boyuna, uçlarının nasıl tutulduğuna ve kesitin zayıf eksendeki atalet yarıçapına bağlıdır. Eurocode 3 bu etkiyi tek bir katsayıyla, burkulma azaltma katsayısı χ ile hesaba katar: N_b,Rd = χ × A × f_y / γ_M1.

Hesap adımları

Önce burkulma boyu bulunur: L_cr = K × L. Sonra Euler kritik yükü N_cr = π² E I / L_cr² ve bağıl narinlik λ̄ = √(A f_y / N_cr) hesaplanır. Azaltma katsayısı, kesitin üretim biçimine göre seçilen burkulma eğrisinin kusur katsayısı α ile bulunur: Φ = 0.5 [1 + α (λ̄ − 0.2) + λ̄²], χ = 1 / (Φ + √(Φ² − λ̄²)). Hesap iki eksen için ayrı yapılır, küçük olan dayanım belirler. I ve H kesitlerde bu çoğunlukla zayıf eksendir.

Örnek

HEB 360 kolon, S235, burkulma boyu iki eksende 6.5 m, tasarım yükü 2000 kN. Zayıf eksende N_cr = 4974 kN, λ̄ = 0.924. Eğri c için Φ = 1.104 ve χ = 0.585 çıkar. Akma dayanımı 235 MPa alınırsa burkulma dayanımı 0.585 × 180.6 cm² × 235 MPa = 2483 kN, kullanım oranı 0.81 olur. Bu sayılar yayımlanmış bir Eurocode örneğiyle aynıdır.

Araç nasıl kullanılır?

Üç sekme vardır. Profil denetle sekmesinde seriyi ve profili seçersiniz, araç iki eksendeki narinliği, χ değerlerini, dayanımı ve kullanım oranını verir. En hafif profili bul sekmesi IPE, HEA, HEB ve HEM serilerini tarar ve her seride yükü taşıyan en hafif profili listeler. Elle kesit sekmesinde alanı ve atalet momentlerini kendiniz girersiniz: yapma kesitler ve tablodaki dışındaki profiller içindir.

Burkulma boyu katsayısı

K katsayısı kolonun uç koşullarını anlatır. İki ucu mafsallı kolonda 1.0, iki ucu ankastre kolonda 0.5, bir ucu ankastre öbürü mafsallı kolonda 0.7, konsol kolonda 2.0 kuramsal değerlerdir. Zayıf eksende ara kuşaklarla tutulan kolonda o eksenin katsayısı küçülür. Yanal ötelenmesi önlenmemiş çerçevelerde katsayı 1.0 üstüne çıkar ve çerçeve analiziyle bulunur.

Sınırlar

Araç yalnız merkezi basıncı ele alır. Kolona moment de geliyorsa etkileşim denetimi gerekir ve seçilen profil yetmeyebilir. Sınıf 4 kesitler, burulmalı burkulma ve birleşim tasarımı kapsam dışıdır. Sonuç ön boyutlandırma içindir.