شعاع حرف I

العارضة على شكل حرف I هي أي من العناصر الهيكلية المختلفة ذات المقطع العرضي على شكل حرف Ɪ (حرف I كبير مع حرف S) أو على شكل حرف H. تشمل المصطلحات الفنية للعناصر المماثلة العارضة على شكل حرف H ، أو الملف الشخصي على شكل حرف I ، أو العمود الشامل ( UC )، أو العارضة على شكل حرف W (لـ "الحافة العريضة")، أو العارضة الشاملة ( UB )، أو العارضة الفولاذية المدلفنة ( RSJ )، أو حرف T المزدوج (خاصة في البولندية والبلغارية والإسبانية والإيطالية والألمانية ) . عادةً ما تكون العارضة على شكل حرف I مصنوعة من الفولاذ الهيكلي وتخدم مجموعة واسعة من استخدامات البناء .

تسمى العناصر الأفقية لـ Ɪ بالشفاه ، ويُعرف العنصر الرأسي باسم "الشبكة". تقاوم الشبكة قوى القص ، بينما تقاوم الشفاه معظم عزم الانحناء الذي تتعرض له الحزمة. تُظهر معادلة شعاع أويلر-برنولي أن المقطع على شكل Ɪ هو شكل فعال للغاية لحمل كل من أحمال الانحناء والقص في مستوى الشبكة. من ناحية أخرى، يتمتع المقطع العرضي بسعة منخفضة في الاتجاه العرضي، كما أنه غير فعال في حمل الالتواء ، والذي غالبًا ما تُفضل المقاطع الهيكلية المجوفة له.

تاريخ

في عام 1849، تم تسجيل براءة اختراع لطريقة إنتاج عارضة على شكل حرف I، كما تم لفها من قطعة واحدة من الحديد المطاوع، ^[1] بواسطة ألفونس هالبو من Forges de la Providence في Marchienne-au-Pont ، بلجيكا. ^[2]

كانت شركة بيت لحم للصلب ، التي يقع مقرها الرئيسي في بيت لحم، بنسلفانيا ، من الموردين الرائدين للصلب الهيكلي المدلفن بمختلف المقاطع العرضية في أعمال الجسور وناطحات السحاب الأمريكية في منتصف القرن العشرين. ^[3] والآن تم استبدال المقاطع العرضية المدلفنة جزئيًا في مثل هذه الأعمال بمقاطع عرضية مصنعة .

ملخص

هناك نوعان قياسيان من شعاع I:

شعاع I المدلفن، يتشكل عن طريق الدرفلة الساخنة ، أو الدرفلة الباردة ، أو البثق ، اعتمادا على المادة.
عارضة لوحية ، مكونة عن طريق لحام (أو في بعض الأحيان عن طريق ربط أو تثبيت المسامير ) بالصفائح.

تُصنع عوارض I عادةً من الفولاذ الهيكلي ولكن يمكن أيضًا تشكيلها من الألومنيوم أو مواد أخرى. النوع الشائع من عوارض I هو العارضة الفولاذية المدلفنة (RSJ)، والتي يتم تقديمها أحيانًا بشكل غير صحيح على أنها عارضة فولاذية مقواة. تحدد المعايير البريطانية والأوروبية أيضًا العوارض الشاملة (UBs) والأعمدة الشاملة (UCs). تحتوي هذه المقاطع على حواف متوازية، موضحة باسم "W-Section" في الرسم التوضيحي المصاحب، على عكس السماكة المتغيرة لشفاه RSJ، الموضحة باسم "S-Section"، والتي نادرًا ما يتم لفها الآن في المملكة المتحدة . تكون الحواف المتوازية أسهل في التوصيل وتتخلص من الحاجة إلى غسالات مدببة. تتميز عوارض UC بعرض وعمق متساويين أو شبه متساويين وهي أكثر ملاءمة للتوجيه عموديًا لحمل الحمل المحوري مثل الأعمدة في البناء متعدد الطوابق، بينما تكون عوارض UB أعمق بكثير من عرضها وهي أكثر ملاءمة لحمل الحمل المنحني مثل عناصر العارضة في الأرضيات.

أصبحت العوارض الخشبية على شكل حرف I ، وهي العوارض الخشبية المصنوعة من الخشب مع ألواح الألياف أو الخشب الرقائقي أو كليهما، تحظى بشعبية متزايدة في البناء، وخاصة في المساكن، لأنها أخف وزناً وأقل عرضة للانحناء من العوارض الخشبية الصلبة . ومع ذلك، كان هناك بعض القلق بشأن فقدانها السريع لقوتها في حالة نشوب حريق إذا لم يتم حمايتها.

تصميم

تُستخدم العوارض الفولاذية على شكل حرف I على نطاق واسع في صناعة البناء وهي متوفرة في مجموعة متنوعة من الأحجام القياسية. تتوفر جداول تسمح بسهولة اختيار حجم مناسب لعوارض الفولاذ على شكل حرف I لحمل معين مطبق. يمكن استخدام العوارض الفولاذية على شكل حرف I كعوارض وكأعمدة .

يمكن استخدام العوارض ذات الشكل I بمفردها أو باستخدام مواد مركبة أخرى، وعادة ما تكون الخرسانة . يمكن أن يخضع التصميم لأي من المعايير التالية:

الانحراف : سيتم اختيار صلابة العارضة I لتقليل التشوه
الاهتزاز : يتم اختيار الصلابة والكتلة لمنع الاهتزازات غير المقبولة، وخاصة في الأماكن الحساسة للاهتزازات، مثل المكاتب والمكتبات
فشل الانحناء بسبب الخضوع : حيث يتجاوز الإجهاد في المقطع العرضي إجهاد الخضوع
فشل الانحناء بسبب الانحناء الالتوائي الجانبي : حيث يميل الشفة تحت الضغط إلى الانحناء جانبيًا أو ينحني المقطع العرضي بالكامل بشكل الالتواء
فشل الانحناء بسبب الانحناء المحلي : حيث تكون الحافة أو الشريط نحيفًا جدًا بحيث ينحني محليًا
العائد المحلي: ناتج عن الأحمال المركزة، مثل نقطة دعم الشعاع
فشل القص: حيث يفشل النسيج. سوف يفشل النسيج النحيل عن طريق الانحناء والتموج في ظاهرة تسمى فعل مجال الشد ، ولكن فشل القص يقاومه أيضًا صلابة الحواف
انبعاج أو انحناء المكونات: على سبيل المثال، انبعاج أو انحناء الأجزاء المقوية المستخدمة لتوفير الاستقرار لشبكة العارضة I.

تصميم للانحناء

يتعرض الشعاع أثناء الانحناء لضغوط عالية على طول الألياف المحورية الأبعد عن المحور المحايد . ولمنع الفشل، يجب أن يكون معظم المواد الموجودة في الشعاع موجودًا في هذه المناطق. هناك حاجة إلى القليل نسبيًا من المواد في المنطقة القريبة من المحور المحايد. هذه الملاحظة هي أساس المقطع العرضي للشعاع I؛ يمتد المحور المحايد على طول مركز الشبكة الذي يمكن أن يكون رقيقًا نسبيًا ويمكن تركيز معظم المواد في الحواف.

الشعاع المثالي هو الشعاع الذي يحتوي على أقل مساحة مقطعية (وبالتالي يتطلب أقل قدر من المواد) اللازمة لتحقيق معامل مقطع معين . نظرًا لأن معامل المقطع يعتمد على قيمة عزم القصور الذاتي ، فيجب أن يكون معظم مادته في الشعاع الفعال بعيدًا عن المحور المحايد قدر الإمكان. كلما كانت كمية معينة من المادة أبعد عن المحور المحايد، كلما كان معامل المقطع أكبر وبالتالي يمكن مقاومة عزم انحناء أكبر.

عند تصميم عارضة I متماثلة لمقاومة الإجهادات الناتجة عن الانحناء، تكون نقطة البداية المعتادة هي معامل المقطع المطلوب. إذا كان الإجهاد المسموح به هو $σ max$ وأقصى عزم انحناء متوقع هو $M max$ ، فإن معامل المقطع المطلوب يُعطى بواسطة: ^[4]

S={\cfrac {M_{\mathrm {max} }}{\sigma _{\mathrm {max} }}}={\frac {I}{c}}

,

حيث $I$ هو عزم القصور الذاتي للمقطع العرضي للشعاع و $c$ هي المسافة بين الجزء العلوي من الشعاع والمحور المحايد (انظر نظرية الشعاع لمزيد من التفاصيل).

بالنسبة لشعاع ذي مساحة مقطع عرضي $a$ وارتفاع $h$ ، فإن المقطع العرضي المثالي سيكون له نصف المساحة على $مسافة ح / 2 فوق$ المقطع العرضي والنصف الآخر على $مسافة$ $ح / 2 ⁠$ أسفل المقطع العرضي.^[4] بالنسبة لهذا المقطع العرضي،

I={\frac {ah^{2}}{4}}\,;\quad S={\frac {1}{2}}ah

.

ومع ذلك، لا يمكن تحقيق هذه الظروف المثالية أبدًا لأن المادة مطلوبة في الشبكة لأسباب فيزيائية، بما في ذلك مقاومة الانحناء. بالنسبة للعوارض ذات الحواف العريضة، تكون معامل المقطع تقريبًا

S\تقريبا 0.35ah

وهو ما يتفوق على ما تحققه العوارض المستطيلة والعوارض الدائرية.

مشاكل

على الرغم من أن العوارض ذات الشكل I ممتازة للانحناء أحادي الاتجاه في مستوى موازٍ للشبكة، إلا أنها لا تعمل بنفس الجودة في الانحناء ثنائي الاتجاه. كما تظهر هذه العوارض مقاومة قليلة للالتواء وتخضع للتشوه المقطعي تحت الحمل الالتوائي. بالنسبة للمشاكل التي يهيمن عليها الالتواء، يتم استخدام العوارض الصندوقية وأنواع أخرى من المقاطع الصلبة بدلاً من العوارض ذات الشكل I.

الأشكال والمواد في الولايات المتحدة

في الولايات المتحدة ، أكثر الحزم I المذكورة شيوعًا هي شكل الحافة العريضة (W). تحتوي هذه الحزم على حواف تكون أسطحها الداخلية متوازية على معظم مساحتها. تشمل الحزم I الأخرى الأشكال القياسية الأمريكية (المشار إليها باسم S)، حيث لا تكون أسطح الحافة الداخلية متوازية، والأكوام على شكل H (المشار إليها باسم HP)، والتي تُستخدم عادةً كأساسات للأكوام. تتوفر أشكال الحافة العريضة في الدرجة ASTM A992، ^[5] والتي حلت بشكل عام محل درجات ASTM الأقدم A572 وA36. نطاقات مقاومة الخضوع:

A36: 36000 رطل/بوصة مربعة (250 ميجا باسكال )
A572: 42000–60000 رطل/بوصة مربعة (290–410 ميجا باسكال)، مع كون 50000 رطل/بوصة مربعة (340 ميجا باسكال) هو الأكثر شيوعًا
A588: مشابه لـ A572
A992: 50.000-65.000 رطل لكل بوصة مربعة (340-450 ميجا باسكال)

مثل معظم المنتجات الفولاذية، غالبًا ما تحتوي العوارض الفولاذية على بعض المحتوى المعاد تدويره.

المعايير

المعايير التالية تحدد شكل وتسامحات أقسام الفولاذ ذات العارضة I:

المعايير الأوروبية

EN 10024، المقاطع I ذات الحافة المخروطية المدرفلة على الساخن - التفاوتات في الشكل والأبعاد.
EN 10034 ، أقسام الفولاذ الهيكلي I وH - التفاوتات في الشكل والأبعاد.
EN 10162، مقاطع الفولاذ المدرفلة على البارد – الشروط الفنية للتسليم – التفاوتات البعدية والعرضية

دليل AISC

ينشر المعهد الأمريكي للإنشاءات الفولاذية (AISC) دليل الإنشاءات الفولاذية لتصميم الهياكل ذات الأشكال المختلفة. وهو يوثق الأساليب الشائعة، تصميم القوة المسموح بها (ASD) وتصميم عامل الحمل والمقاومة (LRFD)، (بدءًا من الطبعة الثالثة عشر) لإنشاء مثل هذه التصميمات.

آخر

دين 1025-5
ASTM A6، العوارض القياسية الأمريكية
بكالوريوس العلوم 4-1
IS 808 – أبعاد عوارض الفولاذ المدرفلة على الساخن والأعمدة والقنوات والزوايا
AS/NZS 3679.1 – المعيار الأسترالي والنيوزيلندي ^[6]

التسمية والمصطلحات

في الولايات المتحدة ، يتم تحديد عوارض I الفولاذية عادةً باستخدام عمق ووزن العارضة. على سبيل المثال، يبلغ عمق عارض "W10x22" حوالي 10 بوصات (254 مم) مع ارتفاع اسمي للعارضة I من السطح الخارجي لإحدى الشفات إلى السطح الخارجي للشفة الأخرى، ويزن 22 رطلاً/قدمًا (33 كجم/م). غالبًا ما تختلف عوارض مقطع الشفة العريضة عن عمقها الاسمي. في حالة سلسلة W14، قد يصل عمقها إلى 22.84 بوصة (580 مم). ^[7 ]

في كندا ، يتم الآن تحديد عوارض I الفولاذية بشكل شائع باستخدام عمق ووزن العارضة من حيث النظام المتري. على سبيل المثال، يبلغ عمق العارضة "W250x33" حوالي 250 مليمترًا (9.8 بوصة) (ارتفاع العارضة I من السطح الخارجي لإحدى الحواف إلى السطح الخارجي للشفة الأخرى) وتزن حوالي 33 كجم/م (22 رطلاً/قدمًا؛ 67 رطلاً/ياردة). ^[8] لا تزال عوارض I متوفرة بأحجام أمريكية من العديد من الشركات المصنعة الكندية.

في المكسيك ، تسمى عوارض I الفولاذية IR ويتم تحديدها عادةً باستخدام عمق ووزن العارضة من حيث النظام المتري. على سبيل المثال، يبلغ عمق شعاع "IR250x33" حوالي 250 مم (9.8 بوصة) (ارتفاع الشعاع I من السطح الخارجي لإحدى الحواف إلى السطح الخارجي للشفة الأخرى) ويزن حوالي 33 كجم/م (22 رطل/قدم). ^[9]

في الهند ، يتم تصنيف العوارض ذات الحرف I على أنها ISMB وISJB وISLB وISWB. ISMB: العوارض متوسطة الوزن القياسية الهندية، ISJB: العوارض الصغيرة القياسية الهندية، ISLB: العوارض خفيفة الوزن القياسية الهندية، وISWB: العوارض ذات الحافة العريضة القياسية الهندية. يتم تصنيف العوارض وفقًا للمرجع المختصر الخاص بها متبوعًا بعمق المقطع، على سبيل المثال ISMB 450 ، حيث 450 هو عمق المقطع بالملليمتر (مم). يتم تصنيف أبعاد هذه العوارض وفقًا لـ IS:808 (وفقًا لـ BIS ). ^{[ بحاجة لمصدر ]}

في المملكة المتحدة ، يتم تحديد هذه المقاطع الفولاذية عادةً برمز يتكون من البعد الرئيسي، وعادةً العمق، -x- البعد الثانوي-x- الكتلة لكل متر- وينتهي بنوع المقطع، وتكون جميع القياسات مترية. لذلك، فإن مقطع عمودي (UC = عمود عالمي) بعمق 152 مم (6.0 بوصات) وعرض 152 مم ووزن 23 كجم/م (46 رطل/ياردة) تقريبًا. ^[10]

في أستراليا ، يشار إلى هذه المقاطع الفولاذية عادةً باسم العوارض العالمية (UB) أو الأعمدة (UC). يتم إعطاء تسمية لكل منها على أنها الارتفاع التقريبي للعارضة، والنوع (العارضة أو العمود) ثم معدل المتر الوحدوي (على سبيل المثال، 460UB67.1 عبارة عن عارضة عالمية بعمق تقريبي 460 مم (18.1 بوصة) ووزن 67.1 كجم/م (135 رطل/ياردة)). ^[6]

الحزم الخلوية

الحزم الخلوية هي النسخة الحديثة من الحزم التقليدية المحصنة ، والتي تنتج شعاعًا أعمق بنحو 40-60% من قسمه الأصلي. العمق النهائي الدقيق وقطر الخلية والتباعد بين الخلايا مرنة. الشعاع الخلوي أقوى بما يصل إلى 1.5 مرة من قسمه الأصلي وبالتالي يتم استخدامه لإنشاء هياكل فعالة ذات امتداد كبير . ^[11]

انظر أيضا

العارضة C، والمعروفة أيضًا باسم القناة الهيكلية أو قناة الحافة الموازية (PFC)
DIN 1025 – معيار DIN الذي يحدد أبعاد وكتل وخصائص المقطع لمجموعة من عوارض I
عارضة فولاذية مفتوحة
الخرسانة المسلحة
تصميم الفولاذ
الزاوية البنيوية
شعاع T
ثقب الوصول للحام

مراجع

^ فورسيث، م. الهياكل والبناء في الحفاظ على المباني التاريخية. ص 179.
^ توماس ديرداك، جاي بي بيدرسون (1999). دليل دولي لتاريخ الشركات. المجلد 26. مطبعة سانت جيمس. ص 82. رقم ISBN 978-1-55862-385-9.
^ "Forging America: The History of Bethlehem Steel". Morning Call Supplement . The Morning Call . 14 ديسمبر 2003. مؤرشف من الأصل في 27 أبريل 2011 . تم الاسترجاع في 24 سبتمبر 2010 .
^ ab Gere و Timoshenko، 1997، ميكانيكا المواد ، شركة النشر PWS.
^ ASTM A992؟A992M المواصفات القياسية لأشكال الفولاذ الهيكلي. الجمعية الأمريكية للاختبار والمواد . 2006. doi :10.1520/A0992_A0992M-06A.
^ ab منتجات الصلب المدلفن الساخن والبنيوي – الطبعة الخامسة أرشيف 10 أبريل 2013 على موقع واي باك مشين — Onesteel . تم الاسترجاع في 18 ديسمبر 2015.
^ دليل AISC للإنشاءات الفولاذية الطبعة الرابعة عشر
^ Handbook of Steel Construction (9th ed.). Canadian Institute of Steel Construction. 2006. ISBN 978-0-88811-124-1.
^ دليل IMCA للإنشاءات الفولاذية ، الطبعة الخامسة.
^ "المقاطع الهيكلية" (PDF) . كوروس للإنشاءات والصناعة. مؤرشف من الأصل (PDF) في 15 فبراير 2010.
^ "Cellular Beams - Kloeckner Metals UK". kloecknermetalsuk.com . تم الاسترجاع في 13 مايو 2017 .

قراءة إضافية

أشبي، إم إف (2005). اختيار المواد في التصميم الميكانيكي (الطبعة الثالثة). أكسفورد؛ بوسطن: إلسيفير باتروورث-هاينمان. رقم ISBN 9780750661683.راجع الفصل 8، القسم 8.4 ("عوارض الأرضية: الخشب أم الفولاذ؟") والقسم 8.5 ("زيادة صلابة صفائح الفولاذ").

روابط خارجية

الموقع الإلكتروني للمعهد الكندي للإنشاءات الفولاذية
الموقع الإلكتروني للمعهد الأمريكي للإنشاءات الفولاذية
الموقع الإلكتروني للمعهد المكسيكي للإنشاءات الفولاذية
عوارض خشبية على شكل حرف I
موقع جمعية أعمال البناء الفولاذية البريطانية

Original text

Rate this translation

Your feedback will be used to help improve Google Translate

[1] فورسيث، م. الهياكل والبناء في الحفاظ على المباني التاريخية. ص 179.

[2] توماس ديرداك، جاي بي بيدرسون (1999). دليل دولي لتاريخ الشركات. المجلد 26. مطبعة سانت جيمس. ص 82. رقم ISBN 978-1-55862-385-9.

[MorningCallSupplement2003-3] "Forging America: The History of Bethlehem Steel". Morning Call Supplement . The Morning Call . 14 ديسمبر 2003. مؤرشف من الأصل في 27 أبريل 2011 . تم الاسترجاع في 24 سبتمبر 2010 .

[Gere-4] Gere و Timoshenko، 1997، ميكانيكا المواد ، شركة النشر PWS.

[5] ASTM A992؟A992M المواصفات القياسية لأشكال الفولاذ الهيكلي. الجمعية الأمريكية للاختبار والمواد . 2006. doi :10.1520/A0992_A0992M-06A.

[onesteel-6] منتجات الصلب المدلفن الساخن والبنيوي – الطبعة الخامسة أرشيف 10 أبريل 2013 على موقع واي باك مشين — Onesteel . تم الاسترجاع في 18 ديسمبر 2015.

[7] دليل AISC للإنشاءات الفولاذية الطبعة الرابعة عشر

[8] Handbook of Steel Construction (9th ed.). Canadian Institute of Steel Construction. 2006. ISBN 978-0-88811-124-1.

[9] دليل IMCA للإنشاءات الفولاذية ، الطبعة الخامسة.

[10] "المقاطع الهيكلية" (PDF) . كوروس للإنشاءات والصناعة. مؤرشف من الأصل (PDF) في 15 فبراير 2010.

[11] "Cellular Beams - Kloeckner Metals UK". kloecknermetalsuk.com . تم الاسترجاع في 13 مايو 2017 .