Ich glänze - I-beam

Dieser I-Träger wird verwendet, um den ersten Stock eines Hauses zu tragen.

Ein I-Träger , auch bekannt als H-Träger (für Universalsäule , UC ), W-Träger (für "Breitflansch"), Universalträger ( UB ), Walzstahlträger ( RSJ ) oder Doppel-T (insbesondere in Polnisch , Bulgarisch , Spanisch , Italienisch und Deutsch ) ist ein Balken mit I- oder H- förmigem Querschnitt . Die horizontalen Elemente des I sind Flansche und das vertikale Element ist das "Gewebe". I-Träger werden in der Regel aus Baustahl hergestellt und im Hoch- und Tiefbau eingesetzt.

Der Steg widersteht Scherkräften, während die Flansche dem größten Teil des vom Träger erfahrenen Biegemoments widerstehen. Die Euler-Bernoulli-Balkengleichung zeigt, dass der I-förmige Querschnitt eine sehr effiziente Form ist, um sowohl Biege- als auch Querlasten in der Ebene des Stegs aufzunehmen. Andererseits hat der Querschnitt eine verringerte Kapazität in Querrichtung und ist auch ineffizient bei der Aufnahme von Torsionen , für die häufig hohle Strukturprofile bevorzugt werden.

Geschichte

Das Verfahren zur Herstellung eines I-Trägers, wie er aus einem einzigen Stück Stahl gewalzt wird, wurde 1849 von Alphonse Halbou von der Firma Forges de la Providence patentiert .

Bethlehem Steel war ein führender Anbieter von gewalztem Baustahl unterschiedlicher Querschnitte im amerikanischen Brücken- und Hochhausbau der Mitte des 20. Jahrhunderts. Heute werden bei solchen Arbeiten gewalzte Querschnitte teilweise durch konfektionierte Querschnitte verdrängt .

Überblick

Typischer Querschnitt von I-Trägern.

Es gibt zwei Standard-I-Träger-Formen:

• Gewalzter I-Träger, geformt durch Warmwalzen , Kaltwalzen oder Strangpressen (je nach Material).
• Plattenträger , gebildet durch Schweißen (oder gelegentlich Schrauben oder Nieten ) von Platten.

I-Träger werden üblicherweise aus Baustahl hergestellt , können aber auch aus Aluminium oder anderen Materialien bestehen. Eine übliche Art von I-Träger ist der Walzstahlträger (RSJ) – manchmal fälschlicherweise als verstärkter Stahlträger wiedergegeben . Britische und europäische Standards spezifizieren auch Universal Beams (UBs) und Universal Columns (UCs). Diese Abschnitte haben parallele Flansche, im Gegensatz zu den unterschiedlichen Dicken der RSJ-Flansche, die jetzt im Vereinigten Königreich selten gewalzt werden. Parallelflansche sind einfacher zu verbinden und machen konische Unterlegscheiben überflüssig. UCs haben gleiche oder nahezu gleiche Breite und Tiefe und sind eher geeignet, vertikal ausgerichtet zu werden, um axiale Lasten wie Säulen im mehrstöckigen Bau zu tragen, während UBs deutlich tiefer als breit sind und besser geeignet sind, Biegelasten wie Balken zu tragen Elemente in Böden.

I-Balken - I-Balken aus Holz mit gentechnisch Faserplatten und / oder Furnierschichtholz -sind auch immer beliebter in Bau, vor allem Wohn-, als sie zu verziehen als Massivholz leichter und weniger anfällig sind Balken . Es gab jedoch einige Bedenken hinsichtlich ihres schnellen Festigkeitsverlustes bei einem Feuer, wenn sie ungeschützt sind.

Design

Illustration eines im Torsionsmodus schwingenden I-Trägers.

I-Träger sind in der Bauindustrie weit verbreitet und in einer Vielzahl von Standardgrößen erhältlich. Es stehen Tabellen zur Verfügung, um eine einfache Auswahl einer geeigneten Stahl-I-Träger-Größe für eine gegebene aufgebrachte Last zu ermöglichen. I-Träger können sowohl als Träger als auch als Stützen verwendet werden .

I-Träger können sowohl allein als auch im Verbund mit einem anderen Material, typischerweise Beton, verwendet werden . Das Design kann durch eines der folgenden Kriterien bestimmt werden:

• Durchbiegung : Die Steifigkeit des I-Trägers wird so gewählt, dass die Verformung minimiert wird
• Vibration : Steifigkeit und Masse werden so gewählt, dass unzulässige Vibrationen vermieden werden, insbesondere in vibrationsempfindlichen Umgebungen wie Büros und Bibliotheken
• Biegeversagen durch Nachgeben : wo die Beanspruchung in dem Querschnitt der überschreitet Fließspannung
• Biegeversagen durch Biegedrillknicken : wobei ein Flansch in Kompression dreh seitlich oder den gesamten Querschnitt wölbt sich zu wölben neigt
• Biegeversagen durch lokales Beulen : wenn der Flansch oder Steg so schlank ist, dass er lokal knickt
• lokales Fließen: verursacht durch Punktlasten, z. B. am Auflagepunkt des Balkens
• Scherversagen : wo die Bahn versagt. Schlanke Stege versagen durch Knicken, Welligkeit in einem Phänomen, das als Spannungsfeldwirkung bezeichnet wird , aber auch Scherversagen wird durch die Steifigkeit der Flansche widerstanden
• Knicken oder Nachgeben von Bauteilen: zum Beispiel von Versteifungen, die verwendet werden, um dem Steg des I-Trägers Stabilität zu verleihen.

Ausführung zum Biegen

Die größten Spannungen ( ) in einem gebogenen Balken befinden sich an den Stellen, die am weitesten von der neutralen Achse entfernt sind.${\displaystyle \sigma_{xx}}$

Ein gebogener Balken sieht hohe Spannungen entlang der axialen Fasern, die am weitesten von der neutralen Achse entfernt sind . Um ein Versagen zu vermeiden, muss sich das meiste Material im Träger in diesen Bereichen befinden. Im Bereich nahe der neutralen Achse wird vergleichsweise wenig Material benötigt. Diese Beobachtung ist die Grundlage des I-Träger-Querschnitts; die neutrale Achse verläuft entlang der Mitte des Stegs, der relativ dünn sein kann und das meiste Material in den Flanschen konzentriert werden kann.

Der ideale Balken ist derjenige mit der geringsten Querschnittsfläche (und daher mit dem geringsten Materialbedarf), der benötigt wird, um einen gegebenen Widerstandsmodul zu erreichen . Da der Widerstandsmodul vom Trägheitsmoment abhängt , muss bei einem effizienten Balken der größte Teil des Materials so weit wie möglich von der neutralen Achse entfernt sein. Je weiter eine gegebene Materialmenge von der neutralen Achse entfernt ist, desto größer ist der Widerstandsmodul und daher kann einem größeren Biegemoment widerstanden werden.

Bei der Auslegung eines symmetrischen I-Trägers zur Aufnahme von Biegebeanspruchungen ist der übliche Ausgangspunkt das erforderliche Widerstandsmoment. Wenn die zulässige Spannung ist und das maximal zu erwartende Biegemoment ist , dann ist der erforderliche Widerstandsmodul gegeben durch ${\displaystyle \sigma_{\mathrm {max}}}$${\displaystyle M_{\mathrm {max}}}$

${\displaystyle S={\cfrac {M_{\mathrm {max}}}{\sigma_{\mathrm {max} }}}={\cfrac {I}{c}}}$

Dabei ist das Trägheitsmoment des Balkenquerschnitts und der Abstand der Oberseite des Balkens von der neutralen Achse (siehe Balkentheorie für weitere Details). ${\displaystyle I}$${\displaystyle c}$

Für einen Balken mit Querschnittsfläche und Höhe hätte der ideale Querschnitt die Hälfte der Fläche im Abstand oberhalb des Querschnitts und die andere Hälfte im Abstand unterhalb des Querschnitts. Für diesen Querschnitt ${\displaystyle a}$${\displaystyle h}$${\displaystyle h/2}$${\displaystyle h/2}$

${\displaystyle I={\cfrac {ah^{2}}{4}}~;~~S=0.5ah}$

Diese idealen Bedingungen können jedoch nie erreicht werden, da aus physikalischen Gründen Material in der Bahn benötigt wird, unter anderem um einem Knicken zu widerstehen. Bei Breitflanschträgern beträgt der Widerstandsmodul ca.

${\displaystyle S\approx 0.35ah}$

was denjenigen von rechteckigen Trägern und kreisförmigen Trägern überlegen ist.

Themen

I-Träger eignen sich zwar hervorragend zum unidirektionalen Biegen in einer Ebene parallel zum Steg, aber beim bidirektionalen Biegen nicht so gut. Diese Balken zeigen auch einen geringen Widerstand gegen Verwindung und unterliegen einer Querschnittsverformung unter Torsionsbelastung. Für Torsion dominiert Probleme, Kastenträger und andere Arten von steifen Abschnitte sind bevorzugt gegenüber dem I-Träger verwendet.

Formen und Materialien (USA)

Rostiger genieteter Stahl-I-Träger

In den Vereinigten Staaten ist der am häufigsten erwähnte I-Träger die Breitflanschform (W). Diese Träger haben Flansche, deren Innenflächen über den größten Teil ihrer Fläche parallel sind. Andere I-Träger umfassen American Standard (bezeichnet mit S) Formen, bei denen die inneren Flanschflächen nicht parallel sind, und H-Pfähle (bezeichnet als HP), die typischerweise als Pfahlgründungen verwendet werden. Breitflanschformen sind in der Sorte ASTM A992 erhältlich, die im Allgemeinen die älteren ASTM-Sorten A572 und A36 ersetzt hat. Streckgrenzenbereiche:

• A36: 36.000  psi (250  MPa )
• A572: 42.000–60.000 psi (290–410 MPa), mit 50.000 psi (340 MPa) am häufigsten
• A588: Ähnlich wie A572
• A992: 50.000–65.000 psi (340–450 MPa)

Wie die meisten Stahlprodukte enthalten I-Träger oft einen gewissen Recyclinganteil.

Normen

Die folgenden Normen definieren die Form und Toleranzen von I-Träger-Stahlprofilen:

Euronormen

• EN 10024 , Warmgewalzte Kegelflansch- I- Profile – Form- und Maßtoleranzen.
• EN 10034 , Baustahl I und H Profile – Form- und Maßtoleranzen.
• EN 10162 , Kaltgewalzte Stahlprofile – Technische Lieferbedingungen – Maß- und Querschnittstoleranzen

AISC-Handbuch

Das American Institute of Steel Construction (AISC) veröffentlicht das Steel Construction Manual für die Gestaltung von Bauwerken unterschiedlicher Formen. Es dokumentiert die gängigen Ansätze, Allowable Strength Design (ASD) und Load and Resistance Factor Design (LRFD), (ab 13. Auflage), um solche Designs zu erstellen.

Sonstiges

• DIN 1025-5
• ASTM A6 , American Standard Beams
• BS 4-1
• IS 808 – Abmessungen warmgewalzte Träger-, Stützen-, Kanal- und Winkelprofile
• AS/NZS 3679.1 – Standard für Australien und Neuseeland

Bezeichnung und Terminologie

Breitflansch-I-Träger.

• In den Vereinigten Staaten werden I-Träger aus Stahl üblicherweise unter Verwendung der Tiefe und des Gewichts des Trägers spezifiziert. Ein „W10x22“-Träger hat beispielsweise eine Tiefe von etwa 25 cm (Nennhöhe des I-Trägers von der Außenfläche eines Flansches bis zur Außenfläche des anderen Flansches) und wiegt 22 lb/ft (33 .). kg/m). Breitflanschprofilträger weichen oft von ihrer Nenntiefe ab. Bei der W14-Serie können sie bis zu 58,0 cm tief sein.
• In Kanada werden Stahl-I-Träger jetzt allgemein unter Verwendung der Tiefe und des Gewichts des Trägers in metrischen Begriffen angegeben. Ein „W250x33“-Träger hat beispielsweise eine Tiefe von ca. 250 Millimetern (Höhe des I-Trägers von der Außenfläche eines Flansches bis zur Außenfläche des anderen Flansches) und wiegt ca. 33 kg/m (67 .). Pfund/Yard). I-Träger sind noch in US-Größen von vielen kanadischen Herstellern erhältlich.
• In Mexiko werden I-Träger aus Stahl als IR bezeichnet und üblicherweise unter Verwendung der Tiefe und des Gewichts des Trägers in metrischen Begriffen angegeben. Ein „IR250x33“-Träger hat beispielsweise eine Tiefe von ca. 250 mm (9,8 Zoll) (Höhe des I-Trägers von der Außenfläche eines Flansches bis zur Außenfläche des anderen Flansches) und wiegt ca. 33 kg/m (22 .). Pfund/Fuß).
• In Indien werden I-Träger als ISMB, ISJB, ISLB, ISWB bezeichnet. ISMB: Indischer Standard-Mittelgewichtsträger, ISJB: Indischer Standard-Junior-Träger, ISLB: Indischer Standard-Leichtgewichtsträger und ISWB: Indischer Standard-Breitflanschträger. Balken werden gemäß der jeweiligen abgekürzten Referenz bezeichnet, gefolgt von der Schnitttiefe, wie zum Beispiel ISMB 450 , wobei 450 die Schnitttiefe in Millimeter (mm) ist. Die Abmessungen dieser Balken sind nach IS:808 (nach BIS ) klassifiziert .
• Im Vereinigten Königreich werden diese Stahlprofile im Allgemeinen mit einem Code angegeben, der aus dem Hauptmaß (normalerweise der Tiefe)-x-dem Nebenmaß-x-der Masse pro Meter und dem Profiltyp besteht, wobei alle Maße metrisch sind. Daher wäre ein 152 x 152 x 23 UC ein Säulenabschnitt (UC = Universalsäule) von ungefähr 152 mm (6,0 in) Tiefe, 152 mm Breite und einem Gewicht von 23 kg/m (46 lb/yd) Länge.
• In Australien werden diese Stahlprofile allgemein als Universal Beams (UB) oder Columns (UC) bezeichnet. Die Bezeichnung für jeden wird als ungefähre Höhe des Trägers, als Typ (Träger oder Säule) und dann als Meterzahl angegeben (z. B. ist ein 460UB67.1 ein ungefähr 460 mm (18,1 Zoll) tiefer Universalträger mit einem Gewicht von 67,1 kg /m (135 lb/yd)).

Mobilfunkstrahlen

Cellular Beams sind die moderne Version des traditionellen „ Castellated Beams “, was zu einem ca. 40–60% tieferen Beam als sein Elternteil führt. Die exakte Fertigtiefe, der Zelldurchmesser und der Zellabstand sind flexibel. Ein Zellenträger ist bis zu 1,5-mal stärker als sein Hauptabschnitt und wird daher verwendet, um effiziente Konstruktionen mit großen Spannweiten zu erstellen.

Siehe auch

• C-Träger, auch bekannt als struktureller Kanal oder Parallel Flange Channel (PFC)
• DIN 1025 – eine DIN-Norm, die die Abmessungen, Massen und Querschnittseigenschaften eines Satzes von I-Trägern definiert
• I-Träger
• Offener Stegstahlbalken
• Verstärkter Beton
• Stahlausführung
• T-Träger
• Zugangsloch schweißen

Verweise

Weiterlesen

• Ashby, MF (2005). Materialauswahl in der mechanischen Konstruktion (3. Aufl.). Oxford; Boston: Elsevier Butterworth-Heinemann. ISBN 9780750661683. Siehe Kapitel 8, Abschnitte 8.4 („Bodenbalken: Holz oder Stahl?“) und 8.5 („Steifigkeit des Stahlblechs erhöhen“).

Externe Links

• Website des Canadian Institute of Steel Construction
• Website des American Institute of Steel Construction
• Webseite des mexikanischen Instituts für Stahlbau
• Holz-I-Träger
• Website der British Constructional Steelwork Association