Двутавровая балка на двух опорах с нагрузкой посередине

Двутавровое сечение — стандартное решение для балок в зданиях и рамах механизмов. Почти весь металл сосредоточен далеко от нейтральной оси, в полках, где он полезнее всего работает на изгиб, а тонкая стенка в основном воспринимает поперечную силу.

На странице смоделирован профиль IPE 120 из конструкционной углеродистой стали ASTM A36, пролётом 3 м между шарнирной и подвижной опорами, с нагрузкой 2 кН посередине пролёта. Это реалистичная небольшая перемычка, опора полки или элемент рамы механизма.

Калькулятор принимает ширину полки, высоту, толщину полки и толщину стенки, поэтому профиль можно подставить любой прокатный или сварной двутавр.

Калькулятор

Этот калькулятор уже настроен на задачу выше. Измените длину, нагрузку, сечение или материал — расчёт выполнится сразу, а в адресной строке сохранится ссылка на вашу точную схему.

Конфигурация
l=1,000мм
Тип крепления
0F = 101000
Исходные данные:
Конфигурация:
Длина: 1000мм
Слева: Глухое
Справа: Без крепления
Материал: Construction steel (Обычные)
Плотность: 7850 kg/m3
E: 200,000 МПа
G: 77,000 МПа
Профиль:
Ax: 78.54mm2 Jxx: 981.75mm4
Asy: 78.54mm2 Iyy 490.87mm4
Asz: 78.54mm2 Izz: 490.87mm4
Рассчет:
Смещения (мм):
# x y zz
Реакции (newtons):
# x y zz

Прямая ссылка на эту схему: https://beamcalc.net/ru/solve/i-beam-mid-load#v1-AUsAgDtFAACAQgAA8EJmZqZAzcyMQJcBAQIAAAAAAAD6RAAAAAA

Как смоделирована балка

  • Левая опора — шарнирная, правая — подвижная.
  • В середине пролёта приложена вертикальная точечная нагрузка 2000 Н, направленная вниз.
  • Сечение — двутавр: высота 120 мм, ширина полки 64 мм, толщина полки 5,2 мм, толщина стенки 4,4 мм.
  • Пролёт составляет 3000 мм, материал — конструкционная углеродистая сталь ASTM A36.

Как читать результаты

Балка изгибается вокруг сильной оси, к которой вносит вклад высота. Момент инерции растёт с кубом высоты, поэтому 120 мм и делают профиль полезным: положить двутавр набок — значит потерять почти всё его преимущество.

Сравните полученный прогиб с допусками, применими к вашей конструкции. Для перекрытия или полки обычно ориентируются на пролёт, делённый на 200…360, а элементы механизмов требуют существенно меньших прогибов.

Стенка почти не работает на изгиб, поэтому основную работу ведут полки: сверьте нормальные напряжения изгиба из калькулятора с пределом текучести вашей марки стали, прежде чем доверять значению прогиба.

Если полка окажется толще половины высоты, а ширина стенки — не уже полки, сечение будет признано геометрически некорректным.

Формулы

Формула Что она даёт
I_z = (b * d^3 - (b - t_w) * (d - 2 * t_f)^3) / 12 Момент инерции вокруг сильной оси. b — ширина полки, d — высота, t_f — толщина полки, t_w — толщина стенки.
delta_max = F * L^3 / (48 * E * I_z) Прогиб посередине пролёта.
M_max = F * L / 4 Изгибающий момент под нагрузкой.
sigma = M_max * (d / 2) / I_z Нормальное напряжение изгиба в наружном волокне полки, в МПа при M в Н·мм и I в мм⁴.

Частые вопросы

Чем IPE отличается от других двутавров?

IPE — европейская серия двутавров с параллельными гранями полок и стандартизованными размерами. Калькулятор не использует справочник: размеры вводятся вручную, поэтому одинаково хорошо подходят HEA, HEB, двутавры W или сварная балка.

Почему двутавр так сильно лучше сплошной балки?

Потому что нормальные напряжения изгиба максимальны у наружных волокон. Перенос металла в полки, подальше от нейтральной оси, резко увеличивает момент инерции и одновременно убирает почти не работающий материал у самой оси.

Можно ли нагружать балку боком?

Можно, но слабая ось куда гибче. Двутавр, нагруженный перпендикулярно плоскости стенки, в реальных конструкциях стараются не использовать без боковой защемки.

Проверяет ли калькулятор устойчивость?

Нет. Это линейный статический расчёт: он выдаёт прогибы, реакции и внутренние усилия. Боковой кручительный изгиб и устойчивость элемента проверяются отдельно по нормам, которые вы применяете.

Ещё примеры балок

Примеры расчёта балок