Perché le travi a I in acciaio sono per lo più simmetriche?

Da quello che capisco, la maggior parte dei tipi di acciaio sono forti sia in tensione che in compressione, eppure sono ancora significativamente più forti in tensione. Supponiamo che un raggio I comune sia supportato su entrambe le estremità e con un carico sopra di esso; la flangia inferiore è sottoposta a tensione, mentre quella superiore è in compressione, ma poiché l'acciaio è leggermente più forte in tensione, perché la flangia inferiore dovrebbe essere spessa come quella superiore? Non è fatto perché è più facile produrre quelli simmetrici o c'è qualche altra ragione?

È possibile utilizzare una trave a I assimetrica per risparmiare peso e acciaio in quel caso o il mio pensiero è completamente spento?

structural-engineering steel beam

— Ardath
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Il mio pensiero iniziale è che in una situazione del mondo reale sarebbe più probabile che il tuo raggio modificato venga installato sottosopra piuttosto che un raggio simmetrico che non funziona per sovraccarico.

— Drew_J,

da dove hai avuto l'idea che l'acciaio abbia una resistenza significativamente diversa nella tensione rispetto alla compressione?

— agentep

@agentp: Probabilmente non sta parlando del materiale, ma delle travi in acciaio in generale: poiché hanno sezioni trasversali piuttosto sottili, la loro effettiva resistenza alla compressione è ridotta a causa della deformazione (sia dovuta alla semplice compressione o flessione).

— Wasabi

@agentp Da quello che ho raccolto un tipico acciaio dolce ha UTS di circa 400 MPa e resistenza a compressione di circa 250 MPa

— Ardath

L'equilibrio delle forze rispetto alla compressione e alla tensione è importante perché influenzerà il comportamento dell'elemento. Ad esempio, il calcestruzzo ha una capacità di trazione trascurabile. L'acciaio viene aggiunto per aumentare la capacità di trazione e introdurre effetti di duttilità . Se non sbaglio, i codici contengono fattori per bilanciare la compressione e la tensione in modo che l'elemento fallisca a causa della tensione piuttosto che dello schiacciamento della faccia di compressione. Questo per evitare il rischio di un improvviso fallimento catastrofico e fragile.

— AsymLabs

Dal punto di vista accademico, credo che tu abbia ragione a dire che potresti potenzialmente ottimizzare un I-beam per avere un rapporto carico-massa / guasto più elevato. Dovresti giocare con il momento dell'area delle equazioni di inerzia per verificare con certezza. I raggi a T sarebbero l'estremo di ciò che stai proponendo. Sono meno comuni, ma le travi a T in acciaio composito / cemento sono ampiamente utilizzate nei garage di parcheggio, con acciaio aggiuntivo nella sezione di trazione inferiore.

È importante notare che molte strutture sono limitate dal design dalla massima deflessione piuttosto che dal cedimento strutturale. L'area aggiuntiva sull'elemento di trazione ridurrà questa defezione. Sarebbe interessante vedere come le deflessioni si confronterebbero tra un raggio ottimizzato simmetrico e l'ipotetico carico di rottura.

Simmetrico è superiore per carichi torsionali o carichi composti in cui il carico della flangia può essere variabile. Simmetrico è anche superiore per le colonne perché riduce l'eccentricità e il potenziale di instabilità per una data massa / lunghezza.

Essere in grado di utilizzare una trave in più situazioni è importante perché l'acciaio strutturale è un bene. Il prezzo di uno stile particolare di I-Beam è inversamente proporzionale a quanto viene utilizzato nell'industria nella tua regione. Questo è spesso un fattore maggiore rispetto al costo dell'acciaio aggiuntivo nella trave o al costo della massa aggiuntiva nel progetto.

Inoltre, se la tua struttura richiede molte forme trapezoidali, vuoi utilizzare materiale simmetrico in modo da sprecare meno materiale. A destra in alto> A testa in giù> A destra in alto> A testa in giù ...

Inoltre, per ogni raggio simmetrico, salva gli ingegneri una specifica di orientamento nei disegni e salva i potenziali produttori.

Ecco una buona tesi su I-beam per ulteriori ricerche.

— ericnutsch
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