Terase kaalukalkuaator - Kiire kaal vardatele, lehekestele ja torudele

Terase kaalu kalkulaator

Terase kaalu kalkulaator leiab terasetüki massi selle kuju ja mõõtmete põhjal. See töötab kolme levinud kujuga: täisvardad, lehtmaterjal ja õõnsad torud. Kalkulaator korrutab kuju ruumala terase tihedusega ning esitab tulemuse kilogrammides, grammides ja naeltes.

Terasetüki kaalu teadmine on oluline enne selle tellimist, tõstmist või transportimist. Töökojas on seda vaja lõike hinna määramiseks. Insener vajab seda kontrollimaks, et tala ei ületaks konstruktsiooni arvutuslikku koormust. Kraanajuht vajab seda veendumaks, et koorem jääb masina lubatud tõstevõime piiresse.

Terase kaalu valem

Üldine valem on:

$\text{Mass} = \text{Maht} \times \text{Tihedus}$

Tihedus on materjali kindlasse ruumalasse pakitud mass. Madalsüsinikterase tihedus on 7,85 grammi kuupsentimeetri kohta (g/cm³). See tähendab, et üks kuupsentimeeter madalsüsinikterast, suhkrukuubikust väiksem kuup, kaalub 7,85 grammi.

Ruumala mõõdetakse kuupsentimeetrites (cm³) ja see sõltub kujust. Allpool esitatud kolme kuju puhul kasutatakse erinevaid ruumala valemeid, mistõttu on õige valemi valimine oluline.

Varda (silindri) ruumala valem

Varras on täissilinder, näiteks ümarlatt või armatuurvarda jupp.

$V = \pi \times r^2 \times L$

• V = ruumala (cm³)
• r = varda raadius (cm), mis võrdub läbimõõduga ÷ 2
• L = varda pikkus (cm)

Lehe (tasaplaadi) ruumala valem

Leht on tasane ristkülikukujuline plaat, näiteks lehtteras või metall-leht.

$V = L \times W \times T$

• L = pikkus (cm)
• W = laius (cm)
• T = paksus (cm)

Toru (õõnsa silindri) ruumala valem

Toru on õõnsa sisemusega. Selle ruumala on välissilindri ruumala miinus sisemise (õõnsa) silindri ruumala.

$V = \pi \times L \times (R_o^2 - R_i^2)$

• L = pikkus (cm)
• R_o = välisraadius (cm), mis võrdub välisläbimõõduga ÷ 2
• R_i = siseraadius (cm), mis võrdub siseläbimõõduga ÷ 2

Kui ruumala on teada, saab kaalu kilogrammides leida valemiga:

$\text{Kaal (kg)} = \frac{\text{Ruumala (cm}^3\text{)} \times 7.85}{1000}$

Kuidas arvutada terase kaalu

1. Määrake kuju: varras, leht või toru.
2. Mõõtke vajalikud mõõtmed sentimeetrites (varda puhul läbimõõt ja pikkus; lehe puhul pikkus, laius ja paksus; toru puhul välisläbimõõt, siseläbimõõt ja pikkus).
3. Kasutage eespool esitatud sobivat ruumala valemit.
4. Kaalu grammides leidmiseks korrutage ruumala väärtusega 7,85 g/cm³, seejärel jagage kilogrammide saamiseks väärtusega 1000.
5. Naelte leidmiseks jagage kaal grammides väärtusega 453,59237. Üks nael on täpselt 0,45359237 kilogrammi, seega moodustavad 453,59237 grammi ühe naela.

Toru puhul peab siseläbimõõt olema välisläbimõõdust väiksem. Kui toru välisläbimõõt on 5 cm ja seinte paksus 0,3 cm, on siseläbimõõt 5,0 − (2 × 0,3) = 4,4 cm, mitte 4,7 cm, sest sein on ava mõlemal küljel.

Lahendatud näide

Näide 1: terasvarras

Varda läbimõõt on 2,5 cm ja pikkus 300 cm.

1. Raadius = 2,5 ÷ 2 = 1,25 cm
2. Ruumala = π × 1,25² × 300 ≈ 1 472,6 cm³
3. Kaal = 1 472,6 × 7,85 ÷ 1000 ≈ 11,56 kg (11 560,1 g ÷ 453,59237 ≈ 25,49 naela)

Näide 2: terasleht

Lehe pikkus on 120 cm, laius 80 cm ja paksus 0,3 cm.

1. Ruumala = 120 × 80 × 0,3 = 2 880 cm³
2. Kaal = 2 880 × 7,85 ÷ 1000 ≈ 22,61 kg

Näide 3: terastoru

Toru välisläbimõõt on 4,2 cm, siseläbimõõt 3,8 cm ja pikkus 250 cm.

1. Välisraadius = 2,1 cm; siseraadius = 1,9 cm
2. Ruumala = π × 250 × (2,1² − 1,9²) = π × 250 × 0,8 ≈ 628,3 cm³
3. Kaal = 628,3 × 7,85 ÷ 1000 ≈ 4,93 kg

Terase tihedus liigi järgi

Näitaja 7,85 g/cm³ kehtib madalsüsinikterase kohta, mis koosneb peamiselt rauast ja väikesest kogusest süsinikust. Teiste terasesulamite ja metallide tihedus erineb:

Teise metalli kaalu hindamiseks korrutage terase tulemus selle metalli tiheduse ja 7,85 suhtega.

Korduma kippuvad küsimused

Miks erineb arvutatud kaal tarnija teatatud kaalust?

Väikesi erinevusi põhjustavad mitu tegurit. Terasetehased toodavad vardaid ja lehti tootmistolerantsi piires, seega võib „10 mm” varras olla tegelikult 9,8–10,2 mm. Ka katted lisavad kaalu: kuumtsinkimine lisab ligikaudu 3–5% ning valtsimisel tekkinud tume oksiidikiht ehk valtsikoorik lisab ligikaudu 0,5–1%. Arvutatud kaal jääb kaalumisel saadud kaalust tavaliselt 2–3% piiresse, mis on hinnapakkumiste ja materjaliplaneerimise jaoks piisavalt lähedane.

Kas seda valemit saab kasutada roostevaba terase või alumiiniumi puhul?

Jah, kui korrigeerida tiheduse järgi. Korrutage madalsüsinikterase tulem teise metalli tiheduse ja 7,85 suhtega. Roostevaba terase puhul lisage umbes 2%. Alumiiniumi puhul jagage ligikaudu 2,9-ga. Eespool esitatud tiheduse tabel annab teiste levinud metallide parandustegurid.

Kuidas arvutatakse armatuuri kaal?

Armatuuri kaal arvutatakse samamoodi nagu täisvarda kaal, kasutades nimiläbimõõtu. Profiilse pinnaga armatuur, millel on nakke parandavad ribid, kaalub sama läbimõõduga silevardast umbes 1–2% rohkem; enamiku hinnangute puhul võib seda väikest erinevust eirata. 10 mm armatuuri kaal on varda valemi järgi ligikaudu 0,62 kg meetri kohta; 16 mm armatuuri kaal on ligikaudu 1,58 kg meetri kohta.

Kuidas arvutatakse ruudu- või ristkülikukujulise toru kaal?

Ruudu- ja ristkülikukujuline toru ei ole silinder, seega varda ja toru valemeid ei saa otse kasutada. Selle asemel lahutage täis välisruumalast õõnes sisemine ruumala: välisruumala on pikkus × välislaius × väliskõrgus ning sisemine ruumala on pikkus × (välislaius − 2 × seina paksus) × (väliskõrgus − 2 × seina paksus). Toru pikkuse 100 cm, välismõõtmete 5 cm × 3 cm ja seinapaksuse 0,3 cm korral on välisruumala 1 500 cm³, sisemine ruumala 100 × 4,4 × 2,4 = 1 056 cm³, seega on terase ruumala 444 cm³ ja kaal ligikaudu 3,49 kg.

Miks on väike mõõtmisviga nii oluline?

Varda või toru ruumala sõltub raadiuse ruudust, mistõttu läbimõõdu väike viga võimendub. 1 mm viga 10 cm läbimõõdu mõõtmisel muudab arvutatud kaalu ligikaudu 2% võrra. Mõõdulindi asemel nihikuga mõõtmine annab kaalumisel saadud kaalule lähedasema tulemuse.

Viited

1. ASTM A6/A6M-19, Valtsitud konstruktsiooniterasest varraste, plaatide, profiilide ja sulundvaiade üldnõuete standardspetsifikatsioon, ASTM International, 2019.
2. American Institute of Steel Construction, Steel Construction Manual, 15. väljaanne.
3. BS EN 10025-1:2004, Konstruktsiooniterase kuumvaltsitud tooted — üldised tehnilised tarnetingimused, British Standards Institution.
4. B. N. Taylor ja A. Thompson (toim.), NIST Special Publication 811: Rahvusvahelise mõõtühikute süsteemi (SI) kasutamise juhend, 2008. aasta väljaanne, lisa B.8 (1 avoirdupois-nael = täpselt 0,453 592 37 kg).