Нагрузка на профильную трубу

Содержание

Как правильно рассчитать нагрузку на профильную трубу при помощи таблицы?

Здравствуйте, уважаемый читатель! Трубы с сечением квадратной или прямоугольной формы, часто используются как несущие основания во многих строительных конструкциях. При этом важно определить, какую может выдержать они нагрузку в том или ином случае. В сегодняшней статье рассмотрим, как правильно рассчитывается нагрузка на профильную трубу таблица вычислений. Познакомимся с разными методами расчетов, допустимыми показателями изгиба элемента.

Как узнать прочность профильной трубы на изгиб

Прямоугольная труба относится к профильным изделиям, которые, на сегодняшний момент используются не только в промышленном строительстве, но и в бытовом. Из подобных труб на собственном участке можно построить гараж, беседку навез. С профильной трубой очень любят работать сотрудники рекламной отрасли, которые изготавливают из таких труб заготовки для рекламных щитов и коробов.

Три прямоугольные трубы одна в другой

Прямоугольные трубы выдерживают большие нагрузки, в том числе и динамические, устойчивы к коррозии. Именно поэтому они получили такое широкое распространение. Однако, чтобы правильно и, главное, безопасно использовать профильную трубу в строительстве, вне зависимости от масштабов такого строительства, необходимо уметь рассчитывать нагрузку на описываемые изделия, знать, какой изгиб может выдержать труба, не лопнув.

Определение допустимой нагрузки на профильную трубу различными способами

Строительство практически любого объекта начинается с составления проекта и проведения инженерных расчетов. В случае с металлопрокатом одним из важных искомых параметров является максимальное давление. Рассмотрим, каким образом определяется допустимая нагрузка на профильную трубу: таблица, формула, калькулятор. Ознакомимся с условиями, которые должны быть учтены для возведения практичного строения.

Как рассчитать изгиб профильной трубы при 2 точках опоры

Уголок, швеллер или профтруба?Профильная труба

Профильными принято назвать трубы, сечение которых отличается от круглого. Наиболее распространённые варианты – это квадратные и прямоугольные изделия. Особую популярность им придаёт тот факт, что созданная на их основе конечная конструкция имеет относительно небольшой вес. Более того! Благодаря специфической форме, крепление трубных элементов к различным поверхностям и друг к другу значительно упрощается.

Данные строительные изделия производятся из широкого спектра сплавов и металлов. Однако чаще всего используются профильные трубы из низколегированной и углеродистой стали. Каждому металлу характерно такое природное качество, как точка сопротивления. Она бывает как максимальной, так и минимальной. Первая, в частности, служит причиной деформации построенных сооружений, приводит к перегибам, следствием которых могут быть изломы.

Выполняя загиб, важно принимать во внимание такие характеристики, как вид изделия и его плотность, сечение, размер, а также гибкость материала и его жёсткость. Зная все эти свойства металла, исполнитель сможет понять, как поведёт себя конструкция в процессе эксплуатации.

Кроме того, следует помнить, что при сгибании изделия его внутренние части подвергаются сжатию, что ведёт к увеличению их плотности и уменьшению размеров. Длина наружного слоя соответственно возрастает, он становится более растянутым, но менее плотным. При этом даже по завершении процесса изначальные характеристики срединных участков сохраняются.

При сгибании трубы нужно учитывать свойства материала, из которого она изготовлена, ее размеры и толщину стенок

Важно! Напряжение при сгибании трубного профиля будет обязательно возникать даже на максимально удаленных от нейтральной зоны сегментах изделия. Особо высокое давление будут испытывать слои, расположенные в непосредственной близости от вышеуказанной нейтральной зоны.

Швеллер или профильная труба?Равнопрочность на изгиб состыкованных прямоугольных труб

Самое главное

При расчете сопротивления профильной трубы при изгибе, необходимо пользоваться достижениями такой науки, как сопротивление материалов. Какие выводы из этого можно сделать? А вывод простой: все расчеты должны осуществлять профессионалы, которые отлично разбираются в сопротивлении материалов, которые не допустят ошибок.

Экономия на привлечении специалиста к расчетам может, позже, выйти боком. Сооружение просто-напросто может рассыпаться.

Профильные трубы применяются в строительстве достаточно часто, так что нередко требуется несколько изменить их форму, чтобы на выходе получить конструкцию необходимой конфигурации. В данной статье речь пойдет о том, как выполняется расчет на прогиб профильной трубы, который понадобится для того, чтобы изготавливаемые сооружения не утратили своей прочности и были практичными.

Расчет квадратной трубы на прогиб и изгиб

Круг или квадрат

Полые металлические (стальные или алюминиевые) стержни квадратного и круглого сечений широко применяются в строительстве и производстве металлоконструкций. Полый профиль имеет гораздо меньший, в сравнении с брусом, вес. Как несущий элемент металлической конструкции квадрат более удобен, нежели круг. Он легче монтируется. Два мерных отрезка квадратного профиля можно соединить при помощи сварки, в отличие от круга. Плоская поверхность квадратного профиля обеспечивает лучший контакт с различными навесными элементами (поликарбонатом, ДВП различными видами прессованного утеплителя, и пр.).

А наличие рёбер жёсткости позволяет успешно использовать квадрат в местах, где отмечаются максимальные нагрузки. Если изгибающее усилие направлено под углом 90 о к грани профиля, сопротивление изгибу одинаково в любом месте трубы. Изгибная нагрузка наиболее сильна по краям профиля. Центральная же его часть значительно более устойчива. Замкнутое поперечное сечение также даёт высокую прочность профиля на кручение. Это позволяет использовать квадратные трубы при монтаже различных сложных конструкций:

  • сводов арочного типа.
  • кровель с крутыми уклонами.
  • ребристых куполов.



Виды нагрузок действующих на профильную трубу и способы ее расчета

Выбирая профильную трубу, необходимо особое внимание уделять её параметрам и учитывать какую нагрузку выдержит профильная труба.

Эти трубы используются, в качестве каркасов для различных сооружений, поэтому подбирать изделия необходимо максимально ответственно.

Нагрузка, действующая на профильную трубу

Если планируется изготовить беседку или теплицу, то серьезно задумываться о нагрузках не стоит, так как такие конструкции не подвержены воздействию серьезных сил. А вот если изготавливается навес, козырек, каркас для более серьезного сооружения – то здесь просто необходимы обстоятельные рассчеты.

Профильные трубы устойчивы к деформации, но и у них есть предел. Если нагрузка будет соответствовать норме, то изделие, под действием груза, например, мокрого снега, может согнуться. Если снег удалить, то труба примет свою исходную форму. В том случае, когда допустимая нагрузка превышена, труба не восстановит форму. Это в лучшем случае, в худшем – она просто разорвется.

Зачем нужны расчеты

Стальные профили, собранные в конструкцию, испытывают нагрузку других материалов или веществ, а также испытывают напряжение в металле при изгибе. Превышение максимально допустимой нагрузки влечет деформацию трубопрокатных изделий или их разрыв.

Неверно рассчитанная нагрузка повлечет за собой неустойчивость конструкции, невозможность сборки или разрушение в последующем. Это чревато лишними финансовыми затратами на ремонт, приобретение материалов и восстановление конструкции.

согнуло

В процессе эксплуатации труб под нагрузкой происходит ряд изменений в структуре металла, которые необходимо учесть при подборе изделий. При внешнем воздействии на изделие или его изгибе в металле возникает напряжение, т.е происходит неравномерная деформация, при которой отмечается сжатие внутренних связей между молекулами и одновременное растяжение наружного слоя. При этом внутренние части металла увеличиваются в плотности, а наружные уменьшаются за счет уплотнения в месте воздействия.

Рекомендуем ознакомиться: Канализационные гофрированные трубы для обустройства наружной канализационной системы

Какие параметры нужны для расчета нагрузки

При подборе трубных профилей для строительства конструкций необходимо получить информацию о состоянии трубопрокатных профилей для анализа условий и возможностей изделия в процессе эксплуатации.

Данные, которые необходимы для этого:

  • размеры профиля, мм;
  • форма сечения;
  • параметры напряжения конструкции;
  • показатели прочности материала;
  • вид нагрузки на профиль.

размеры труб

Таким образом, принимаются в расчет точки сопротивления для каждого вида материала. При этом учитываются предельно максимальные и минимальные значения:

  • Минимум показателей предполагают нулевую нагрузку.
  • Максимальные – с изгибом изделия до состояния разрыва в металле. Учет данных значений позволит правильно рассчитать устойчивость и подобрать трубы соответствующих параметров, чтобы увеличить срок эксплуатации конструкции.

Как влияет прочность материала на допустимые радиусы изгиба

Действующие на территории нашей страны ГОСТы достаточно подробно регламентируют характеристики и свойства элементов, используемые при расчете прочности трубы на изгиб. Прежде всего, в этом контексте рассматривается минимальный радиус, на который допускается сгибать профильное трубное изделие. Он зависит от условий выполнения гибки. Если эта процедура осуществляется с нагреванием или с набивкой полости трубы песком, значение наружного диаметра начинается с отметки 3,5 DN (под DN понимается условный проход).

В случае, когда исполнителю доступно применение специализированного оборудования (например, трубогибочного станка), позволяющего выполнить последовательность необходимых операций без нагревания, либо иных дополнительных мероприятий, тогда минимальный диаметр составляет 4 DN.

При необходимости выполнения достаточно крутого изгиба диаметр должен быть равен минимум 10 DN, поскольку эта процедура будет проводиться другими способами, преимущественно, при высоких температурах.

Разумеется, предусмотренные государственными стандартами значения можно немного уменьшить, но тогда производить расчет профильной трубы на изгиб необходимо очень внимательно. Отступления от ГОСТа возможны, если при используемом способе сгибания толщина стенки гарантировано изменится от изначальной на 15%. Только тогда можно быть уверенным, что изгиб на меньшие величины существенного влияния на прочность конструкции в дальнейшем не окажет.

Согнуть трубу на максимально допустимый для нее радиус можно только при помощи специального станка или приспособления



Основные методы проведения инженерных расчетов

Для ответственного строительства, например, полноценного жилого дома, лучше доверить расчеты специалистам и проектировщикам. Рассматривая иные объекты можно воспользоваться готовыми программами в интернете типа гибочного калькулятора для профильных труб. Также существуют готовые справочные таблицы и ряд формул для расчета профиля на изгиб. Рассмотрим детальнее каждый из трех способов.

Табличный подход

Технические справочники составляются с учетом разнообразия опорной системы, способов фиксации образцов на этих опорах. Также рассматривается природа оказываемой нагрузки. Чтобы правильно произвести расчет нагрузки на профильную трубу ориентируясь на таблицы, необходимо рассматривать 4 параметра:

  • I – момент инерции трубы (значения можно взять из табличных сведений в документах ГОСТ 8639-82 для квадратного сечения и ГОСТ 8645-68 – для прямоугольного);
  • L – длина рабочего пролета;
  • Q – механическая нагрузка на трубу;
  • модуль упругости (показатели берутся из действующих СНиП).

Все эти значения впоследствии пригодятся для проведения вычислений по формуле. Здесь будут учитываться распределение давления и способ фиксации профиля к опорной системе. Стоит отметить, что формулы для расчета трубы на прогиб в зависимости от схемы оказываемой нагрузки могут меняться.

Формула для определения предельного напряжения

Для строительства качественного и выносливого объекта важно определить допустимое значение несущей способности профильной трубы на изгиб. Здесь вычисления основываются на законе Гука. Он раскрывает пропорциональность силы упругости деформациям. То есть искомая величина вероятного напряжения будет результатом деления изгибающего момента силы на механическое сопротивление: Q=M/W.

Если необходимо определить поперечное сечение профиля для стояка, то можно обратиться к другой формуле: F=N/R. Здесь результат площади измеряется в кв.см. За отсчетные параметры принимаются действующая масса (кг) и механическое сопротивление материала во время деформационного процесса (кг/кв.см). Перечисленные показатели можно найти в готовых технических таблицах.

Программное обеспечение

Калькулятор позволяет упростить расчет нагрузки на профильную трубу. Здесь нет необходимости в изучении табличных справочников, информации в нормативных документах. Также не требуется квалификация в инженерном мастерстве. Здесь достаточно ввести требуемые значения относительно характеристик и размеров изделий, некоторые параметры касательно возводимой конструкции. В программу уже внесены все необходимые технические данные, на основе которых результат выдается быстро и с максимальной точностью.

Видео описание

В этом видео продемонстрировано тестирование профильных труб на предмет несущей способности в тепличной конструкции:

Какие применяются формулы и таблицы

Для корректного расчёта прочности трубы на изгиб необходимо узнать длину детали. Делается это по следующей формуле:

Д= 0,0175×Р×У+р1, где

Д — длина заготовки; Р – радиус изгиба трубы (мм); У — требуемый угол изгиба; р1 – расстояние для удержания заготовки, необходимое при применении специального оборудования.

Далее осуществляем оценку величины предполагаемого к изгибу участка по такой формуле:

Д1= π×У/180(Р+ДН/2), где

Д1 – длина сгибаемого участка; π – известная математическая константа; У – угол изгиба (градусы); ДН – диаметр по внешней поверхности трубы (мм).

В ГОСТах №617/90 и №494/90 содержатся наименьшие значения основных характеристик, на основе которых производится расчёт прочности профильного трубного изделия на изгиб.

Полезно знать! Такой подход – регламентация минимальных значений — обеспечивает удобство мастера, а также наибольшую безопасность при выполнении работ и, конечно же, при эксплуатации конструкций, в частности, возведённых из латунного и медного профиля.

Основные характеристики, используемые в процессе вычисления прочности трубы на изгиб, приведены в ниже размещённой таблице.

Таблица 1

Радиус изгиба минимальный Минимальная длина свободной части Внешний диаметр
90 60 30
72 55 24
36 50 18
30 45 15
24 35 12
20 30 10
16 25 8
12 18 6
8 12 4
6 10 3

Данные в этой таблице относятся к трубным изделиям из латуни и меди. А расчет нагрузки на изгиб на профильную трубу, произведённую из стали, осуществляется в соответствии с данными, приведёнными ниже (ГОСТ №3263/75).

Таблица 2

Размер трубы Длина свободной части (минимальная) Минимальный радиус изгиба
Условный проход Внешний диаметр Горячее состояние Холодное состояние
100 114 230 340 680
80 88,5 170 265 530
65 75,5 150 225 450
50 60 120 180 360
40 48 100 150 290
32 42,3 85 130 250
25 33,5 70 100 200
20 26,8 55 80 160
15 21,3 50 65 130
10 17 45 50 100
8 13,5 40 40 80

В число основных параметров, которые необходимо учитывать, определяя нагрузку при изгибе, входят также толщина стенок и диаметр обрабатываемой заготовки. Корреляция этих двух показателей представлена в очередной таблице. Кстати, содержащиеся в ней сведения можно использовать и для расчета нагрузки на трубу круглого сечения.

Таблица 3

Диаметр (мм) Радиус сгиба (минимальный) при толщине стенок
Толщина более 2 мм Толщина менее 2 мм
60/140 5D 7D
35/60 4D 6D
20/35 3D 5D
5/20 3D 4D

Необходимо сказать ещё вот о чём. Заменить ручной расчёт нагрузки рассматриваемого типа призваны различные присутствующие в интернете он-лайн калькуляторы. Работают они в соответствии с заложенными в них формулами, ориентированными на различные образцы трубной продукции. Спектр применения современного он-лайн калькулятора очень широк: начиная от простейшего расчета круглой трубы на прогиб, и заканчивая подсчётом нагрузки на профильную трубу при её сгибании.

Деформация труб в месте сгиба иногда неизбежна, но она может ухудшить характеристики готовой конструкции

Какую нагрузку способны выдержать профильные трубы

Согласно утвержденным стандартам нагрузка по времени воздействия классифицируется на четыре группы:

  • Постоянная. На профиль оказывается воздействие без изменений показателей. Это могут быть другие материалы, грунт и т. д.;
  • Временно длительная. На профильную конструкцию оказывается нагрузка в течение продолжительного времени. Например, при возведении гипсокартонных перегородок, постройке лестниц в частных домах и т. д.;
  • Кратковременная. Трубопрокат испытывает сезонные или временные нагрузки. Например, тяжесть снега, сильного ветра или напора дождя, вес мебели и посетителей и т. д.;
  • Особенная. Нагрузка на случай стихийных бедствий или чрезвычайных ситуаций. Например, во время землетрясения, столкновения транспорта и т. д.

Обратите внимание! Во время расчета нагрузки на металлический профиль для возведения навеса важно помнить, что изделие является несущей конструкцией.

Для вычисления силы воздействия на каркас из металлопрофиля следует учесть следующие типы нагрузок:

  • вес и вид материала навеса;
  • тип снежного покрова и его высота;
  • сила ветра;
  • возможность повреждения конструкции транспортными средствами.

Рекомендуем ознакомиться: Для чего нужен обратный клапан на воду и как его правильно установить?

Пошаговая инструкция проведения расчета

1.Вводят тип проката: круглый, квадратный, в форме полосы, шестигранника и т.д.

2.Указывают разновидность схемы, по которой крепится стойка: в виде заделки консоли, в виде заделки заделки, в виде заделка шарнир, либо шарнир шарнир.

3.Выбирают материал проката, к примеру: из Стали С235 — Ст3кп2, из Стали С245 — Ст3пс5 либо Ст3сп5.

4.Устанавливают разновидность стойки, ее назначение, к примеру: стойки передающие, служащие для опоры, основные либо второстепенные.

Важно! При отсутствии типа материала в таблице, а показатель его расчетного сопротивления (кг /см 2) известен, значит, следует ввести значение в специальное поле.

Чтобы произвести расчет вводят:

1.Длину стойки — L, выражают в метрах.

2.Размер D либо Dv, либо A, выражают в миллиметрах.

3.Размер B, выражают в миллиметрах.

4.Нагрузку на колонну — P, выражают в килограммах.

По последней версии СНиПа II – 23 – 81 проводя расчет прочности стальных деталей, оснащенных центральным растяжением либо сжатием посредством силы Р вычисляют при помощи следующей формулы:

P : Fp Х Ry Х Yc

Технологический процесс изгиба

Любая деформация приводит к уменьшению несущей способности профильной трубы и сопровождается возникновением длительных напряжений на её стенках. На внутреннем слое из-за сжатия металла плотность увеличивается, а на внешней части растяжение, наоборот, уменьшает значение данного показателя. Форма сечения при этом также ожидаемо меняется. Совокупность данных факторов приводит к тому, что несущая способность конструкции в месте изгиба заметно уменьшается. Это актуально для круглой трубы, а также для прямоугольного и квадратного трубного изделия. Причём, для последних двух подобное явление не столь выражено, нежели для трубы с круглым сечением.

Однако в любом случае требуется внимательный подход к оценке степени прикладываемой нагрузки при изгибе заготовки. Тогда на ней не появятся ненужные разломы и искривления. С точки зрения функционального предназначения касается это, прежде всего круглых труб, из которых изготавливаются отводы для систем водоснабжения.

Полезно знать! Образуемые складки приводят к возникновению засоров, повышают сопротивление транспортируемой жидкости и снижают проходимость рабочей среды.

Поэтому степень овальной деформации для детали диаметром до 20 мм не должна превышать 15 процентов. При увеличении диаметра значение данного показателя уменьшается до отметки 12,5 процентов. Эти же цифры применяются и при определении оптимальной нагрузки на прогиб трубы с профильным сечением, а вышеуказанные значения диаметров относятся к вписанной/описанной в/вокруг прямоугольник(а) или квадрат(а) окружности.

Другие виды расчетов

Существуют другие методы расчета нагрузки на конструкции:

  • по формуле расчета напряжения изгиба металлической трубы: расчет напряжения при изгибе = изгибающий момент силы / сопротивление

В этой формуле используется закон Гука о пропорциональности силы упругости к показателю деформации.

  • с помощью специальных готовых калькуляторов.

Обратите внимание! Следует помнить, что использование собственных расчетов по разработанным формулам может быть чревато ошибками и погрешностями. Будьте внимательны при учете всех показателей.

Сравнение параметров прочности квадратных и круглых труб

Для монтажа различных металлических конструкций широко применяются трубы. Как правило, это круглые или квадратные изделия. Для того, чтобы сделать правильный расчёт нагрузок на элементы конструкции, необходимо знать, что прочнее – обычная круглая труба, или профильная труба квадратного сечения. Зная максимальную нагрузку на элемент конструкции, можно очень точно определить, какой профиль более уместен для использования в процессе монтажа.


Для монтажа металлоконструкций применяются профили различного сечения

Как узнать, правильно ли рассчитана нагрузка

Расчет нагрузок для стальных профилей – это важный процесс, который требует внимательности и использование специальной литературы, ГОСТы, СНиПы и другую общепринятую документацию.

Чтобы проверить правильность собственных расчетов, можно воспользоваться стандартными справочными таблицами, а также проверить полученное значение на специальный сайтах с разработанными расчетными калькуляторами.

Если существует опасение произвести неверные расчеты, возможно обратиться к специалистам с опытом и подтвержденной квалификацией в сфере строительства.

Обратите внимание! Ошибки в расчетах влекут за собой разрушение строений и конструкций, что сопровождается финансовыми расходами, потерей времени и возможностью нанесения вреда здоровью людей.

Классификация нагрузок

Специалистами разработаны правила определения нагрузок и их воздействия – СП 20.13330.2011. В них содержится классификатор видов действия внешних сил на сооружения, воздвигаемые человеком.

В зависимости от времени воздействия нагрузки делят на постоянные и кратковременные. Кроме того, выделена особая категория проявления внешних сил (пожары, взрывы, землетрясения и другие ЧП).

К числу постоянных относят:

  • Вес конструкций и сооружений, которые оказывают давление на основания профиля весь период.
  • Вес оборудования и производимой продукции, находящихся в сооружениях.
  • Тяжесть насыпей и других наслоений грунта, земляных и горных возвышенностей.
  • Давление водных ресурсов.

В число кратковременных нагрузок вошли:

  • Вес оборудования, применяемого в период ремонтных, профилактических работ, его замене.
  • Нагрузки от транспортной и погрузочной техники, людей, занятых на временных работах.
  • Воздействие природных сил (ветра, снега, дождя, перепадов температуры).

Как узнать правильность расчетов

Любой материал, из которого изготовляется профилированная балка, обладает значением нормального напряжения. Его силы располагаются перпендикулярно к сечению элемента. Этот показатель сравнивают с расчетным или практическим напряжением, не допуская его уменьшения.

Точности расчетов поможет создание эпюры – чертежа крепления детали на опорах, отражающего особенности профиля.

Максимальные нагрузки

Чтобы правильно подобрать трубу для использования, надо знать предельный вес, который должна выдерживать балка или опора в данном месторасположении.

Эта величина выражается в виде сосредоточенной силы, приложенной в центре пролета.

Под давлением указанной силы балка прогнется, но после окончания воздействия возвратится в прежнее состояние (на фото). Превышение наибольшего значения сломает несущую.

В бытовой практике часто встречается распределенная нагрузка, равномерно воздействующая на всю длину балки.

Отсюда напрашивается вывод о том, что пролеты не должны быть излишне большими. Установление мощной балки может перекрыть её достоинства ценой вопроса и общим утяжелением конструкции. Разумнее установить дополнительные опоры, что позволяет увеличить допустимый вес на перекрытие.

Для определения величины предельных нагрузок можно воспользоваться различными справочными данными в интернете.

Заключение

Расчет допустимых нагрузок при строительстве ответственных объектов не должен содержать ошибок, которые могут дорого обойтись. Надеемся, что сегодняшняя статья поможет вам сделать правильные выводы и принять верные решения. Желаем успехов в строительных делах, подписывайтесь на наши статьи и делитесь полученными знаниями в соцсетях.

Расчетные схемы нагрузки

Процесс расчета любого профиля начинают с подбора расчетной схематичной модели.

Перед началом вычислений собирают нагрузку, которая будет действовать на перекрытие.

Затем производят чертеж эпюры с учетом схемы загрузки и опор балки.

Далее с использованием заданных параметров, сведений из таблиц сортаментов, приводимых в ГОСТах, производят соответствующие вычисления.

Для их простоты и оперативности можно воспользоваться онлайн калькуляторами, которые оснащены программами с готовыми формулами.

Оцените статью
Рейтинг автора
4,8
Материал подготовил
Максим Коновалов
Наш эксперт
Написано статей
127
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий