Технологии гибки труб
Гнутые трубы нашли широкое применение в таких отраслях индустрии, как машиностроение, строительство, химическая и нефтехимическая промышленность, энергетика. Их использование дает возможность существенно снизить количество сварных швов и повысить герметичность трубопроводов.
Как правило, для гибки труб небольшого диаметра применяется технология «холодного сгиба», при которой получаемый диаметр трубы равен минимальной величине радиуса сгиба, измеряемого по осевой линии трубы. Более эффективным методом гибки труб, является «горячая» технология гибки. При ее использовании материал, из которого изготовлена труба, приобретает большую пластичность, а, следовательно, риски образования гофры, трещин и иных деформаций, уменьшаются.
При использовании обеих технологий гибки труб, важнейшей задачей является обеспечение отсутствия гофр и равнозначности сечений труб. Кроме того, необходимо учитывать и такой параметр, как амортизация трубы, которая определяется видом материала, из которого она изготовлена.
Гибке могут подвергаться сварные и цельнотянутые стальные трубы, а также аналогичная продукция из цветных металлов и сплавов. Обеспечить высокое качество работ позволяет верно выбранный радиус изгиба. Выбор этой величины зависит от материала, диаметра и толщины стенки заготовки.
Исключить образование складок и гофров в местах изгиба труб помогает использование наполнителя. В этом качестве выступает сухой мелкий речной песок или расплавленная канифоль. При выполнении холодной гибки заготовка плотно заполняется песком и забивается деревянными пробками с двух сторон. Место изгиба намечается мелом. Заготовка устанавливается в трубогиб или станок. При этом у нецельнотянутых труб сварной шов должен находиться сбоку. Заготовка вручную или на станке сгибается на нужный угол.
В зависимости от сферы применения, материала и объема партии гибка труб может производиться на ручных, гидравлических и электроприводных трубогибах, а также на трубогибочном оборудовании с ЧПУ.
При монтаже трубопроводов из различного вида материалов его изгиб позволяет уменьшить количество разборных или сварных соединений, понижающих надежность магистрали. При проведении трубогибочных работ полезно знать допустимый радиус гиба трубы, обеспечивающий безопасность и надежную эксплуатацию трубопроводной системы в соответствии с технической документацией.
Чаще всего изгибаемые трубы выполнены из стали и коррозионно-стойких металлов: нержавейки, меди, алюминия, латуни, при устройстве бытовых систем отопления и водопроводов изгибают изделия из пластика и металлопластика. Методы сгибания труб по радиусу различны в зависимости от материала их изготовления и могут быть выполнены ручным или электромеханическим способом на специальных станках.
Рис. 1 Углы гиба медных труб и изделий из латуни
Размеры квадратной профильной трубы и вес погонного метра
Труба квадратного сечения идет чаще на стойки, из нее собирают несущий каркас, а перемычки делают из прямоугольной. К такому каркасу проще крепить материалы (любые). А еще, при прочих равных, прочность на изгиб у квадратной профильной трубы выше. Она сравнима с показателями двутавровой балки. Но сопротивление скручивающим нагрузкам у круглой трубы намного выше. Так что это надо учитывать.
Но чтобы не было проблем, надо выдерживать рекомендованные размеры профильных труб. Как уже говорили, все размеры (сортамент) прописаны в ГОСТах. Там же указана возможная толщина стенки. У труб малого размера — от 10 до 35 мм в диаметре — толщина от 0,8 мм до 5 мм. Но у труб со стороной 10 мм и 15 мм стенки не толще чем 1,5 мм. Дальше идет постепенное увеличение минимального размера. Например, у 40*40 мм есть самая тонкая стенка 1,4 мм, у 45*45 мм уже тоньше 3,0 мм стенки нет. Та же тенденция соблюдается и дальше. Чем больше размер профильной трубы, тем толще стенки.
| Размер в мм | Вес одного метра, кг | Размер в мм | Вес одного метра, кг | Сечение профильной трубы в мм | Вес одного метра, кг | Сечение профильной трубы в мм | Вес одного метра, кг | Сечение профильной трубы в мм | Вес одного метра, кг | Сечение профильной трубы в мм | Вес одного метра, кг |
| Труба квадратная 10х10х0,8 | 0,222 | Труба квадратная 30х30х0,8 | 0,725 | Профильная квадратная труба 40х40х3,5 | 3,85 | Профильная квадратная труба 60х60х2 | 3,59 | Профильная квадратная труба 90х90х3 | 8,07 | Профильная квадратная труба 150х150х9 | 38,75 |
| 10х10х0,9 | 0,246 | 30х30х0,9 | 0,811 | 40х40х4 | 4,30 | 60х60х2,5 | 4,43 | 90х90х4 | 10,59 | 150х150х10 | 42,61 |
| 10х10х1 | 0,269 | 30х30х,1 | 0,897 | 40х40х5 | 5,16 | 60х60х3 | 5,25 | 90х90х5 | 13,00 | Профильная квадратная труба 180х180х8 | 42,34 |
| 10х10х1,2 | 0,312 | 30х30х1,2 | 1,07 | 40х40х6 | 5,92 | 60х60х3,5 | 6,04 | 90х90х6 | 15,34 | 180х180х9 | 47,23 |
| 10х10х1,4 | 0,352 | 30х30х1,3 | 1,15 | Профильная квадратная труба 42х42х3 | 3,55 | 60х60х4 | 6,82 | 90х90х7 | 17,58 | 180х180х10 | 5,03 |
| Труба квадратная 15х15х0,8 | 0,348 | 30х30х1,4 | 1,23 | 42х42х3,5 | 4,07 | 60х60х5 | 8,30 | 90х90х8 | 19,73 | 180х180х12 | 61,36 |
| 15х15х0,9 | 0,388 | 30х30х1,5 | 1,31 | 42х42х4 | 4,56 | 60х60х6 | 9,69 | Профильная квадратная труба 100х100х3 | 9,02 | 180х180х14 | 70,33 |
| 15х15х1 | 0,426 | 30х30х2 | 1,70 | 42х42х5 | 5,47 | 60х60х7 | 11,00 | 100х100х4 | 11,84 | Трубы квадратные специальных размеров | |
| 15х15х1,2 | 0,501 | 30х30х2,5 | 2,07 | 42х42х6 | 6,3 | 60х60х8 | 12,20 | 100х100х5 | 14,58 | 32х32х4 | 3,30 |
| 15х15х1,4 | 0,571 | 30х30х3 | 2,42 | Профильная квадратная труба 45х45х2 | 2,65 | Профильная квадратная труба 70х70х3 | 6,19 | 100х100х6 | 17,22 | 36х36х4 | 3,80 |
| 15х15х1,5 | 0,605 | 30х30х3,5 | 2,75 | 45х45х3 | 3,83 | 70х70х3,5 | 7,14 | 100х100х7 | 19,78 | 40х40х2 | 2,33 |
| Труба квадратная 20х20х0,8 | 0,474 | 30х30х4 | 3,04 | 45х45х3,5 | 4,40 | 70х70х4 | 8,07 | 100х100х8 | 22,25 | 55х55х3 | 4,78 |
| 20х20х0,9 | 0,529 | Труба квадратного сечения 35х35х0,8 | 0,85 | 45х45х4 | 4,93 | 70х70х4 | 9,89 | 100х100х9 | 24,62 | 65х65х6 | 10,63 |
| 20х20х1 | 0,583 | 35х35х0,9 | 0,953 | 45х45х5 | 5,94 | 70х70х6 | 11,57 | Профильная квадратная труба 110х110х6 | 19,11 | ||
| 20х20х1,2 | 0,689 | 35х35х1,4 | 1,45 | 45х45х6 | 6,86 | 70х70х7 | 13,19 | 110х110х7 | 21,98 | ||
| 20х20х1,4 | 0,791 | 35х35х1,5 | 1,55 | 45х45х7 | 7,69 | 70х70х8 | 14,71 | 110х110х8 | 24,76 | ||
| 20х20х1,5 | 0,841 | 35х35х2 | 2,02 | 45х45х8 | 8,43 | Профильная квадратная труба 80х80х3 | 7,13 | 110х110х9 | 27,45 | ||
| 20х20х2 | 1,075 | 35х35х2,5 | 2,46 | Профильная квадратная труба 50х50х2 | 2,96 | 80х80х3,5 | 8,24 | Профильная квадратная труба 120х120х6 | 20,99 | ||
| Труба квадратная 25х25х0,8 | 0,599 | 35х35х3 | 2,89 | 50х50х2,5 | 3,64 | 80х80х4 | 9,33 | 120х120х7 | 24,16 | ||
| 25х25х0,9 | 0,670 | 35х35х3,5 | 3,30 | 50х50х3 | 4,31 | 80х80х5 | 11,44 | 120х120х8 | 27,27 | ||
| 25х25х1 | 0,740 | 35х35х4 | 3,67 | 50х50х3,5 | 4,94 | 80х80х6 | 13,46 | 120х120х9 | 30,28 | ||
| 25х25х1,2 | 0878 | 35х35х5 | 4,37 | 50х50х4 | 5,56 | 80х80х7 | 15,38 | Профильная квадратная труба 140х140х6 | 24,76 | ||
| 25х25х1,4 | 1,01 | Профильная квадратная труба 40х40х1,4 | 1,67 | 50х50х4,5 | 6,16 | 80х80х8 | 17,22 | 140х140х7 | 28,57 | ||
| 25х25х1,5 | 1,07 | 40х40х1,5 | 1,78 | 50х50х5 | 6,73 | 80х80х9 | 18,97 | 140х140х8 | 32,29 | ||
| 25х25х2 | 1,39 | 40х40х2 | 2,33 | 50х50х6 | 7,80 | 80х80х10 | 20,63 | 140х140х9 | 35,93 | ||
| 25х25х2,5 | 1,68 | 40х40х2,5 | 2,85 | 50х50х7 | 8,79 | 80х80х11 | 22,20 | Профильная квадратная труба 150х150х7 | 30,77 | ||
| 25х25х3 | 1,95 | 40х40х3 | 3,36 | 50х50х8 | 9,69 | 140х140х8 | 34,81 |
В таблицах также указан вес погонного метра профильной трубы каждого размера. Он нужен не только для того, чтобы можно было рассчитать нагрузку на транспорт. Используя эти данные можно проконтролировать толщину стенки. Вы можете взвесить кусок трубы, высчитать вес погонного метра, а потом сравнить с нормативом. Если данные близки, все нормально. Если реальный вес получился гораздо меньше, толщина стенки меньше заявленной. Правда, в таблице указан вес при плотности стали 7,85 г/см². Если плотность стали трубы меньше, это надо будет учитывать.
Технологический процесс изгиба
Гнутье создает в стенках металла определенную степень напряжения. На наружном участке получается растягивающее напряжение, а на внутреннем – сжимающее. Благодаря этим воздействиям изменяется наклон оси.
В процессе изгиба на согнутом месте меняется форма поперечного сечения. В результате кольцевой профиль приобретает овальную форму. Более четкая форма овала просматривается на середине прогиба, а вот к концу и к началу деформация понижается.
Для труб с сечением до 20 мм овальность в деформированном месте не должна превышать 15 %. Для труб с сечением 20 и больше – 12,5%.
Обратить внимание следует на то, что на вогнутом месте у тонкостенной продукции могут возникнуть складки. Они, в свою очередь, негативно сказываются на функционировании системы (снижают проходимость рабочей среды, повышают уровень гидравлического сопротивления, степень засорения)
Допустимые радиусы сгиба трубы
Согласно государственным стандартам трубы имеют минимальный радиус изгиба.
Если сгибание осуществляется путем нагревания и набивкой песком, наружный диаметр трубы составляет не менее 3,5DN.
Формирование трубы на трубогибочном станке (без нагрева) – не менее 4DN.
Сгиб при нагреве газовой горелкой или в печи для получения наполовину рифленых складок возможен при показателе в 2,5DN.
Если сгиб предусматривается крутой (для согнутых канализационных отводов, изготовленных путем горячей протяжки или же способом штамповки) – не меньше 1DN.
Сгиб трубы может быть меньше указанных показателей. Однако это возможно в том случае, если метод производства гарантирует, что стенки трубы утончатся на 15% от общей толщины.
Расчет на прочность при изгибе трубы выполняем ответственно.
Формулы и таблицы
Чтобы сделать расчет трубы на прогиб, определяем длину детали. Она высчитывается по данной формуле:
R – это радиус изгиба в мм;
α – величина угла;
І – прямой участок в 100/300, необходимый для захвата изделия (в работе с инструментом).
Осуществляя расчет на изгиб профильной трубы, учитываем размер сгибаемого элемента. Он определяется по следующей формуле:
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.
Основные характеристики, используемые в процессе вычисления прочности трубы на изгиб, приведены в ниже размещённой таблице.
Таблица 1
Радиус изгиба минимальный
| Внешний диаметр | ||
| 60 | 72 | 24 |
| 50 | 30 | 15 |
| 35 | 20 | 10 |
| 25 | 12 | 6 |
| 12 | 6 | 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
| Минимальный радиус изгиба | ||||
| Внешний диаметр | Холодное состояние | |||
| 114 | 340 | 80 | 170 | 530 |
| 75,5 | 225 | 50 | 120 | 360 |
| 48 | 150 | 32 | 85 | 250 |
| 33,5 | 100 | 20 | 55 | 160 |
| 21,3 | 65 | 10 | 45 | 100 |
| 13,5 | 40 | |||
| Радиус сгиба (минимальный) при толщине стенок | ||||
| Толщина менее 2 мм | ||||
| 5D | 35/60 | 6D | ||
| 3D | 5/20 | 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
Расчет внецентренно-сжатой колонны.
Тут конечно же возникает вопрос: а как рассчитать остальные колонны, ведь нагрузка к ним будет приложена скорее всего не по центру сечения? Ответ на этот вопрос сильно зависит от способа крепления навеса к колоннам. Если балки навеса будут жестко крепиться к колоннам, то при этом будет образована достаточно сложная статически неопределимая рама и тогда колонны следует рассматривать как часть этой рамы и рассчитывать сечение колонн дополнительно на действие поперечного изгибающего момента, мы же далее рассмотрим ситуацию когда колонны, показанные на рисунке 1, соединены с навесом шарнирно (колонну, обозначенную красным цветом, мы больше не рассматриваем). Например оголовок колонн имеет опорную площадку — металлическую пластину с отверстиями для болтового крепления балок навеса. По разным причинам нагрузка на такие колонны может передаваться с достаточно большим эксцентриситетом:
Рисунок 2. Эксцентриситет приложения сосредоточенной нагрузки к колонне из-за прогиба балки навеса.
Балка, показанная на рисунке 2, бежевым цветом, под воздействием нагрузки немного прогнется (почему это произойдет, обсуждается отдельно) и это приведет к тому, что нагрузка на колонну будет передаваться не по центру тяжести сечения колонны, а с эксцентриситетом е и при расчете крайних колонн этот эксцентриситет нужно учитывать. Более точное определение эксцентриситетов зависит от жесткости колонны и балки, но мы в данном случае не будем учитывать жесткости и для надежности примем максимально неблагоприятное значение эксцентриситета. Случаев внецентренного нагружения колонн и возможных поперечных сечений колонн существует великое множество, описываемое соответствующими формулами для расчета. В нашем случае для проверки сечения внецентренно-сжатой колонны мы воспользуемся одной из самых простых:
(N/φF) + (Mz/Wz) ≤ Ry (3.1)
Т.е. предполагается, что внецентренное нагружение имеется только относительно одной оси.
В данном случае, когда сечение самой нагруженной колонны мы уже определили, нам достаточно проверить, подходит ли такое сечение для остальных колонн по той причине, что задачи строить сталелитейный завод у нас нет, а мы просто рассчитываем колонны для навеса, которые будут все одинакового сечения из соображений унификации.
Что такое N, φ и Ry мы уже знаем.
Формула (3.1) после простейших преобразований, примет следующий вид:
F = (N/Ry)(1/φ + ez·F/Wz) (3.2)
так как максимально возможное значение изгибающего момента Мz = N·ez, почему значение момента именно такое и что такое момент сопротивления W, достаточно подробно объясняется в отдельной статье.
Сосредоточенная нагрузка N на колонны, обозначенные на рисунке 1 синим и зеленым цветом, составит 1500 кг. Проверяем требуемое сечение при такой нагрузке и ранее определенном φ = 0.425
F = (1500/2050)(1/0.425 + 2.5·3.74/5.66) = 0.7317·(2.353 + 1.652) = 2.93 см2
Кроме того, формула (3.2) позволяет определить максимальный эксцентриситет, который выдержит уже рассчитанная колонна, в данном случае максимальный эксцентриситет составит 4.17 см.
Требуемое сечение 2.93 см2 меньше принятого 3.74 см2, а потому квадратную профильную трубу с размерами поперечного сечения 50х50 мм с толщиной стенки 2 мм можно использовать и для крайних колонн.
Примечание: Вообще-то изгибающий момент от эксцентриситета в наиболее опасном сечении, расположенном примерно посредине высоты колонны, будет в 2 раза меньше, соответственно и требуемая площадь сечения тоже будет немного меньше. Но как я уже говорил, при выполнении расчета не специалистом дополнительный запас по прочности никогда не помешает. К тому же в данном случае мы все равно принимаем большую площадь сечения из конструктивно-эстетических соображений.
Методы гибки труб без заводских приспособлений
В бытовых условиях нередко возникает необходимость в изгибании трубных заготовок при проведении строительных работ или монтаже газовых трубопроводов. При этом экономически нецелесообразно тратить финансовые средства на приобретение заводских трубогибов для разовых операций, многие применяют для этих целей простые самодельные приспособления.
Стальные трубы
Сталь относится к довольно жестким и прочным материалам, с большим трудом поддающимся деформации, основным методом изменения ее конфигурации является сгиб в нагретом состоянии с наполнителем при одновременном физическом воздействии. Для труб из тонкостенной нержавейки для получения длинного участка с небольшим радиусом изгиба применяют следующую технологию:
- Устанавливают заготовку вертикально, закрывают ее с одного конца пробкой и внутрь засыпают очень мелкий сухой песок, после полного заполнения вставляют пробку с другой стороны.
- Находят трубу или низкий вертикальный столб нужного диаметра и жестко закрепляют трубный конец на его поверхности.
- Оборачивают деталь вокруг трубной оси, поворачивая шаблон или обходя его вокруг.
- После навивки освобождают конец и извлекают изогнутую деталь из шаблона, снимают пробки и высыпают песок.
Рис. 11 Как получают нужный радиус изгиба медной трубы
Медные трубы
Медь относится к более мягким материалам, чем сталь, ее также удобно гнуть при нагревании или с помощью засыпанного внутрь песка. Можно также использовать для изгибания бытовой заменитель дорна – стальную пружину с плотными толстыми витками и сечением чуть меньше обрабатываемой детали. При проведении работ элемент вставляется внутрь и находится в точке, где производится деформация, а после проведения необходимых операций легко извлекается наружу. Но намного проще изгибать медные трубы специальным пружинным трубогибом (данные изделия можно приобрести в торговой сети), которые эффективны на коротких трассах и работают за счет равномерного распределения прилагаемого усилия на поверхность. Пружинное устройство работает следующим образом:
- Пружина одевается поверх трубы в нужное место, после чего ее вручную изгибают вместе с трубой.
- При дальнейшем изгибании пружину перемещают и производят загиб в другой точке.
- По завершении операции пружинный сегмент легко извлекается наружу без применения подсобных средств.
Другой популярный материал – алюминий, проще изгибать с нагреванием горелкой.
Рис. 12 Как гнут трубы без станка из алюминия
Металлопластиковые трубы
Да изгибания металлопластиковых труб в бытовом хозяйстве используется внутренняя или наружная пружина (кондуктор). Технология проведения работ аналогична операциям с медной трубой, при сгибке следует соблюдать допустимые ограничения по радиусу во избежание повреждения изделия.
Пластиковые трубы
Основным элементом для изменения конфигурации пластиковых труб является строительный или бытовой фен, для облегчения работ можно использовать песок. Изделия сложной формы гнут следующим образом:
- На деревянную плиту с помощью шуруповерта вкручивают саморезы по нужной конфигурации заготовки.
- Вставляют трубный конец между двумя шурупами и производят нагрев стенки трубы феном, обеспечивая направление изделия с поворотами и гибкой по заданному маршруту.
- По окончании работ выкручивают саморезы и извлекают заготовку.
Рис. 13 Способы гибки труб из металлопластика наружным и внутренним кондуктором
Можно воспользоваться еще одной простой технологией:
- Насыпают в пластиковую трубу песок и плотно закрывают ее концы.
- Помещают изделие на некоторое время в кипящую воду и затем извлекают на поверхность.
- Придают заготовке нужную форму, фиксируя ее в нужном положении и дожидаясь охлаждения.
Рис. 14 Как сгибают пластиковые элементы
Существующие промышленные и бытовые методы получения необходимого радиуса изгиба позволяет проводить данные операции с любыми материалами различных диаметров. Для проведения работ применяют специальные приспособления ручного или электромеханического принципа действия, в которых часто используются гидравлические узлы. В бытовом хозяйстве эффективными методами гибки является применение специальных пружин и нагрев изделий газовыми горелками или бытовым феном (при изгибании пластика).
Какую нагрузку способны выдержать профильные трубы?
Профильные трубы популярны из-за достаточно низкой стоимости, малого веса и высокой прочности на изгиб.
При выборе такого вида проката заказчик должен понимать важность точных вычислений параметров и нагрузки. Если вы решили создать постройку или конструкцию из профильных труб, вам необходимо узнать, какой вес выдержат такие изделия
Что произойдет, если не рассчитать нагрузку?
1) Если на профильную трубу воздействует вес, который меньше максимально допустимого, то:
— труба не изменит своих параметров,
— труба изогнется, но только на период воздействия нагрузки.
2) Если на профильную трубу воздействует вес, который больше максимально допустимого, то:
— труба изогнется и не вернется в изначальное положение, если нагрузку убрать,
— труба изогнется и сломается, конструкция разрушится.
Можно ли обойтись без расчетов?
Расчеты нужны только при создании построек и конструкций, например, при строительстве навеса, кровли, козырька. Если вы собираетесь возводить перила, ограды, теплицы, то можно их не делать.
При расчете нагрузки учитываются следующие факторы:
1) Типы возможных нагрузок:
— постоянные, которые всегда воздействуют на конструкцию определенным весом (вес элементов постройки, грунта и т.п.);
— временные длительные, которые воздействуют в течение длительного времени, но могут быть заменены (вес лестницы, котлов, гипсокартоновых стен и т.п.);
— кратковременные, которые воздействуют в течение небольшого периода (снег и ветер, вес жителей и посетителей, мебели, транспорта и т.п.);
— особые, которые могут воздействовать на постройку в чрезвычайных ситуациях (землетрясения, взрывы, внешние повреждения и т.п).
2) Размеры профильной трубы и рисунок ее сечения (квадрат или прямоугольник).
3) Общее напряжение конструкции.
4) Прочность выбранной вами стали.
Таблицы расчетов нагрузки
В таблицах ниже указаны показатели максимально допустимой нагрузки. Если они будут воздействовать на трубу, профиль не сломается, но погнется. Однако если параметр нагрузки будет выше максимального хотя бы на килограмм, вся конструкция обрушится. Поэтому вам необходимо выбирать изделие, чей запас прочности больше пределов в два или даже в три раза.
Кроме того, вы всегда можете обратиться к нашим специалистам, которые не только произведут расчет допустимой нагрузки, но и смогут подсчитать, какие именно профильные трубы вам потребуются и в каком количестве, во сколько вам обойдется все строительство и не только.
| Таблица 1. Нагрузка для профильной трубы квадратного сечения | ||||||
| Размеры профиля, мм | Максимальная нагрузка, кг с учетом длины пролета | |||||
| 1 метр | 2 метра | 3 метра | 4 метра | 5 метров | 6 метров | |
| Труба 40х40х2 | 709 | 173 | 72 | 35 | 16 | 5 |
| Труба 40х40х3 | 949 | 231 | 96 | 46 | 21 | 6 |
| Труба 50х50х2 | 1165 | 286 | 120 | 61 | 31 | 14 |
| Труба 50х50х3 | 1615 | 396 | 167 | 84 | 43 | 19 |
| Труба 60х60х2 | 1714 | 422 | 180 | 93 | 50 | 26 |
| Труба 60х60х3 | 2393 | 589 | 250 | 129 | 69 | 35 |
| Труба 80х80х3 | 4492 | 1110 | 478 | 252 | 144 | 82 |
| Труба 100х100х3 | 7473 | 1851 | 803 | 430 | 253 | 152 |
| Труба 100х100х4 | 9217 | 2283 | 990 | 529 | 310 | 185 |
| Труба 120х120х4 | 13726 | 3339 | 1484 | 801 | 478 | 296 |
| Труба 140х140х4 | 19062 | 4736 | 2069 | 1125 | 679 | 429 |
| Таблица 2. Нагрузка для профильной трубы прямоугольного сечения (рассчитывается по большей стороне) | ||||||
| Размеры профиля, мм | Максимальная нагрузка, кг с учетом длины пролета | |||||
| 1 метр | 2 метра | 3 метра | 4 метра | 5 метров | 6 метров | |
| Труба 50х25х2 | 684 | 167 | 69 | 34 | 16 | 6 |
| Труба 60х40х3 | 1255 | 308 | 130 | 66 | 35 | 17 |
| Труба 80х40х2 | 1911 | 471 | 202 | 105 | 58 | 31 |
| Труба 80х40х3 | 2672 | 658 | 281 | 146 | 81 | 43 |
| Труба 80х60х3 | 3583 | 884 | 380 | 199 | 112 | 62 |
| Труба 100х50х4 | 5489 | 1357 | 585 | 309 | 176 | 101 |
| Труба 120х80х3 | 7854 | 1947 | 846 | 455 | 269 | 164 |
Какая нагрузка оказывается на конструкции
Нагрузка на профильную трубу оказывается со стороны природных явлений, строительных материалов, различных предметов, людей и животных. Реже рассматриваются риски аварийных ситуаций, например, удар от машины или рядом расположенного столба, ограждения. Технически на этапе проектирования инженерами ведется учет трех фактически всегда присутствующих типов возможного давления:
- Постоянное. Здесь рассматриваются такие объекты и явления, которые неизменно воздействуют на профиль. К таковым относятся почва с грунтовыми водами, масса строения или его отдельных элементов.
- Длительное, но временное. Под такими воздействующими факторами подразумеваются архитектурные элементы здания или бытовая техника, которые имеют большой вес и могут быть при необходимости демонтированы либо заменены иными объектами.
- Краткосрочное. Это могут быть автомобили, мебель, перемещающиеся люди. Из природных явлений в большей степени нагрузку обеспечивают ветер и сугробы, наледь.
Результат упущенной при расчетах нагрузки на теплицу со стороны снежного покроваИсточник izhevsk.ru
Изучая пункты в СП 20.13330 от 2011 года стоит обратить внимание на еще одну, так называемую, особую группу. В перечне возможных нагрузок присутствуют такие предсказуемые, но редкие явления, как ливневые дожди, торнадо или землетрясение
Подобное в соответствующих регионах всегда учитывается. Но риски аварийных ситуаций типа обвала грунта по тем или иным причинам, столкновения машины с объектом, взрыва просчитываются не всегда. Однако это также должно быть предусмотрено проектировщиками.
Коротко о предельной выносливости изделий
Стоит отметить, что несущая способность профильной трубы имеет свои ограничения. Максимальные показатели, которые указывает производитель, не исключают прогибание образца, но гарантируют сохранение его целостности. То же касается восстановления изначально заданной формы после изменения нагрузки в меньшую сторону. В таблицах представлена информация о предельных показателях давления в кг на тот или иной стальной профиль в зависимости от его сечения и длины.
| Сечение (в мм) | Длина рабочего пролета/расстояние между опорами (в м) | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
| Труба с квадратным сечением | ||||||
| 40*40*2 | 709 | 173 | 72 | 35 | 16 | 5 |
| 40*40*3 | 949 | 231 | 96 | 46 | 21 | 6 |
| 50*50*2 | 1165 | 286 | 120 | 61 | 31 | 14 |
| 50*50*3 | 1615 | 396 | 167 | 84 | 43 | 19 |
| 60*60*2 | 1714 | 422 | 180 | 93 | 50 | 26 |
| 60*60*3 | 2393 | 589 | 250 | 129 | 69 | 35 |
| 80*80*3 | 4492 | 1110 | 478 | 252 | 144 | 82 |
| 100*100*3 | 7473 | 1851 | 803 | 430 | 253 | 152 |
| 100*100*4 | 9217 | 2283 | 990 | 529 | 310 | 185 |
| 1020*120*4 | 13726 | 3339 | 1484 | 801 | 478 | 296 |
| 140*140*4 | 19062 | 4736 | 2069 | 1125 | 679 | 429 |
| Труба с прямоугольным сечением | ||||||
| 50*25*2 | 684 | 167 | 69 | 34 | 16 | 6 |
| 60*40*3 | 1255 | 308 | 130 | 66 | 35 | 17 |
| 80*40*2 | 1911 | 471 | 202 | 105 | 58 | 31 |
| 80*40*3 | 2672 | 658 | 281 | 146 | 81 | 43 |
| 80*60*3 | 3583 | 884 | 380 | 199 | 211 | 62 |
| 100*50*4 | 5489 | 1357 | 585 | 309 | 176 | 101 |
| 120*80*3 | 7854 | 1947 | 846 | 455 | 269 | 164 |
Важно учитывать, что превышение заданного предела является причиной безвозвратной деформации изделий, появления трещин и разрушительных последствий конструкции в целом. Поэтому специалисты рекомендуют отдавать предпочтение профильным трубам с двукратным или троекратным запасом прочности относительно расчетной
К исключениям можно отнести небольшие объекты, типа теплиц, компактных ненагруженных ограждений.
Предельный радиус изгиба
Если допустимое давление указывается с максимальным значением, то предел изгибания для профильного проката стандартами устанавливается минимальный. Показатели в большинстве своем зависят от размера трубы и способа загиба заготовки. К таковым относятся:
- нагревание или посредством пескоструйного оборудования – минимальное значение радиуса превышает 3,5 DN;
- с помощью гибочного устройства – свыше 4 DN;
- с использованием печей – допустим предел в 2,5 DN.
Изогнутая профильная трубаИсточник ceh24.ru
Здесь под DN подразумевается площадь внешнего сечения профиля до механического воздействия на него. Измерения технологами проводятся с учетом гибкости и плотности исходного материала, толщины стенок заготовки. Стоит отметить, что важным условием является утончение металлопроката не более чем на 15%.
Самостоятельный расчет профильной трубы на прогиб (изгиб)
Профильная труба – этот достаточно популярный материал, который сегодня используется не только в промышленном строительстве. Из профильной трубы можно конструировать и строить гараж, беседку, теплицу и другие хозяйственные небольшие постройки.
Профильные трубы
Их главным преимуществом перед деревом станет прочность и износостойкость. К тому же материал отлично выдерживает перепады температур, имеет низкий коэффициент линейного расширения и прекрасно держит конструкцию.
Профильная труба представляет собой балки с квадратным сечением, которые изготавливаются из стали. Поэтому, используя материал для наружных строений, его необходимо предварительно обрабатывать специальным антикоррозийным раствором или краской. В остальном же балки отлично эксплуатируются.
Строения из профильной трубы
Как уже упоминалось выше, металлоконструкции, которые можно сделать с помощью данных балок, могут быть различными и по функциональным задачам, и по размерам, и по масштабам.
Однако, каким бы ни было сооружение, прежде всего оно нуждается в четких расчетах, благодаря которым можно добиться особой прочности и, как следствие, долговечности конструкции. Естественно, если речь пойдет о беседке, то за счет минимальных нагрузок, особого расчета не потребуется, но в случае с более глобальными конструкциями, без таких важнейших показателей, как расчет на прогиб трубы, например, просто не обойтись.
Сопротивление материала
У каждого металла есть своя точка сопротивления, оно может быть минимальной и максимальной
В случае максимальной нагрузки, металл попросту не выдержит, и конструкция в лучшем случае деформируется, в худшем – развалиться. Когда рассчитывается металлоконструкция, обращается внимание на каждую составляющую. То есть не только на размеры и сечение балки, а и на плотность материала, на его вид и характеристики, на способности и поведение металла, в зависимости от разных воздействий окружающей среды. Когда на поперечную часть профильной трубы оказывается давление, нормальные напряжения могут возникнуть в самых удаленных точках сечения от нейтральной оси
В тот момент, как на самой оси это напряжение равно «0». А вот зона наибольшего касательного напряжения, напротив, расположена рядом с нейтральной осью. Если длина трубы намного больше высоты сечения, эта величина очень мала. Поэтому расчет на прочность должен выполняться по нормальному напряжению
Когда на поперечную часть профильной трубы оказывается давление, нормальные напряжения могут возникнуть в самых удаленных точках сечения от нейтральной оси. В тот момент, как на самой оси это напряжение равно «0». А вот зона наибольшего касательного напряжения, напротив, расположена рядом с нейтральной осью. Если длина трубы намного больше высоты сечения, эта величина очень мала. Поэтому расчет на прочность должен выполняться по нормальному напряжению.
Как согнуть профильную трубу
Как узнать правильность расчетов?
Для каждого материала есть максимальные нормальные напряжения, которые не влияют особо на само изделие. Высчитывая профильную трубу на изгиб по формуле, нужно следить за тем, чтобы этот показатель не превышал максимально допустимые значения. Здесь действует закон Гука, который гласит: сила упругости, которая возникает, прямо пропорциональна величине деформации.
Формула же напряжения при изгибе выглядит, как М/W. Причем М – это изгибающий момент по оси, на которую приходится усилие, а W – сопротивление изгибу этой же оси.
Дальше подставляются значения для профильной трубы. Формула также может быть расширена в зависимости от материала и характеристик расчета. Обычно для правильных вычислений сначала изображается эпюра. Это схематическое обозначение детали, с которой будут производиться расчеты. Этот элемент также должен быть правильно изображен для большей точности.
И последнее
Расчет профильной трубы на прогиб – это определение ее максимального напряжения на определенную точку. В случае если необходимо самостоятельное строение конструкции, а такая дисциплина, как сопромат неизвестна или трудно понять существующие законы физики, лучше обратиться за помощью к специалисту. Так, и конструкция будет надежнее, и силы на ее постройку сохраняться.
Расчет квадратной трубы на прогиб и изгиб
Замкнутые профили, какими являются квадратные, прямоугольные и круглые трубы, – это вариант для тех, у кого нет возможности использовать деревянные конструкции, но есть желание предать будущему сооружению хорошую эстетичность. Например, каркас козырька, сваренный из квадратных труб, выглядит более эстетично, чем тот же козырек, сваренный из уголков.
На данной странице Вам представлен калькулятор способный подбирать сечение квадратной трубы по прочности и деформациям. Другими словами, с помощью данного калькулятора Вы можете произвести расчет квадратной трубы на прогиб и изгиб по ГОСТ 30245-2003 “Профили стальные гнутые замкнутые сварные квадратные для строительных конструкций”.
Рассчитать квадратную трубу можно для следующих расчетных схем:
Тип 1 – балка с одним пролетом с приложенной на нее равномерно распределенной нагрузкой.
Тип 2 – жестко защемленная консоль с равномерно распределенной нагрузкой.
Тип 3 – балка лежащая на двух опорах с выведенной консолью с одной стороны.
Тип 4 – однопролетная шарнирно опертая балка с приложенной на нее сосредоточенной нагрузкой.
Тип 5 – то же самое, что и тип 4, только с двумя сосредоточенными нагрузками.
Тип 6 – консоль с жестким защемлением с приложенной на нее сосредоточенной нагрузкой.
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.
Дополнительные рекомендации
Если не выполнять предварительные расчеты допустимых радиусов, а также силы и скорости деформации, тогда произойдут критические деформации:
- внутренняя сторона профильной трубы при сдавливании сомнется неравномерными складками;
- на участке с максимальным радиусом произойдут разрывы стенок из-за предела радиальной силы.
Для выполнения холодной ковки оптимальным вариантом становится использование листовых или профильных заготовок с толщиной до 10 мм. На практике, когда выбранный листовой материал или профильные трубы не позволяют выполнить изгиб по заданному радиусу, специалисты принимают решение об использовании другого металла или используют технологии предварительного нагрева до высоких температур. Есть вопросы? Закажите обратный звонок!