Как усилить профильную трубу от прогиба

Как сделать расчет трубы на изгиб – пошаговое руководство

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.

Характеристики металла для гибки

Любому металлу присуща своя точка сопротивления, то есть максимальная и минимальная нагрузка, которую он может выдержать.

Если оказать на металл слишком большое давление, это может спровоцировать деформацию, ненужные прогибы или надломы в профиле. Выполняя расчет на изгиб трубы, необходимо учитывать такие важные характеристики как плотность металла, размеры и диаметр профильных или круглых труб, а также ряд других параметров. Таким образом, можно будет спрогнозировать, насколько эффективным будет использование того или иного материала в условиях окружающей среды.

Обратите внимание, что напряжение будет возникать не только непосредственно в месте прогиба профильной трубы, но и на удаленных от центра сгиба участках. Высшее касательное напряжение будет наблюдаться именно в области центральной оси сгиба.

В процессе гибки трубы происходит сжатие внутреннего слоя металла, он становится меньше, а внешний слой, напротив, увеличивается за счет растяжения. А вот центральный слой металла остается неизменным, сохраняет исходные параметры, обеспечивая тем самым прочность трубы.

Выполнение расчетов на изгиб

Выполнение расчета круглой трубы на изгиб требуется для того, чтобы определить максимально допустимый уровень напряжения на каждый конкретный участок трубы.

Каждый материал имеет свою величину нормального напряжения, которые не оказывают какого-либо воздействия на само изделие. Для получения правильных расчетов, их нужно проводить по специальной формуле. Особое внимание следует уделять тому, чтобы показатели оставались в пределах максимально разрешенных значений. Согласно закону Гука, образующаяся сила упругости прямо пропорциональна деформации.

Рассчитывая величину изгиба, нужно дополнительно использовать следующую формулу напряжения: M/W, где M – величина изгиба по оси, испытывающая на себе усилие, а W – величина сопротивления этой оси в месте изгиба.

Технология выполнения изгиба

В процессе гнутья в металле возникают определенные показатели напряжения. С внешней стороны образуется растягивающее напряжение, а изнутри – напряжение сжатия. В момент таких взаимодействий меняется изгиб оси.

Во время изгибания в согнутом отрезке изменяется форма поперечного сечения. В итоге профиль в виде кольца изменяет свою форму на овальную. Самый четкий овал можно наблюдать посередине прогиба. Деформация снижается в начале и конце прогиба.

У труб, имеющих диаметр не более 20 мм, овальность на отрезке, подвергающемся деформации, должна быть не более 15 %. А для труб с диаметрами равными или более 20 мм – 12,5 %.

Стоит отметить, что изнутри изгиба, где происходит деформация сжатия, могут появляться складки. Данный факт, как правило, отрицательно сказывается на корректной работе системы, так как складки снижают проходимость труб, увеличивают величину гидравлического сопротивления и уровень засорения.

Пределы радиусов изгиба труб

Руководствуясь госстандартами, трубы должны иметь минимальный радиус изгиба (детальнее: «Какой радиус гиба труб можно получить при помощи разных типов трубогибов»). При осуществлении сгибания при помощи нагрева трубы, заполненной песком, внешнее сечение трубы должно быть как минимум 3,5 DN. При изменении формы трубы на трубогибочной установке без использования нагрева – более 4DN.

При прогреве газовой горелкой или в печи, чтобы складки образовывались наполовину, величина должна равняться 2,5 DN. В случае потребности в получении сильного сгиба, например для систем с согнутыми канализационными отводами, которые изготавливаются способом горячей протяжки или штамповкой – более 1 DN.

Труба может иметь и меньшую величину сгиба. Тем не менее, допускать это можно лишь в том случае, если трубы изготавливались при технологии, когда их стенки утончаются на 15 % от всей толщины.

Все расчеты на прочность трубы при изгибе должны осуществляться с максимальной ответственностью.

Формулы и другие данные для получения расчетов

Для проведения расчетов на прогиб, выясняем длину детали.

Получить ее можно по следующей формуле:

• R – радиус изгиба, измеряемый в миллиметрах;
• α – угол;
• І – ровный отрезок в 100/300, нужный для захвата изделия (при оперировании инструментом).

Проводя расчеты для профильной трубы нужно учесть размер элемента, подлежащего сгибанию.

Для этого нужно провести расчеты по такой формуле:

• π – 3,14;
• α – угол изгиба;
• R – радиуса (измеряется в миллиметрах);
• DH – наружное сечение трубы.

Минимально допустимые градусы для изгиба труб из меди и латуни можно найти в соответствующих таблицах. Все данные отвечают ГОСТам № 494/90 и № 617/90. Дополнительно в них можно найти величины наружных сечений, минимальные статично свободные отрезки.

Присутствует также таблица, которая поможет провести расчеты трубы на изгиб – в ней находятся данные по стальным трубам, которые соответствуют ГОСТу № 3262/75.

Для недопущения недочетов в расчетах нужно также учитывать сечение и толщину стенок.

Как самостоятельно согнуть трубу

В случае возникновения необходимости в сгибе трубы своими руками, можно при расчете воспользоваться универсальной формулой (пять диаметров трубы).

Для примера рассчитаем изгиб для трубы диаметром 1,6 мм:

• Сначала нужно точно представить, какую окружность нужно получить в итоге (для точного сгиба требуется ¼ окружности).
• Далее нужно узнать радиус. Для этого 16 умножается на 5 – получается 80 мм.
• Теперь высчитываются стартовые точки для изгиба. В данном случае нужно воспользоваться формулой C=2π∙R:4. Здесь С – тот отрезок трубы, который будет участвовать в работе. Применяется два π и величина внешнего радиуса трубы.
• На последнем этапе величины замещаются известными показателями: 2∙3,14∙80:4. В итоге получается 125 мм, что равняется продолжительности отрезка, на котором минимально допустимый радиус изгиба будет равняться 80 мм.

Если по приведенным формулам у вас расчеты получить не выходит, их можно провести при помощи программы-калькулятора, которых достаточно в сети Интернет.

Определив нагрузку на круглую трубу и проведя все расчеты, можно начинать работы по гибке, для чего лучше воспользоваться специальным ручным трубогибом, который в значительной степени упростит монтаж. Таких инструментов существует несколько разновидностей. Сегментное устройство позволит проводить работу, ориентируясь на специальные шаблоны, форма которых подбирается под определенное сечение и форму труб. Возможен сгиб трубы до 180˚.

У дорнового трубогиба есть подвижный элемент внутри, который не допускает образования деформаций.

Независимо от используемого инструмента, помните, что для получения точного и качественного изгиба, проведите изначальные точные перепроверенные расчеты.

Станок для усиления профильной трубы своими руками

При изготовлении конструкций, в которых используется металлопрокат, иногда возникает необходимость использовать станок для усиления профильной трубы, изготовленный своими руками. Проблема возникает потому, что подобные заготовки создают из тонкостенного металла. Поэтому нужны дополнительные ребра, способствующие повышению прочности.

Профильные трубы находят применение при создании металлоконструкций. Они часто довольно успешно заменяют горячекатаный металлопрокат. Масса металла в сварных квадратных или прямоугольных трубопроводах в 5…7 раз меньше, чем у сортового проката. Но иногда прочность оказывается ниже, чем требуется при проектировании.

Область применения профильных труб

Профильная труба в торговой сети реализуется отрезками, имеющими длину 6 м

Профтруба из тонкого листа имеет ряд незаменимых свойств:

• наличие прямоугольного или квадратного поперечного сечения обеспечивает довольно высокое сопротивление, оказываемое изгибающим воздействиям;
• против кручения подобный тип сечений работает довольно успешно;
• при небольшой массе пространственная конструкция способна выдерживать значительные статические и динамические нагрузки;
• подобные заготовки легко выпиливать в заданный размер;
• материал легко сваривается всеми видами сварки;
• заготовки из профтрубы доставляются на место монтажа, а затем сравнительно быстро и легко собираются в готовое изделие;
• используются в качестве металлокаркаса, его в дальнейшем обшивают отделочными материалами.

Оригинальная скамейка, в которой использованы трубы, согнутые в два разных радиуса

Из профильной трубы промышленные предприятия и мастера в своих мастерских изготавливают самые разнообразные изделия. Больше всего представлены сооружения защищенного грунта. Теплицы и парники создают по разным схемам:

• с двускатной крышей. Такие конструкции имеют традиционный вид. У них образуются два ската для сброса снега и дождевой влаги. В таких теплицах довольно просторно, стены выстаиваются вертикально;
• арочного типа. Чтобы создать подобное изделие, необходимо сначала создать арки. Тут используют вальцы и специальное гибочное оборудование. При минимальных затратах металла и сотового поликарбоната добиваются получения значительной площади утепленного грунта. Такие конструкции изготавливаются по заранее созданным чертежам;
• «капля» – особый вид теплицы. В ней имеется островерхая крыша, на которой в зимний период снег практически не задерживается. Высокое пространство используется для выращивания высокорослых растений. Здесь размещают даже довольно крупные деревья и виноград;
• «павильон» – еще один интересный тип теплиц. Используется полукруглая крыша при вертикальных стенах. Подобные сооружения позволяют создавать не только теплицы для летнего выращивания овощей, их применяют даже при сильных заморозках. Внутри остается летняя температура, растут теплолюбивые растения.

Парник «бабочка» позволяет подойти к растениям с двух сторон. В жару стенки приподнимаются. В холодное время их опускают. Холод не доберется до растений

Дачная мебель из профильных труб. Из металла можно делать изящные конструкции

Бюджетные столы и скамейки из профильной трубы пользуются высоким спросом у населения

За городом, а также в парках и местах массового отдыха можно с удовольствием пристроиться на удобной качалке

Летом приятно оказаться под душем. Кабинку тоже изготовили из профильной трубы

Недорогая и удобная беседка востребована практически везде. Их ставят на дачах, они находят место в придомовой архитектуре. Небольшая крыша укроет от солнца и дождя

Легкие барные табуреты лаконичны и довольно удобны. Их можно поставить в баре, а можно и дома

Недостатки профильной трубы и способы устранения

При всех плюсах профильных труб есть у них и недостаток. Производители стараются использовать материалы небольшой толщины. Поэтому при проектировании длинномерных изделий приходится закладывать более габаритные заготовки. Теряется легкость внешнего вида.

Но самодельные конструкции довольно часто выполняют из довольно тонкой исходной заготовки. Чтобы усилить профильную трубу от прогиба, в ней добавляют дополнительные ребра. В результате повышается жесткость.

Вопрос можно решить постукиванием молотком по одной из сторон, сминая грань. Можно подойти к вопросу и более рационально: изготовить приспособление, которое несколько изменит форму профиля трубы.

• если производит прокат квадрата сверху и снизу, то можно дополнительно создать ребра усиления;
• прочность на изгиб увеличивается на 20…30 %, что позволяет применять профтрубы меньшего формата на один и даже два типоразмера.

В результате мастер экономит материал, создает более легкую и интересную конструкцию.

Конструкция прокатного станка самодельного типа

Для прокатывания профильной трубы нужно изготовить простейшее устройство, в котором будут реализованы следующие идеи:

• труба перемещается между направляющими подшипниками, установленными с небольшим зазором (0,2…0,4 мм);
• сверху и снизу на нее будут давить профилирующие ролики. При проталкивании заготовки между ними будет происходить смятие верхней и нижней граней. Боковые грани изменяться не будут.

Прокатный станок для профилирования трубы 20·20 мм: 1 – стойка; 2 – корпус-крышка; 3 – прокатывающий ролик; 4 – подшипник

Между верхним и нижним корпусами-крышками 2 на специальных осях располагаются подшипники 4. Расстояние подобрано так, что с небольшим зазором профильная труба может проходить между ними.

Прокат производят два ролика 3, установленные на специальных стойках 1. Их приваривают к корпусам так, чтобы ролики сминали трубу на 2,0…2,5 мм с каждой стороны.

Корпус-крышка изготавливаются из пластины толщиной 6 мм

Ролик требуется изготавливать из конструкционных сталей повышенной прочности. Можно применять пружинную сталь 65Г

Для изготовления стойки не требуется использовать дорогостоящий материал. Подойдет сталь обычного качества

В конструкции предусматривается использование рукоятки для вращения ролика. Подобные ручки применяют на стиральных машинах, выпускаемых в восьмидесятые-девяностые годы прошлого века. Их можно найти на металлобазах и местах сбора металлолома.

Пошаговый процесс изготовления приспособления

Чтобы было понятнее, как работает устройство, нужно разобраться с поэтапным его изготовлением.

В результате получено несложное приспособление, которое поможет усилить профиль заготовки.

Расчетные значения для квадратных профильных труб

В таблицах 1.1-1.3 приведены расчетные значения для квадратных профильных труб, точнее — для профилей стальных гнутых замкнутых сварных квадратного сечения согласно ГОСТ 30245-2003. Профили изготавливаются на специализированных станах путем формирования круглого трубчатого сечения с продольным сварным швом и последующим обжатием валками в квадратный профиль.

Рисунок 1. Поперечное сечение квадратной профильной трубы (стального гнутого замкнутого профиля сварного квадратного).

Таблица 1.1. Квадратные профильные трубы высотой 40-90 мм

Таблица 1.2. Квадратные профильные трубы высотой 100-160 мм

Таблица 1.3. Квадратные профильные трубы высотой 180-300 мм

Таблица 2.1. Квадратные профильные трубы высотой 10-50 мм (согласно ГОСТ 8639-82)

Таблица 2.1. Квадратные профильные трубы высотой 60-180 мм (согласно ГОСТ 8639-82)

Примечания:

1. Условные обозначения: h — высота профиля; b — ширина профиля; F — площадь поперечного сечения; R — радиус наружного закругления угла; I — момент инерции; W — момент сопротивления; i — радиус инерции.

2. Радиус наружного закругления угла R = 2,0t при t ≤ 6,0 мм; R = 2,5t при 6,0 10,0 мм.

3. Масса 1 м длины профиля определена по площади поперечного сечения, при плотности стали 7,85 г/см 3 .

Надеюсь, уважаемый читатель, информация, представленная в данной статье, помогла вам хоть немного разобраться в имеющейся у вас проблеме. Также надеюсь на то, что и вы поможете мне выбраться из той непростой ситуации, в которую я попал недавно. Даже и 10 рублей помощи будут для меня сейчас большим подспорьем. Не хочу грузить вас подробностями своих проблем, тем более, что их хватит на целый роман (во всяком случае мне так кажется и я даже начал его писать под рабочим названием «Тройник», на главной странице есть ссылка), но если я не ошибся в своих умозаключениях, то роману быть и вы вполне можете стать одним из его спонсоров, а возможно и героев.

После успешного завершения перевода откроется страница с благодарностью и адресом электронной почты. Если вы хотите задать вопрос, пожалуйста, воспользуйтесь этим адресом. Спасибо. Если страница не открылась, то скорее всего вы осуществили перевод с другого Яндекс-кошелька, но в любом случае волноваться не надо. Главное, при оформлении перевода точно указать свой e-mail и я обязательно с вами свяжусь. К тому же вы всегда можете добавить свой комментарий. Больше подробностей в статье «Записаться на прием к доктору»

Для терминалов номер Яндекс Кошелька 410012390761783

Для Украины — номер гривневой карты (Приватбанк) 5168 7422 0121 5641

Кошелек webmoney: R158114101090

Добрый день ДокторЛом!
Нужен практический совет как усилить горизонтальную опору.
Даю описание: на даче построил домик, над входом получился навес. Вроде все легко и просто перекрыли,
но балка в роли которой выступает квадратная профильная труба 100*100 толщина стенки 4 мм. дала небольшой, но заметный прогиб!
Который хочется исправить!
Честно говоря, я больше переживал за продольные балки-страпила из трубы 80*60, причем они разных длин, так вот с ними все в порядке!
Извините, что к Вам обращаюсь, но чувствую, что только Вы мне можете помочь!
Расчет всей конструкции не делал, делал по интуиции. Сопромат не изучал, изучал ТОЭ аналогичный предмет для инженеров-электриков.
Конечно, можно было сделать перемычку из двутавра или спаренных швеллеров, из которых бы получился тот же квадратный профиль (о чем жалею), цель была красивый внешний вид, так как конструкция дальнейшей отделки не предусматривает!
Понадеялся, что профильная квадратная труба должна выдержать!
Конечно, можно перебрать все, но хочется обойтись малой кровью
Мои мысли: вскрыть торец трубы, который заглушен, и внутрь трубы, сначала ее поддомкратив и, выпрямив, засунуть какой нибудь усилитель жесткости!
Какой?
Я вижу два варианта, либо полосу 100 расположив ее вертикально, и скорректировать по высоте. толщина полосы и сколько штук.
Либо швеллер тута запихать, скорректировав высоту проставками или опять же сделать из швеллера трубу скомпенсировав зазоры.
Прошу у Вас совета как поступить мне. Как Вы сделали для себя. Жду ответа. Выслал фото конструкции на почту , что б было понятнее.
Спасибо Сергей

Судя по фотографиям пролет прогнувшейся трубы около 4 м. При таком пролете и действующих нагрузках внутреннее усиление профилем (например, швеллером) с таким же моментом инерции как и у усиливаемой трубы позволит уменьшить прогиб в два раза, не более того. Если усиливать полосами, то чем больше полос, тем меньше в итоге будет прогиб, но и вес балки при этом значительно возрастет.

На мой взгляд самый лучший вариант — поменять трубу на другую с большей высотой, чем больше высота, тем больше жесткость и тем меньше прогиб, но понимаю, что это может быть проблематично.
Еще один из возможных вариантов — сделать затяжку. Труба внутри полая и внутри ее можно расположить стержень практически любого диаметра. Конечно, все нужно считать, но так, на глаз, если поддомкратить трубу, чтобы она немного выгнулась вверх, и затем зафиксировать это положение затяжкой диаметром 20-24 мм, то у вас получится арка с затяжкой. Недостаток этого способа в том, что выгиб должен быть как можно больше, иначе под действием нагрузок труба может деформироваться сначала до прямолинейной формы, а затем опять прогнется вниз, но уже намного сильнее, так как затяжка будет усиливать прогиб. Кроме того, выгибанию горизонтальной трубы будут препятствовать приваренные стойки — трубы.

Для горизонтальных балок необходимо использовать не квадратные трубы, а двутавры. В двутаврах намного больше момент инерции и как следствие, намного меньше прогиб. При той же металлоемкости.

Добрый день. Очень нужна помощь, т.к. я вообще ничего не понимаю. Нужно рассчитать прогиб квад. трубы 100*100*5 на 2-х опорах расстояние между которыми 3 м. Нагрузка на трубу 200 кг на 1 м. Спасибо.

Вам достаточно взять значение момента инерции (I) для вашей трубы из соответствующей таблицы и подставить это значение, а также значения длины пролета (l) и нагрузки (q) в формулу определения прогиба. Формула зависит от закрепления на опорах и характера нагрузки. Подобрать нужную формулу можно, воспользовавшись статьей «Расчетные схемы для балок». Значение модуля упругости можно посмотреть в статье «Расчетные сопротивления и модули упругости для различных строительных материалов» или в действующем СНиПе.

Док, глянул я эти ГОСТы, в них прошло несколько изменений, причем критичных. Если есть куда, могу закинуть.
Где мне бедному, взять расчетные данные для профильной шовной трубы 40х20х2,8?

Все эти данные с различной степенью точности вы можете определить и сами. Например, в первом приближении (без учета радиусов наружного закругления углов) Iz = 2×4^3/12 — 1.44×3.44^3/12 см^4. Реальное значение момента инерции будет на 7-15% меньше (с учетом радиусов закругления). И так далее.

Добрый день. Очень нужна помощь, т.к. я вообще ничего не понимаю. Хочу поднять кубовый пластиковый бак для воды на 3-4м вверх на проф.трубе(4 шт), а на какую можно рассчитывать не пойму, помогите пожалуйста.

Я, к сожалению, тоже вряд ли смогу вам помочь, но есть статья «Расчет металлических колонн», возможно она вам поможет? Посмотрите пожалуйста.

Добрый день, Доктор Лом. Очень нуждаюсь в вашей помощи. Я хочу построить перед домом односкатный летний навес покрытый профнастилом, размером 6 на 4 м. Хотелось бы, что бы внутри навеса не было опорных столбов.Помогите рассчитать количество, толщину опорных столбов и стропильной решетки, что бы не было прогиба.

Все, что я могу, это только подсказать, где посмотреть примеры расчетов. Посмотрите статью «Расчет металлических колонн», а также раздел «Расчет навеса с арочными фермами». А прогиб конструкций будет всегда.

Добрый день!
Подскажите пожалуйста:
Можно ли использовать проф.трубу 25х25х2мм в качестве опорных стоек (4 штуки) в конструкции рабочего стола для деревообрабатывающего станка весом 55 кг .
Спасибо.

Тут все будет зависеть от конструкции рабочего стола. И несущая способность профильной трубы тут совсем не показатель. При деревообработке желательно избегать различных вибраций и колебаний, а потому чем более крепким будет стол, тем лучше, т.е. деформации в частности ножек стола должны быть минимальными.

Добрый день! Подскажите, где или как можно узнать вышеописанные характеристики труб, не вошедших в данную таблицу. Например, труба 50х50х1,5 или 30х30х1,5 , 10х10х1,4 . В Гостах не нашел.

В этом случае можно обратиться к производителю или рассчитать эти характеристики самому. Пример того, как это делается, приведен в статье «Расчет прочности потолочного профиля для гипсокартона».

Здравствуйте! В гараже на потолке поперёк лежат трубы круглого сечения диаметр 140 мм, толщина стенки 6 мм, длина труб почти 6 м. Сверху перекрытие выполнено дорожной плитой. Труба под собственным весом немного прогибается. Как её усилить (придать жёсткость), если возможно с боку, дабы не опускать уровень потолка вниз. Была мысль наварить по всей длине профильную трубу или чуть ниже продольной оси стальную полосу с двух сторон.

Если вы приварите профильную трубу или стальную полосу по низу круглой трубы, а не сбоку, то тем самым добьетесь максимального усиления. Посмотрите статью «Виды балок».

Уважаемый Доктор Лом!
Во-первых, хотел бы поблагодарить Вас за вашу просветительскую работу. Читая Ваши статьи, вспоминал свои институтские лекции по сопромату) Но, как оказалось, из памяти стерлось почти все, поэтому обращаюсь к Вам за советом. Нужно определить, окажется ли достаточной несущая способность трубы квадратного профиля 30х30х3(нержавеющая сталь, AISI304) для использовании ее в качестве элемента, формирующего периметр обеденного стола размером 1600х900. Столешница будет сформирована из узких деревянных реек, их несущей способностью в расчетах решил пренебречь. Для упрощения решил рассматривать данную трубу как балку длиной 1600мм, находящуюся на шарнирных опорах, но вот с видом приложения нагрузки пока не могу определиться. При использовании стола по прямому назначению, нагрузку, очевидно, можно считать распределенной, и принять величиной, наверное, около 50 кг. Но вспомнив о том, что некоторые имеют привычку садиться на край стола, подумал, что нагрузка может быть сосредоточена примерно в середине пролета, и составлять в критических случаях около 90 кг. Подскажите, пожалуйста, какой формулой можно воспользоваться для расчета при таких условиях (балка на шарнирных опорах, нагрузка в центре пролета). Со статьей «Виды опор, какую расчетную схему выбрать» ознакомился, но разобраться, какую формулу мне использовать не смог, и кроме того, не понял, что за величина «Е», и откуда ее брать. Предположил, что момент инерции I можно взять из вашей таблицы, допустив, что для нержавеющей и углеродистых сталей они относительно близки. Спасибо Вам!

Евгений, в вашем случае правильный выбор расчетной схемы будет зависеть от того, как именно будут расположены деревянные рейки и где будут ножки у стола. Если рейки будут длиной около 90 см, то вам действительно нужно рассчитывать на прочность и прогиб длинные трубы, а если рейки будут длиной около 160 см (в чем я сомневаюсь), то основная нагрузка придется на короткие трубы.
Если ножки у стола будут не по углам стола (а как правило так и делается), то ваша труба будет консольной балкой на двух опорах (ножки стола и будут этими опорами). Впрочем при расчете на сосредоточенную нагрузку это принципиального значения не имеет. Произвести расчет на сосредоточенную нагрузку, приложенную посредине балки, вы можете воспользовавшись соответствующей расчетной схемой из статьи «Расчетные схемы для балок». Но при этом вам все равно следует учитывать равномерно распределенную нагрузку от собственного веса стола. Впрочем, вы можете перевести сосредоточенную нагрузку в эквивалентную равномерно распределенную для упрощения расчетов, воспользовавшись статьей «Приведение сосредоточенной нагрузки к эквивалентной равномерно распределенной».
Момент инерции для вашей трубы вы действительно можете взять из соответствующей таблицы, как впрочем и модуль упругости металла Е, воспользовавшись статьей «Расчетные сопротивления и модули упругости для различных строительных материалов».

Спасибо огромное, сейчас попробую посчитать)

Здравствуйте, уважаемый Доктор Лом. Я ничего не понимаю в формулах, поэтому прошу помочь. Подскажите, пжл, какую распределенную горизонтальную нагрузку выдержат 4 квадратных профильных трубы 100*100, толщина 4 мм(уложил их в качестве лаг перекрытия между первым и вторым этажом, длина пролета 4,3м, на профиль лягут деревянные лаги, дальше пол второго этажа). Заранее благодарен за помощь.

Вообще-то я стараюсь излагать материал так, чтобы формулы были понятны даже человеку с 3-4 классами образования, т.е. все упрощаю до минимума, никаких интегралов-дифференциалов, только сложение, вычитание, умножение и деление.
Тем не менее вам повезло, по теме вашего вопроса я написал статью «Несущая способность металлической балки», посмотрите среди новых на главной странице. Вам достаточно просто подставить свои данные в приведенные в статье формулы.

Доктор Лом!У меня проблема. «Заказчик» требует установить на территории навеса размером 36х48 метров стойку и прогонов из 100х100х4 труб. Шаг 3х9 метров. Он выдержит нагрузку. Территория находится в Ташкента

Извените забыл. перекрытие ферма из уголков 50х50х5 общая масса 15 тонн на 1813 м2

По вашему описанию очень трудно представить имеющуюся ситуацию и сделать какие-либо выводы.

Примечание: Возможно ваш вопрос, особенно если он касается расчета конструкций, так и не появится в общем списке или останется без ответа, даже если вы задатите его 20 раз подряд. Почему, достаточно подробно объясняется в статье «Записаться на прием к доктору» (ссылка в шапке сайта).

ТехЛиб СПБ УВТ

Библиотека Санкт-Петербургского университета высоких технологий

Усиление металлических балок, ферм и прогонов

Понятие потери устойчивости очень разнообразно, но основной причиной является недостаточная жесткость сжатого элемента конструкции в плоскости, перпендикулярной действующему усилию.

В результате этого происходит не предусмотренная расчетом деформация элемента, увеличиваются краевые напряжения, процесс деформации развивается, в результате чего элемент выключается из работы или разрушается.

При восстановлении или усилении металлических конструкций необходимо соблюдать следующие правила:

• проект усиления должен выполняться специализированной (по металлоконструкциям) проектной организацией и должен включать раздел по технологии производства работ;
• основанием для проектирования усиления металлоконструкции служат материалы натурных обследований, включающие дефектную ведомость со схемами повреждений и предварительные оценки состояния несущих элементов объекта;
• обследование (освидетельствование) конструкции начинается с изучения имеющейся проектной документации и материалов по ее эксплуатации.

Усиление конструкции посредством увеличения сечения основного несущего элемента

а — усиление металлического элемента деревянными брусьями; б — увеличение несущей способности швеллерной балки обетонированием (приведена схема армирования); в — усиление верхнего пояса и решетки фермы добавлением сплошной полосы между уголками; г — схема раскосной фермы с обозначением усиливаемых элементов стальными полосами или уголками; 1 — усиление стержней фермы полосовым металлом; 2 — усиливаемые стержни

При натурных обследованиях тщательно измеряется каждый элемент конструкции. Сварные швы и прилегающая к ним зона металла осматривается с помощью лупы, причем эта зона на ширину до 20 мм должна быть расчищена от краски и ржавчины до металлического блеска. Высота сварного шва устанавливается с помощью специального шаблона (калибра).

Работу по усилению следует выполнять при отсутствии временных нагрузок и при наружной температуре не ниже минус 15 °С для обычной стали и не ниже минус 5 °С для стали кипящей плавки. Во всех случаях при усилении сварных конструкций под нагрузкой температура металла не должна быть ниже порога хладноломкости.

При усилении швов наплавкой напряжение в усиливаемом элементе не должно превышать 0,8 расчетного сопротивления стали, а с поверхности шва обязательно механическим способом должны быть удалены все дефекты. Запрещается применять комбинированные соединения, в которых часть усилий воспринимается заклепками и болтами, а часть — сварными швами.

Для увеличения пространственной жесткости здания или сооружения рекомендуется использовать следующие способы:

• постановку дополнительных или перестановку существующих связей;
• увеличение жесткости горизонтальных связевых дисков покрытия или перекрытия;
• использование диафрагм жесткости;
• включение в пространственную работу каркаса таких элементов, как антресольные площадки, тормозные конструкции подкрановых балок, несущие конструкции под технологическое оборудование и т.п.

Для усиления конструкций рекомендуется использовать следующие методы их предварительного напряжения:

• применение предварительно напряженных тяжей, затяжек и оттяжек;
• предварительное напряжение регулируемыми распорками;
• регулировку опор путем их принудительного смещения;
• устройство шпренгелей;
• электротермический способ;
• предварительный выгиб и последующую сварку профилей балок.

Соединение элементов стальных конструкций следует предусматривать, как правило, с помощью сварки с учетом мероприятий по подготовке восстанавливаемых конструкций к сварочным работам (зачистка, выравнивание краев разрыва, засверливание трещин или узких длинных отверстий и т.д.). Не исключается применение болтовых соединений.

Для элементов усиления следует применять сталь того же класса, что и сталь восстанавливаемой конструкции. Тип электродов выбирается в соответствии с классом стали элемента усиления.

Рабочие чертежи конструкций, изготавливаемых заново, а также узлов и участков ремонтируемых конструкций должны содержать схемы расположения усиляемых и новых элементов по видам конструкций (прогоны, балки, фермы и т.д.), рабочие чертежи элементов и узлов, спецификацию стали, а также необходимые требования по технологической последовательности выполнения работ по усилению конструкции, влияющей на эффективность применяемого решения.

Проектирование восстанавливаемых стальных конструкций следует осуществлять, как правило, в одну стадию рабочих чертежей КМД. Дефектные ведомости конструкций должны составляться по пролетам для каждого поврежденного элемента на основании результатов технического обследования. В процессе восстановления следует проверить состояние соединений конструкций, ранее недоступных для осмотра, и включить их в ведомость исправляемых дефектов.

Усиление металлических балок может быть местным (путем установки накладок и ребер) или общим (посредством шпренгелей, изменением опорного сопряжения; наиболее эффективна затяжка вдоль нижнего пояса, при которой несущая способность балки может быть увеличена до 80% при минимальных затратах материала).

Повышение несущей способности изгибаемых элементов достигается при симметричном расположении элементов усиления или создании симметрии относительно нейтральной оси. При этом должна быть обеспечена надежная совместная работа нового сечения с балкой, а вся конструкция не только защищена от коррозии, но и от возникновения «мостиков холода».

Металлические балки можно усилить несколькими способами:

• установкой дополнительных опор;
• увеличением сечения накладками, особенно на высокопрочных болтах; шпренгельными системами;
• изменением опорных сопряжений посредством перевода разрезных балок в неразрезные;
• регулированием напряжений натяжными и распорными устройствами.

Весьма эффективным и перспективным усилением балочных систем является изменение их расчетной схемы путем создания неразрезной системы и опорных подкреплений, а также регулирования напряжений натяжными и распорными устройствами.

Эти устройства еще мало разработаны, но обладают важными достоинствами в условиях реконструкции действующих объектов, в частности простотой и доступностью приемов и контроля регулирования усилий, исключением громоздкого оборудования при производстве работ, использованием домкратов, муфт и пр.

Способы усиления металлических балок

а, б — накладками; в — обетонированием; г — шпренгелем; д, е — заделкой на опорах; ж, з — сопряжением балок на опорах

Способ повышения несущей способности цилиндрической трубы на изгиб

Владельцы патента RU 2304479:

Изобретение относится к области обработки металлов давлением. Задача изобретения — расширение области применения труб, снижение материалоемкости. Способ включает придание трубе овального профиля. Цилиндрическую трубу разогревают до температуры прокатки и обжимают ее в клети валками с четырех сторон, деформируя в овальный профиль, состоящий из двух взаимно зеркальных арок, соединенных друг с другом пятами. В процессе обработки образуют монолитный овальный трубчатый профиль с относительной высотой и главным моментом инерции, регламентированными математическими зависимостями. Относительная высота профиля соответствует его максимальному моменту сопротивления. Изобретение обеспечивает возможность повышения несущей способности и жесткости изделий при их невысокой материалоемкости. 2 табл., 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к строительству мостовых и подкрановых конструкций, а также при перекрытии больших пролетов зданий.

Известен двутавровый профиль, хорошо работающий на изгиб [1, с.260], [2, с.52].

Сечение балки подбирают по максимальному изгибающему моменту М в ней. Проверку прочности балки в этом сечении производят по формуле

где W_Х — максимальный момент сопротивления балки относительно главной оси Х ее сечения;

γ — коэффициент условий работы конструкций [3, с. 12];

R_Y — расчетное сопротивление стали, зависящее от марки стали и толщины элемента;

σ — максимальные напряжения на верхнем и нижнем краю сечения.

Из формулы (1) видно, что при одинаковых М, γ и одинаковой прочности стали R, несущая способность балки зависит от момента сопротивления W_X. Момент же сопротивления зависит от профиля сечения.

Эффективность конкретного профиля сечения характеризует радиус ядра сечения

где А — площадь профиля сечения.

Сравнивая сортаменты двутавровых профилей [1, с.260] цилиндрических труб [2, с.52], легко заметить, что при одинаковой материалоемкости цилиндрические трубы обладают меньшими моментами сопротивления и меньшими радиусами ядра сечения, чем двутавры.

Для цилиндрической трубы 3 радиус ядра сечения

I_X=A·r 2 =254·35,8 2 =325536,6 см 4

(см.табл.1 и табл.2)

В настоящее время двутавровый профиль является лучшим из сплошно-стенчатых при работе его на изгиб. То есть обладает максимальным моментом сопротивления W_X.

Максимальная высота сечения прокатываемых в настоящее время двутавров достигает 1 м [1, с.260].

Максимальный диаметр цилиндрических труб по ГОСТ 10704-63 * достигает значительно больших величин 1420 мм [2, с.77].

Известны трубы и большего диаметра.

Известна также рельсобалочная конструкция авторов Нежданова К.К., Туманова А.В., Нежданова А.К., Карева М.А. [4, патент №2192381, 10.11.2002, Бюл №31].

В рельсобалочной конструкции подкрановая балка выполнена трубчатой эллиптической в сечении. Примем это техническое решение за аналог.

В аналоге не описан способ получения эллиптической в сечении трубы.

Цилиндрическую трубу как балку практически не используют, так как прочность ее на изгиб, при одинаковой материалоемкости, меньше, чем у двутавра, и поэтому материалоемкость повышается. Это и является недостатком балки из цилиндрической трубы.

У трубчатой балки имеются следующие отличные свойства:

— амортизирующая способность, смягчающая динамические воздействия;

— пониженная коррозиестойкость, так как внешняя поверхность ее значительно меньше и отсутствуют зоны, где накапливаются пыль и влага;

— устойчивость стенки трубы при ее изгибе значительно выше по сравнению с двутавровой балкой из-за кривизны стенки;

Технический результат изобретения — повышение несущей способности цилиндрической трубы на изгиб и, как следствие, снижение ее материалоемкости деформированием круглого сечения трубы валками в овальное сечение из двух взаимно зеркальных арок, соединенных пятами в монолитную трубу; расширение области применения балок с овальными трубчатыми профилями.

Технический результат реализован тем, что несущую способность стандартной цилиндрической трубы повышают. Для этого цилиндрическую трубу разогревают до температуры 600. 650°С, обжимают ее в клети валками с четырех сторон, деформируя в овальный профиль, состоящий из двух взаимно зеркальных арок, соединенных друг с другом пятами, с образованием монолитного овального трубчатого профиля с относительной высотой

соответствующей максимальному моменту сопротивления, определяемой из кубического уравнения

где h — высота арки от главной оси Х до профиля сечения срединной линии;

b — ширина арки по срединной линии;

t — толщина стенки, обжимаемой валками трубы,

А — площадь овального сечения;

и главным моментом инерции

Сопоставление разработанного способа получения работающей на изгиб трубы с овальным профилем с известными способами усиления конструкций показывает следующие существенные отличия, а именно:

— цилиндрическую трубу разогревают и деформацией изменяют профиль сечения в овальный, обжимая его с четырех сторон прокатными валками;

— после деформирования получают новый овальный профиль, состоящий из прямой и зеркальной арок, соединенных их пятами в монолитное сечение.

В качестве основы овального профиля из двух взаимно зеркальных арок, соединенных в овал пятами, примем параболическую арку постоянной толщины t [5, с.445]. Арки отлично работают на сжатие и известны очень давно (например, арки римского водопровода). Арки используют в мостах [6, с.238].

Характеристики сечения арки легко определить по формулам [7, с.72].

На фиг.1 показан овальный профиль из двух взаимно зеркальных арок, соединенных пятами в монолитную трубу. На фиг.2 — обжатие трубы валками.

Введем следующие обозначения:

h — высота каждой из арок от главной оси Х до средней линии;

b — ширина как прямой, так и зеркальной арки;

t — толщина арки;

h+t/2 — максимальная высота арки;

b+t — максимальная ширина арки;

2(h-t) — максимальный размер полости овала по вертикали;

b-t — максимальная ширина полости по горизонтали;

относительная высота сечения

Площадь овального сечения из взаимно зеркальных арок остается постоянной — const

Обозначим относительную высоту овального профиля, то есть большего диаметра по средней линии к меньшему

Главный момент инерции I_X овального профиля относительно оси Х

Момент сопротивления овального профиля на уровне средней линии

Подставим (9) в (11)

Найдем экстремум момента сопротивления W_X в зависимости от высоты арки h при постоянной площади сечения A const

Для нахождения высоты арки h, при которой момент сопротивления достигает экстремума, получили уравнение третьей степени, которое легко решается [8, с.138]

После подстановки (10) и (11) в (8) получим значение момента сопротивления W_X нового овального профиля в зависимости от его относительной высоты

Взяв производную от (15)

получим уравнение третьей степени для определения относительной высоты профиля

при которой его момент сопротивления W_X достигает максимума

Например для трубы диаметром 1420

n 3 -3n 2 +2,7176114·10 -5 ·n+9,0587045·10 -6 =0

Для тонкостенных профилей получаем максимум момента сопротивления W_X при n=3.

При n=3 получаем из (10)

Главный момент инерции I_X овального профиля равен

Его максимальный момент сопротивления

Пример конкретной реализации

Повысим несущую способность цилиндрической трубы ⊘ 1320·11 мм на изгиб обжатием ее в валках овальный профиль.

У цилиндрической трубы

Главный момент инерции D=133,1 см; d=130,9 см

Площадь сечения трубы [2, с.77] по сортаменту А=452 см 2

Уточним площадь сечения

A=π·d_cp·t=π(132 -1,1)·1,1=452,35791 см 2 .

Площадь в сортаменте меньше фактической на 0.079%. Для вычисления используем точную площадь сечения. Площадь сечения трубы после деформирования остается неизменной A- const.

Определим относительную высоту овального профиля

n 3 -3n 2 +3,8159226·10 -5 ·n+1,2719742·10 -5 =0

Для тонкостенного сечения n=3

Главный момент инерции овального профиля из двух взаимно зеркальных арок по ф.18

I_XO=2111651 см 4 (в 2,125 раза увеличивается)

Момент сопротивления его по ф. 19

W_XO=18012,51 см 3 (в 1,197 раза увеличивается)

Как усилить профильную трубу от прогиба

Навес необходим практически на любом участке: это хорошее место для размещения автомобиля, он пригодится для создания мини-теплицы, зоны отдыха и т. д. Конструкция навеса чаще всего предполагает строительство каркаса из профильных труб: они имеют небольшой вес и обладают большой несущей способностью.

Однако их достаточно трудно гнуть для придания нужной формы, поэтому с их помощью трудно создавать арочные и иные сложные конструкции. Как согнуть профильную трубу в домашних условиях?

Распространённые способы сгибания профильных труб

Вариантов, как согнуть профильную трубу для навеса, достаточно много, но в большинстве случаев требуется использование специальных инструментов или оборудования. Рассмотрим подробнее несколько основных способов:

Использование сварочного аппарата и нагретого, хорошо просушенного песка. Этот метод даёт возможность получить плавную линию, и таким образом трубе можно придать желаемую полукруглую форму. Один конец трубы закрывается заглушкой, в неё насыпается сухой кварцевый песок.

Он нужен для того, чтобы труба не сплющилась в процессе обработки, а приобрела правильную форму без ненужного искривления в одну из сторон. Второй конец трубы закрывается заглушкой с маленьким отверстием, после чего трубу разогревают сварочным аппаратом или газовой горелкой. Вместо сварочного аппарата можно использовать паяльную лампу.

Важно! При таком способе нельзя допускать перегревания металла. При этом будет появляться окалина, снижающая прочность металлической конструкции.

К оцинкованным трубам такой способ вообще неприменим, так как цинковое покрытие просто сгорит, и сталь окажется беззащитной перед коррозией. Такой каркас устанавливать нельзя: он быстро проржавеет и может обрушиться в любой момент.

• Применение трубогиба. Это специальный инструмент, дающий возможность получить трубу именно нужной формы. При правильном использовании не будет заломов или каких-либо дефектов, трубогиб позволяет сгибать даже изделия большого размера.
• Для тонких труб можно пользоваться ручным станком, для более толстых применяются гидравлические или электромеханические трубогибы. Чтобы работать с ручным инструментом, нужна большая физическая сила, в то время как использовать гидравлический станок может каждый.
• Как согнуть профильную трубу без трубогиба? Ещё одним доступным способом является использование газовой горелки и простой болгарки с насадками по металлу.

  

  В этом случае нужно просчитать радиус будущей трубы и сделать несколько поперечных надрезов. Они позволят аккуратно согнуть металл и получить требуемую форму. После сгибания пропилы нужно заварить.

  Есть кустарный способ, как согнуть профиль для навеса. Для этого нужно закрыть один конец трубы заглушкой, затем в неё насыпается сухой песок. Труба закрывается со второй стороны, а затем равномерно сгибается вокруг металлической болванки.

  Такая работа требует навыка и физических усилий, это один из самых трудных вариантов. Чтобы ускорить процесс, можно подогреть металл газовой горелкой.

  Каждый из перечисленных способов имеет и плюсы, и минусы: сгибать профильные трубы в любом случае приходится очень осторожно, рассчитывая радиус. Металл не рассчитан на многократное сгибание, поэтому такую работу желательно закончить за один раз.

  Если приходится проводить его повторно, труба может просто сломаться, в любом случае несущая способность такого каркаса будет намного ниже. Поскольку кустарные методы являются намного менее надежными, лучше воспользоваться трубогибом.

  Преимущества и возможности отечественных трубогибов

  Как согнуть профильную трубу полукругом? Для придания ей нужной формы можно использовать различные модели трубогибочных станков и ручных инструментов. Их применение выгодно по нескольким причинам:

  

  1. Работы по сгибанию труб можно проводить без специального образования и навыков. Обращаться со сварочным аппаратом умеет не каждый домашний мастер, а с механическим прибором будет намного проще разобраться.
  2. Можно получить трубы с точным соблюдением первоначально запланированного размера. Это очень важно, если нужно получить несколько одинаковых элементов, например, для строительства теплицы.
  3. Металл сохранит свои характеристики, и на нём не будет заломов и трещин. Это позволит качественно провести работу и получить отличный материал для каркаса навеса или теплицы.

  Медные трубы сгибать намного проще, чем стальные, поэтому для них можно использовать ручные инструменты. Для работы с профильными трубами применяется трубогиб с роликовым механизмом: он был специально разработан для таких заданий и является максимально удобным вариантом.

  Самая распространённая модель станка такого типа — «ПГ-1»: три ролика, установленных на станине, дают возможность согнуть трубу квадратного сечения до состояния полного кольца.

  Трубогиб «ПГ-2» стоит почти в полтора раза дороже, такой станок предназначен для труб большего размера сечения и более прочных металлов. Мощная конструкция даёт возможность сгибать трубы, профиль которых составляет 30 на 60 мм.

  Самые простые способы согнуть профильную трубу вручную

  Как согнуть трубу для навеса, если ни сварочный аппарат, ни современные трубогибы недоступны? Есть несколько способов гибки, которые можно проводить в обычной мастерской. Хотя они не могут похвастаться повышенной точностью, некоторый навык и народная смекалка позволяет получать неплохой результат.

  Гибка труб из меди с помощью воды и болванки. Способ очень похож на вариант с песком, но использование сварочного аппарата не является обязательным. Конец трубы закрывается заглушкой, после чего внутрь заливается холодная вода.

  Труба закрывается второй заглушкой и выносится на мороз. Когда вода превратится в лед, трубу можно будет без проблем согнуть на болванке, такую работу можно проводить вручную. Со стальными изделиями метод результатов не даст.

  

  Гибка с применением пружины квадратного сечения. Согнуть её можно из обычной проволоки, а затем она позволит придать трубе нужный изгиб.

  Пружина вставляется в трубу, с помощью паяльной лампы нужное место изгиба прогревается и становится более пластичным. После этого с помощью болванки можно без особых затруднений придать ей подходящую форму

  Такие методы всегда дают только относительный результат. На станке результат будет точнее, а домашняя работа во многом зависит только от опыта мастера. Кустарные методы подходят для создания обычных каркасов для теплиц и парников, но при строительстве сложных инженерных сооружений они могут оказаться бесполезными.

  Приобрести стационарный заводской трубогиб могут себе позволить далеко не все, но можно без проблем воспользоваться услугами специалистов в этой области. Если нужно согнуть трубы, лучше доверить такую работу специалистам, чтобы потом не сомневаться в прочности несущего каркаса.

  Профильные трубы дают возможность воплощать различные строительные проекты и интересные решения, а правильно выполненные изгибы позволят возводить навесы и другие каркасные пристройки с криволинейными элементами.

  0 0 голоса

  Рейтинг статьи