Расчет балок из труб на изгиб и прогиб; калькулятор онлайн

Расчет балок из труб на изгиб и прогиб – калькулятор онлайн

Нагрузка балок может быть распределённой (“q” на схемах 3,4,5,9,15 и др.) или сосредоточенной (“P” на схемах 1,2,6,7,8 и др.).

Крепление балок может быть:

1. консольным с жесткой заделкой одного из концов (например, схемы 1,2,3 и другие);
2. “заделка – заделка”, когда оба конца балки из трубы жестко защемлены (заделаны), схемы 6, 7, 8, 9;
3. “шарнир – шарнир”, (схемы 12, 13, 14, 15 и другие), причём левый шарнир неподвижный, а правый подвижный;
4. “заделка – шарнир” (схемы 9, 10, 11 другие).

Жесткая заделка предотвращает поворот балки из трубы и перемещение её в любом направлении. Неподвижный шарнир допускает только поворот трубы в месте крепления в вертикальной плоскости.

Подвижный шарнир допускает поворот трубы в месте крепления в вертикальной плоскости и перемещение вдоль её собственной оси. Эти перемещения весьма незначительны и являются следствием деформации трубы под нагрузкой.

Жесткая заделка трубы предотвращает ее поворот и перемещение в любом направлении. Неподвижный шарнир допускает только поворот трубы в месте крепления в вертикальной плоскости.

Подвижный шарнир допускает поворот в месте крепления в вертикальной плоскости и перемещение вдоль её собственной оси. Эти перемещения весьма незначительны и являются следствием деформации балки из трубы под нагрузкой.

Основным видом этой деформации является её прогиб, величина которого наряду с приложенной нагрузкой зависит также от ее длины, размеров её поперечного сечения и физических характеристик материала, в данном случае от его модуля упругости (“E”). Модуль упругости углеродистой стали равен (2-2.1) * 10 ^ 5 MПа; легировнной (2.1 – 2.2) * 10 ^ 5 MПа; поэтому в калькуляторе принято среднее значение 2.1 * 10 ^ 5 MПа, что составляет 2142000 кг.см2.

Из размерных характеристик поперечного сечения трубы для расчёта прогиба используется момент инерции сечения (“I”); величина прогиба зависит также от положения проверяемой точки трубы относительно опор.

Допустимая величина прогиба балок определяется их назначением и местом в строительных конструкциях и регламентируется соответствующим СНиП; в легких случаях она не должна превышать 1/120 – 1/250 длины трубы.

Поэтому настоятельно рекомендуется проверять результаты расчета на допустимость.

Свойства сгибаемого металла

Металл имеет свою точку сопротивления, как максимальную, так и минимальную.

Максимальная нагрузка на конструкцию приводит к деформациям, ненужным изгибам и даже изломам. При расчетах обращаем внимание на вид трубы, сечение, размеры, плотность, общие характеристики. Благодаря этим данным известно, как поведет себя материал под воздействием факторов окружающей среды.

Учитываем, что при давлении на поперечную часть трубы напряжение возникает даже в точках, удаленных от нейтральной оси. Зоной наиболее касательного напряжения будет та, которая располагается вблизи нейтральной оси.

Во время сгибания внутренние слои в согнутых углах сжимаются, уменьшаются в размерах, а наружные слои растягиваются, удлиняются, но средние слои сохраняют и после окончания процесса первоначальные размеры.

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.

Беседка из профильной трубы

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.

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.

Как сделать правильные расчеты

Расчет профильной трубы на прогиб – это определение степени максимального напряжения на конкретную точку трубы.

У каждого материала существуют показатели нормального напряжения. Они не влияют на само изделие. Чтобы правильно сделать расчеты, следует применить специальную формулу. Нужно следить за тем, чтобы показатели не превышали максимально допустимые значения. По закону Гука возникающая сила упругости прямо пропорциональна деформации.

При расчете изгиба необходимо также применять и формулу напряжения, которая выглядит как М/W, где М – показатель изгиба по оси, на которую и приходится усилие, а вот W – это показатель сопротивления изгиба по этой же оси.

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).

Обращаю ваше внимание, что в нецелых числах необходимо ставить точку, а не запятую, то есть, например, 5.7 м, а не 5,7. Также, если что-то не понятно, задавайте свои вопросы через форму комментариев, расположенную в самом низу.

Исходные данные

Длина пролета (L) — пролет через который переброшена балка или длина консоли.

Расстояния (A и B) — расстояния от опор до мест приложения нагрузок. Для 3 схемы А равна длине консоли балки, опирающейся на 2 опоры.

Нормативная и расчетная нагрузки — нагрузки, на которые рассчитывается квадратная труба. Рассчитать их можно с помощью следующих материалов:

F_max — максимально допустимый прогиб, подбираемой по таблице E.1 СНиПа «Нагрузки и воздействия», в зависимости от вида конструкции. Некоторые значения этого показателя приведены в таблице 1.

Таблица 1. Максимальный прогиб для некоторых конструкций согласно СНиП.

1. Без скобок F_max указан для пролета, в скобках — для консоли.

2. В случае промежуточных значений длины пролета L максимальный прогиб F_max находится по линейной интерполяции.

Количество труб — обычно указывается одна балка, но если есть желание ее усилить и положить рядом еще одну такую же балку, то следует выбрать в графе «две».

Расчетное сопротивление R_y — данный параметр зависит от марки стали. Основные значения этого показателя приведены в таблице 2.

Таблица 2. Расчетное сопротивление стали по ГОСТ 27772-88.

Размер трубы — здесь необходимо выбрать тот размер трубы, который вы хотите проверить на заданные нагрузки.

Результат

Вес балки — масса 1 погонного метра трубы.

W_треб — требуемый момент сопротивления профиля.

F_max — максимальный прогиб в сантиметрах, который допустим для балки, перекрывающей пролет длиной L.

Расчет по прочности:

W_балки — момент сопротивления выбранной трубы по ГОСТ 30245-2003. Если W_балки > W_треб, значит прочность балки обеспечена.

Запас — если в данной графе значение с минусом (-) , то балка по прочности не проходит, а если с плюсом (+) , то здесь показано, на какой процент балка имеет запас прочности.

Расчет по прогибу:

F_балки — прогиб, возникающий у рассчитываемой трубы под действием нормативной нагрузки.

Запас — то же самое, что и по отношению к моменту сопротивления.

Рассчитывать нагрузку обязательно?

Популярность профильных труб объясняется низкой стоимостью, небольшой массой, высокой прочностью при изгибе. Выбирая прокат с прямоугольным или квадратным сечением, большинство заказчиков понимают важность расчета нагрузки на профильную трубу. Учитывается соответствие линейных размеров профилей к возможной силе механического воздействия на деталь.

Что будет, если не учесть возможного воздействия тяжести на конструкцию? О таком думать даже нельзя, поскольку при воздействии максимально допустимого веса возможны 2 варианта:

• безвозвратный изгиб трубы, поскольку она потеряет свою упругость;
• разрушение целой конструкции, что чревато негативными последствиями.

Не всегда требуется расчет

Если вы решили использовать профильную трубу для сооружения калитки, ограждения, перил, то расчет на изгиб проводить не обязательно, поскольку нагрузка на такие системы – минимальная.

Строения из профильной трубы

Выше упоминалось, что из прямоугольных труб можно изготавливать самые разные металлоконструкции.
Изготавливая конструкцию из металлического профиля, необходимо особое внимание уделить расчетам. Правильные расчеты обеспечат надежность строения.

Если говорить о легких конструкциях, на которые не воздействуют небольшие нагрузки, то здесь расчеты, безусловно, должны быть произведены, но, даже если в них будут какие-либо ошибки, то это не критично. Нельзя допускать ошибок при расчетах нагрузок, в том числе, связанных с изгибом труб, если сооружаются серьезные здания.

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.