Расчет нагрузки на профильную трубу

Чтобы знать, для чего нужен расчет нагрузки на профильную трубу, посмотрим, где она используется.

Стояки с профильным сечением нашли свое применение в различных сферах жизнедеятельности человека.

С их помощью:

• монтируются навесы на балконах, верандах, возле частных домов;
• собираются лестницы, подиумы, сцены.

На аналогичных конструкциях размещают барные стойки, телевизионные подставки, поручни, аквариумы. Без них нельзя обойтись в строительстве.

Особую популярность детали приобрели при сооружении объектов в сельском хозяйстве. Они незаменимы при возведении ангаров для хранения зерна, складов, гаражей, иных зданий.

Этот список можно продолжать, но главное, что нужно запомнить:

чтобы конструкции были безопасными, надежными, служили долго необходимо провести расчет вертикальной нагрузки на профильную трубу. Если этого не сделать, то система может не выдержать веса, что приведет к нежелательным последствиям.

Какие характеристики профильных труб влияют на массу?

Наиболее востребованными разновидностями этой металлопродукции являются изделия с прямоугольным и квадратным профилем.

Размеры

Это определяющие факторы, и к ним относятся: ширина и высота поперечного сечения, толщина стенки. Углы профильных изделий могут быть четкими прямыми или скругленными. Скругленность незначительно влияет на вес погонного метра, особенно в случае маломерных изделий. Сортамент квадратных и прямоугольных стальных труб, предназначенных для создания металлоконструкций, определяется ГОСТом Р 54157-2010.

Плотность стали

Усредненно для расчетов плотность стали принимают равной 7850 кг/м 3 . Но, в зависимости от содержания углерода, эта величина изменяется: чем выше процентное соотношение углерода в сплаве, тем меньше масса металла.

Таблица плотности различных марок стали

3. Почему важно знать плотность стали.

Удельная плотность стали – параметр который является отношением веса материала, необходимый для того, чтобы заполнить объём одного метра изделия. Удельная плотность материала измеряется в следующих единицах:

• по абсолютной физической системе единиц (СГС) — 1 г/см³;
• по международной системе единиц (СИ) — 1 кг/м³.

Параметр удельной плотности прямо пропорционален весу 1 метра профильной трубы, соответственно, чем выше будет этот показатель, тем больше будет вес погонного метра. Для стальных металлоизделий удельная масса условно принято данное значение в диапазоне от 7500 до 7850 кг/м³. В зависимости от содержания углерода и легирующих элементов, эта величина может изменяться. В усредненных расчетах веса профильных труб плотность принимают равной 7850 кг/м3.

4 Расчет веса профильной трубы по формуле

Расчет профильной трубы по формуле основан на вычислении объема металла стенок отрезка изделия длиной 1 м. При умножении этой величины на плотность используемого для изготовления проката сплава получают теоретический вес 1 м трубы. Умножением этого веса на общую длину изделия определяют его массу. Формула расчета 1 м профильной трубной продукции следующая:

m – масса 1 м трубы, в кг;

h – толщина стенки профильного изделия, в м;

A и B – длины сторон (высота, ширина) профиля, в м;

q – плотность металла (стали 7850 кг/м 3 ).

Пример расчета теоретического веса профильной трубной продукции. Определим массу стальных изделий 120x120x7 мм длиной 200 м. Для этого сначала переведем все размеры в метры. Тогда A и B будут равняться 0,12 м, а h – 0,007 м.

m = 2*0,007*(0,12+0,12)*7850 = 26,376 кг – вес 1 погонного метра трубы 120x120x7.

Определяем общую массу для 200 метров:

26,376*200 = 5275,2 кг

Полученный по формуле теоретический вес 1 м отличается от табличного значения, взятого из ГОСТа – 24,18 кг. Такое несоответствие обусловлено тем, что предложенная формула для расчета не учитывает наружные и внутренние закругления по углам профиля реальной трубы. Вычисления велись для изделия правильной геометрической формы (с прямыми углами), но такая продукция на самом деле не выпускается. А теоретические величины для таблиц ГОСТа рассчитывались с учетом реальной геометрии профиля трубной продукции, поэтому они более точные. Так как используемые при этих вычислениях формулы гораздо сложнее приведенной выше и требуют значительного большего времени для расчетов, то мы их не приводим. В условиях, когда под рукой не окажется интернета и справочников будет достаточно упрощенного быстрого подсчета, чтобы определить приблизительный вес трубы. А точную массу лучше выяснять посредством взвешивания продукции.

Необходимость определения фактической массы

Все таблицы предоставляют теоретический вес профильной трубы, однако фактический вес может отличаться в пределах 12 % в любую сторону. Основные факторы, что влияют на фактический вес изделия – это:

• Размеры сечения;
• Толщина стенки (к примеру, труба 100х100х5 будет иметь больший вес в сравнении с изделием 100х100х4);
• Плотность металла, используемого для изготовления металлопродукции.

В зависимости от фактического веса одного погонного метра материала, будут отличаться его физико-химические свойства. Именно поэтому очень важно правильно определить требуемый вес одного погонного метра профильной продукции при проектировании здания. Ведь не секрет, что наиболее часто профильная продукция используется в строительстве и от верности расчетов зависит прочность и надежность конструкции. Оптимально проведенный расчет позволяет зданию выдерживать значительные нагрузки и не приводит к чрезмерному удорожанию материалов. Определить вес одного погонного метра трубной продукции достаточно сложно, потребуются не только знания, но и практические навыки.

Однако это очень важное умение, которое поможет уберечь себя от недобросовестных продавцов металлопроката. Достаточно часто встречаются профили с различной толщиной металла. С краю, где выполняются замеры, толщина одна, а внутри совершенно другая. Особенно таким грешат китайские производители. Выявить подобного рода недостатки невозможно ни визуально, ни на ощупь. Единственным выходом может стать проверка по формуле. Ведь в случае использования профилей с недостаточной толщиной в качестве опоры, это может иметь серьезные последствия.

Как производятся?

Изготовление труб происходит с помощью электросварки, именно поэтому качество и прочность изготовленной трубы зависит от качества швов. Благодаря современным технологиям производство материалов высокого качества — это налаженный механизм. Качественный шов на месте сварки позволяет использовать профильные трубы в дизайне интерьеров, а также создавать конструкции для декоративных целей.

Обработка профильных труб при производстве может быть двух видов: холоднодеформирующей или горячедеформирующей. В случае горячедеформирующей обработки, труба подвергается нагреву, а затем охлаждается. У таких труб внутреннее напряжение меньше, что позволяет материалу лучше сохранять свою форму при использовании.

Особенности гибки труб

В настоящее время все чаще при монтаже труб как в промышленности, так и в быту применяют гибку , для того, чтобы избежать применения фитингов, резьбовых соединений и возможных проблем с герметизацией.

Требуемая конфигурация трубе придается без применения сварки путем деформации. Важно тщательно контролироватьскоростьпроцессагибки, угол изгиба, учитывать свойства материала, его толщину и хрупкость. Во время сгибания на материал трубы влияют сразу две силы: растяжения и сжатия. Слишком сильное воздействие может привести к сминанию или разрыву. При неправильном выполнении операции можно получить микротрещины, которые ослабляют металл, влияют на его прочность и срок эксплуатации. Вот почему нужно контролировать усилия и радиусы загибов металла. Радиус загиба не может быть меньше толщины заготовки, чтобы избежать трещин на внешней стороне и множественных складок на внутренней стороне трубы.

Во избежание деформаций при значительных изгибах в трубы засыпают песок и другие наполнители. Можно греть трубу, нагрев предварительно место деформации паяльной лампой, с помощью газовой горелки. При этом процесс нагрева осуществляется интуитивно, нет каких-либо приборов для определения температуры металла.

Гибка водопроводных, канализационных, газовых труб, осуществляемая с помощью трубогибов, происходит под контролем, с минимальными затратами, результат в этом случае более соответствует желаемым требованиям, металл меньше «травмируется».Современныетрубогибы бывают ручными, гидравлическими и электрическими. Для работы с мягкими материалами, такими как медные, алюминиевые, стальные, ПВХ трубы можно использовать ручной трубогиб, он компактен и недорог. Их устройство несложно, воздействие силы на рычаг приводит к изгибу трубы, но радиус такого изгиба не поддается точному контролю, и таким механизмом сложно выполнить несколько изгибов на одном отрезке трубы.

Более универсален и не требует физических усилий инструмент с гидравлическим приводом. Он также прост в использовании, отличается высокой скоростью и мобильностью, может сгибать трубы значительной толщины.

Чтобы добиться максимальной точности результата применяют электротрубогибы. Принцип их работы обеспечивает отличную сохранность свойств материала и самый точный угол сгиба труб. Электрогидравлические трубогибы стационарны и довольно дороги.