Профильная труба на растяжение
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.
Какая нагрузка действует на профильную трубу
На профилированную трубу действуют внешние механические силы: вес конструкций, тяжесть снега, ветровые воздействия и т. п.
При этом у каждого изделия существует максимальное значение сопротивления. Например, показатель нагрузки, которую профиль выдерживает на изгиб. При достижении максимальной величины конструкция теряет прочность и начинает деформироваться вплоть до разрыва.
Такое значение необходимо точно определять ещё на стадии проектирования монтажных работ. Оно вычисляется расчетными методами, с помощью справочных сведений, цель которых – помочь выяснить необходимые параметры профиля: сечение, толщину металла. Исходными данными при этом служат прочностные характеристики материала и типы предстоящих нагрузок.
Можно ли обойтись без расчетов
Простые бытовые конструкции (легкие оградки) изготавливают с запасом прочности, избегая расчетов. Расходы на такие сооружения будут невелики, и утруждать себя трудоемкими расчетами нет смысла.
Однако более сложные конструкции (навесы, террасы, теплицы), которые могут рухнуть, сломаться под порывом ветра, от снега, под весом элементарного оборудования, уже нуждаются в простейшем расчетном определении.
Что произойдет если не рассчитать нагрузку
Пренебрежение этим правилом приводит в лучшем случае к потере времени и денег на устранение последствий поломки сооружения. Более серьезные последствия могут возникнуть при обрушении крыши или всей металлоконструкции, в том числе при неожиданно сильном снегопаде или ветре. Вертикальные столбы могут быть повреждены случайным механическим ударом, например, паркующегося автомобиля.
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).
Максимальные нагрузки
Чтобы правильно подобрать трубу для использования, надо знать предельный вес, который должна выдерживать балка или опора в данном месторасположении.
Эта величина выражается в виде сосредоточенной силы, приложенной в центре пролета.
Под давлением указанной силы балка прогнется, но после окончания воздействия возвратится в прежнее состояние (на фото). Превышение наибольшего значения сломает несущую.
В бытовой практике часто встречается распределенная нагрузка, равномерно воздействующая на всю длину балки.
Отсюда напрашивается вывод о том, что пролеты не должны быть излишне большими. Установление мощной балки может перекрыть её достоинства ценой вопроса и общим утяжелением конструкции. Разумнее установить дополнительные опоры, что позволяет увеличить допустимый вес на перекрытие.
Для определения величины предельных нагрузок можно воспользоваться различными справочными данными в интернете.
Допустимые радиусы сгиба исходя из прочности материала
Радиус изгиба профиля зависит от внешнего сечения DN, толщины материала, его плотности и гибкости.
Государственные стандарты устанавливают минимальные значения радиусов изгиба для профилированных труб. Их допустимый размер во многом обусловлен способом загиба детали.
- Если загиб производят нагреванием заготовки, или путем набивания её песком, радиус загиба должен составлять не менее 3,5 DN.
- Загиб на гибочном оборудовании без нагрева возможен с минимальным радиусом 4 DN.
- Если в технологическом процессе используется печной нагрев, допускается значение в 2,5 DN.
- Важным условием гнутья является утончение стенок изделия в площади операции не более, чем на 15%.
Расчетные схемы нагрузки
Процесс расчета любого профиля начинают с подбора расчетной схематичной модели.
Перед началом вычислений собирают нагрузку, которая будет действовать на перекрытие.
Затем производят чертеж эпюры с учетом схемы загрузки и опор балки.
Далее с использованием заданных параметров, сведений из таблиц сортаментов, приводимых в ГОСТах, производят соответствующие вычисления.
Для их простоты и оперативности можно воспользоваться онлайн калькуляторами, которые оснащены программами с готовыми формулами.
Методы расчета нагрузок
Применяют следующие способы определения допустимых нагружений:
- С помощью интернет калькулятора.
- На основании справочных таблиц.
- По формулам напряжения при прогибе профиля.
Перед вычислениями рекомендуется составить чертеж будущего каркаса, определиться с типами нагрузок.
Если деталь крепится с одного конца, рассчитывают элемент на изгиб. При креплении на опорах вычисляют прогиб.
С помощью справочных таблиц
Вариант с таблицами уже рассчитанной максимальной нагрузки наиболее простой и удобный для человека, малознакомого с сопроматом и расчетами. В них размещены уже готовые результаты вычислений для конкретных видов профильных элементов.
Для квадратных профилей
Для прямоугольных балок
Пользователь сразу видит предельное значение, которую выдерживает труба с определенными параметрами при заданной длине пролета. Может самостоятельно сравнить и проанализировать данные, выбрать оптимальный вариант.
К примеру, квадратный профиль 40×40 с толщиной материала 3 мм в пролете длиной 2 м выдержит 231 кг веса. Если расстояние между опорами увеличится до 6 м, допустимая нагрузка составит всего 6 кг.
Расчеты произведены с учетом веса самой трубы, величина нагрузки изображена сконцентрированной силой, примененной в точке середины пролета.
Для самостоятельных расчетов применяют данные из справочных таблиц ГОСТов. Так, параметр момента инерции квадратного профиля берется из ГОСТа 8639-82, прямоугольного сечения – из ГОСТа 8645-68.
Расчет по формуле максимального напряжения при изгибе
Для расчета профилированного элемента на изгиб используют формулу
σ = M/W.
Здесь М – величина изгибающего момента силы, а W – момент сопротивления сечения.
Из формулы видно: чем больше W, тем меньшие напряжения возникают в сечении балки.
Для получения значения М необходимо знать длину пролета и степень деформации материала. Последнее значение находят в таблицах сортаментов соответствующих ГОСТов.
Для расчета параметра W потребуются размеры балки. Полученные значения вводятся в формулу.
Как узнать правильность расчетов
Любой материал, из которого изготовляется профилированная балка, обладает значением нормального напряжения. Его силы располагаются перпендикулярно к сечению элемента. Этот показатель сравнивают с расчетным или практическим напряжением, не допуская его уменьшения.
Точности расчетов поможет создание эпюры – чертежа крепления детали на опорах, отражающего особенности профиля.
Заключение
Расчет допустимых нагрузок при строительстве ответственных объектов не должен содержать ошибок, которые могут дорого обойтись. Надеемся, что сегодняшняя статья поможет вам сделать правильные выводы и принять верные решения. Желаем успехов в строительных делах, подписывайтесь на наши статьи и делитесь полученными знаниями в соцсетях.
Загрузка…
Источник
Выбирая профильную трубу для несущих конструкций самостоятельно, заказчик понимает важность точных вычислений параметров и нагрузки. В этой статье мы попробуем разобраться, стоит ли экономить на расчетах.
С приходом лета начинается строительный сезон для компаний, владельцев коттеджей, дачных участков. Кто-то строит беседку, теплицу или забор, другие люди перекрывают кровлю или возводят баню. И когда перед заказчиком возникает вопрос о несущих конструкциях, чаще выбор останавливается на профильной трубе из-за низкой стоимости и прочности на изгиб при малом весе.
Какая нагрузка действует на профильную трубу
Другой вопрос, как рассчитать размеры профильной трубы так, чтобы обойтись «малой кровью», купить подходящую по нагрузке трубу. Для изготовления перил, оградок, теплиц можно обойтись без расчетов. Но если вы строите навес, кровлю, козырек, без серьезных расчетов нагрузки не обойтись.
Каждый материал сопротивляется воздействию внешних нагрузок, и сталь – не исключение. Когда нагрузка на профильную трубу не превышает допустимых значений, то конструкция согнется, но выдержит нагрузку. Если вес груза убрать, профиль примет исходное положение. В случае превышения допустимых значений нагрузки труба деформируется и остается такой навсегда, либо разрывается в месте сгиба.
Чтобы исключить негативные последствия, при расчете профильной трубы учитывайте:
- размеры и сечение (квадратное или прямоугольное);
- напряжение конструкции;
- прочность стали;
- типы возможных нагрузок.
Классификация нагрузок на профильную трубу
Согласно СП 20.13330.2011 по времени действия выделяют следующие типы нагрузок:
- постоянные, вес и давление которых не меняется со временем (вес частей здания, грунта и т.д.);
- временные длительные (вес лестницы, котлов в коттедже, перегородок из гипсокартона);
- кратковременные (снеговые и ветровые, вес людей, мебели, транспорт и т.д.);
- особые (землетрясения, взрывы, удар машины и т.д).
К примеру, вы сооружаете навес во дворе участка и используете профильную трубу как несущую конструкцию. Тогда при расчете трубы учитывайте возможные нагрузки:
- материал для навеса;
- вес снега;
- сильный ветер;
- возможное столкновение автомобиля с опорой во время неудачной парковки во дворе.
Для этого воспользуйтесь СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия». В ней есть карты и правила, необходимые для правильного расчета нагрузки профиля.
Расчетные схемы нагрузки на профильную трубу
Кроме типов и видов нагрузки на профили, при расчете трубы учитываются виды опор и характер распределения нагрузки. Калькулятор рассчитывает, используя только 6 типов расчетных схем.
Максимальные нагрузки на профильную трубу
Некоторые читатели задаются вопросом: «Зачем делать такие сложные расчеты, если мне нужно сварить перила для крыльца». В таких случаях нет необходимости в сложных расчетах с учетом нюансов, так как можно прибегнуть к готовым решениям (таб. 1, 2).
| 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 |
| 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 |
Пользуясь готовыми расчетами, помните, что в таблицах 2 и 3 указана максимальная нагрузка, от воздействия которой труба согнется, но не сломается. При ликвидации нагрузки (прекращение сильного ветра) профиль вновь обретет первоначальное состояние. Превышение максимальной нагрузки даже на 1 кг ведет к деформации или разрушению конструкции, поэтому покупайте трубу с запасом прочности, в 2 – 3 раза превышающим предельное значение.
Методы расчета нагрузок на профильную трубу
Для расчета нагрузок на профили используются методы:
- расчет нагрузки при помощи справочных таблиц;
- использование формулы напряжения при изгибе трубы;
- определение нагрузки при помощи специального калькулятора.
Как рассчитать нагрузку с помощью справочных таблиц
Этот метод точен и учитывает виды опор, закрепление профиля на опорах и характер нагрузки. Для расчета прогиба профильной трубы с помощью справочных таблиц необходимы следующие данные:
- значение момента инерции трубы (I) из таблиц ГОСТ 8639-82 (для квадратных труб) и ГОСТ 8645-68 (для прямоугольных труб);
- значение длины пролета (L);
- значение нагрузки на трубу (Q);
- значение модуля упругости из действующего СНиП.
Эти значения подставляют в нужную формулу, которая зависит от закрепления на опорах и распределения нагрузки. Для каждой расчетной схемы нагрузки формулы прогиба меняются.
Расчет по формуле максимального напряжения при изгибе профильной трубы
Расчет напряжения при изгибе вычисляется при помощи формулы:
Ризг= M/W,
где M – изгибающий момент силы, а W – сопротивление.
Согласно закону Гука сила упругости прямо пропорциональна величине деформации. Теперь подставляют значения для нужного профиля. Дальше формула уточняется и дополняется, исходя из характеристик стали для профильной трубы, нагрузки и т.д.
Юлия Петриченко, эксперт
Калькулятор для расчета нагрузки на профильную трубу
Расчет профильной трубы на прогиб – сложный и трудоемкий процесс. Для этого надо внимательно изучить ГОСТы и другие нормативные документы, изучить виды опор и нагрузок на будущую конструкцию, построить схему, добавить запас прочности. Малейшая ошибка при расчетах приведет к печальному финалу. Поэтому, не зная физики и Сопромата, лучше доверить расчеты ответственных конструкций (кровля, каркас) профессионалам. Они помогут провести точные расчеты при меньших затратах.
Если вы решили вопрос расчета нагрузки на профильную трубу, поделитесь опытом и расскажите, для чего вы ее использовали в комментариях!
Источник
Используя профильную трубу для создания несущих конструкций, в обязательном порядке должны выполняться расчеты на изгиб. Такой вид трубного проката применяется в промышленном, коммерческом и частном строительстве. Из него изготавливают навесы, всевозможные каркасные и лестничные конструкции, фермы, стеллажи, козырьки, тепличные сооружения, элементы кровельной системы, беседки. Поэтому без правильных и тщательных расчетов никак не обойтись. Превышение допустимого давления приведет к деформации или разрыву изделия в месте сгибания профтрубы.
Схема 1
Используя методы расчета нагрузок на профильную трубу, можно:
- сохранить первоначальную форму изделий;
- придать конструкции повышенной прочности;
- увеличить период эксплуатации;
- минимизировать расходы на материале;
- избежать негативных разрушительных последствий.
Какая нагрузка действует на профтрубу?
Важным критерием, который учитывается при подсчетах, является время воздействия и тип нагрузок. Данные показатели регламентированы СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия». Различают силу давления:
- Постоянные, когда масса и воздействующая сила не меняются на протяжении длительного временного периода. Воздействия создаются элементами здания (несущими и ограждающими конструкциями), грунтами, гидростатическим давлением.
- Длительные. Временные перегородки из ГКЛ, стационарное оборудование, складируемые материалы, а также как результат изменения влажности или усадки.
- Кратковременные. Оборудование, вес людей и транспортных средств, климатические, создаваемые снегом, ветром, перепадами температур, обледенением.
- Особые. Сейсмические и взрывные воздействия, влекущие изменения структуры грунта, результат столкновения транспортных средств и обусловленные пожаром.
В Своде правил представлены формулы для подсчета, таблицы и схемы по каждому типу нагрузок. Также берется в учет реалистичное сочетание все типов давления.
Показатели массы и нагрузки на изгиб
При расчете профильной трубы: масса и изгиб являются основными показателями. Знать вес погонного метра проката нужно, чтобы не ошибиться в прочностных значениях создаваемой конструкции. Метод определения направлен на подбор оптимального сечения трубного проката при разной его длине. Наглядный пример соотношений этих двух показателей представлен в таблицах ниже.
Табл.№1. Значения для изделий квадратного сечения:
Табл. №2. Значения для изделий прямоугольного сечения:
Методы и формулы для вычисления
Чтобы рассчитать прочность трубы профильной на изгиб необходимо определить максимальное напряжение на ту либо иную точку конструкции. Каждый вид материала, из которого изготавливается прокатная продукция, обладает индивидуальным показателем напряжения и точкой сопротивления. В учет берутся следующие параметры: вид проката, сечение, толщина стенки, общие характеристики. Владея такими данными, можно предположить, какие будут последствия от воздействия различных факторов, в том числе окружающей среды. При давлении на поперечную часть профтрубы напряжение создается даже в точках, которые удалены от нейтральной оси.
Получить данные можно разными способами:
- Берутся готовые показатели из строительных справочников и подставляются в формулу. Такие действия предусматривают выбор трубного проката в соответствии с указанными характеристиками, что позволяет делать самые точные подсчеты прогиба. ГОСТ 8639-82 (для изделий квадратного сечения) и ГОСТ 8645-68 (прямоугольного) регламентированы: момент инерции трубы (I), длину пролета (L), нагрузку (Q), модуль упругости в соответствии СНиП. Схемы вычислений индивидуальные и для каждого случая подбирается формула.
- Самостоятельно рассчитывается прочность на изгиб. В данном случае применим Закон Гука, который выражается формулой: Pизг = M/W, где Pизг — величина прочностного предела, M — изгибающий момент; W — сопротивление. Такие вычисления требуют дополнений: учитываются характеристики исходного материала, давления и т.д.
- При помощи калькулятора. В специальную расчетную таблицу вносятся исходные данные — длина пролета, нормативная и расчетная нагрузка, Fmax,количество изделий, расчетное сопротивление, параметры. После нажатия на клавишу «Рассчитать» выдается готовый результат.
Не стоит выполнять расчеты самостоятельно. Нужно уметь пользоваться ГОСТами, СНиПами и владеть сложной специфической техникой — сопроматом. При малейших неточностях в подсчетах не избежать серьезных последствий.
Проще применить один из калькуляторов для расчета нагрузки на профильную трубу:
https://www.rsi-llc.ru/calculator/
https://svoydomtoday.ru/building-onlayn-calculators/336-rschet-kvadratnoy-trubi-na-progib-i-izgib.html
https://trubanet.ru/onlajjn-kalkulyatory/raschet-balok-iz-trub-na-izgib.html
Также полезно будет просмотреть видео:
Оценка статьи:
Загрузка…
Источник