Растяжение труб при изгибе
Содержание:
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:
L=0,0175∙R∙α+l, где
- 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:
А=π∙α/180(R+DH/2), где
- 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.
Источник
Компенсатор на теплотрассе
Неверно не раз замечали такую картину: идет теплотрасса или водопровод, ровно, потом раз, загибается туда-сюда образуя п-образный изгиб, причем такие изгибы можно наблюдать часто, через некоторые промежутки. Регулярно проезжаю такие теплотрассы, этот вопрос все меня мучал.
Так зачем это делается?
Моим предположением было — это делается для выравнивания давления или скорости теплоносителя в трубопроводе. На самом деде нет.
Я проходил практику на местной ТЭЦ , по направлению экология. Там нас курировал один инженер- теплотехник, который как раз проектировал трассы. Хорошее место, рассказывал что спроектировал и пустил трассу на одной из улиц города, за одно и свой дом подключил. Задал ему наболевший вопрос.
Так вот, такие изгибы, которые мы можем часто видеть на трубопроводах, делаются для компенсации линейного расширения труб. Стальные трубы, при различных режимах работы, нагреваются и охлаждаются, из-за этого расширяются и сужаются , меняется их длина.
Регулирование подачи тепла в жилые здания в зависимости от температуры воздуха на улице осуществляется за счет изменения расхода теплоносителя — больше -теплее, меньше -холоднее. Это называется — качественное регулирование. Это, а также погода на улице, изменяют температуру стальных конструкций трубопроводов.
Мы этого конечно не видим, эти изменения весьма небольшие. Но тем не менее, это может привести к деформации и поломке трубопровода: разгерметизации сварных швов, появлению изгибов, изломов, трещин. Эти п-образные изгибы называются компенсаторами. На стадии проектирования, на основании расчетов о расширении труб с использованием уже известных данных о поведении различных марок стали, они закладываются там, где это необходимо.
Монтаж компенсатора трубопровода
При монтаже трубопроводов, компенсаторы предварительно расширяют за счет упругости металла. С одной стороны компенсатора устанавливается неподвижная опора, с другой подвижная. Так вот, когда изменяется длина трубы при изменении ее температуры, компенсация этого изменения происходит на участке этой трубы до неподвижной опоры компенсатора, на следующем участке-до следующего компенсатора.
Иногда простые повороты и изгибы труб играют роль компенсаторов, в таком случае данный участок трассы считается безопасным, и дополнительные компенсаторы сюда не ставят.
Кстати, в во всех больших проектах тоже обязательно учитывают расширение материалов. Во всех больших по размеру объектах, например небоскребы, рельсы, мосты, предусматриваются мероприятия по уравновешиванию изменений геометрических размеров.
Учитывая коэффициент расширения стали, из которой делают рельсы, путем упрощенных расчетов можно установить, что километр рельсы на жаре (возьмем увеличение температуры на 5 градусов) может удлинится на 8 см! И если рельсы стоят в стык и жестко закреплены, с ними может произойти то, что изображено на картинке
Исчточник: Яндекс картинки
Я читал, что здание Пентагона на самом деле разделено на секции, они соединены термо-компенсационным швом, который выполняет такую же роль, как компенсаторы на трубах. Именно благодаря этому шву, разрушения после атаки самолета были гораздо меньше, часть разрушенного здания не привела к деформированию других секций.
Источник
Трубопровод, уложенный в грунт, находится под воздействием внешних сил. Эти силы вызывают сложные напряжения в теле трубы и стыковых соединениях.
В результате действия внутреннего давления в теле трубы возникают следующие главные нормальные напряжения; продольные, кольцевое, радиальное. (см. рис. 1).
2.1. Определяется радиальное напряжение, обусловленное внутренним давлением, равное ему по величине и противоположное по направлению
Рис.1. Напряжение в теле трубы
2.2. Определяется по формуле Мариотта кольцевое напряжение, возникающее в трубе под действием внутреннего и внешнего давлений.
Где d – внутренний диаметр трубы, м
= 240,0
2.3. Определяется продольное напряжение, возникающее от внутреннего давления
где μ – коэффициент Пуассона (коэффициент поперечного сужения при продольном растяжении). Для стали μ = 0,3
= 72,0 МПа
2.4. Определяется по формуле Гука продольное напряжение, возникающее вследствие изменения температуры трубопровода
Где α – коэффициент линейного расширения металла, град-1. Для стали α = 000012 град-1 =
E – модуль упругости стали при растяжении, сжатии и изгибе трубы (модуль Юнга), МПа.
T1 – наименьшая температура грунта на глубине укладки трубы, К;
T1 = +279 К.
T2 – температура воздуха во время укладки трубопровода в траншею, К;
T2 = +288 К.
2.5. Определяются продольные напряжения, появляющиеся в трубе при ее холодном упругом изгибе, который является следствием неровностей рельефа
Где ρи — радиус изгиба трубы, м. В соответствии со СНиП III – 42-80* радиус изгиба трубы равен не менее 1000 Dy – условный диаметр трубопровода. У проектируемого газопровода ρи = 1000 м.
Проверка прочности трубопровода при эксплуатации
При эксплуатации трубопровода совместное действие внутреннего давления и изгибающих условий может вызвать гораздо большие суммарные напряжения в продольном направлении трубы, чем в момент испытаний. Уязвимым местом трубопровода в этом случае могут оказаться поперечные сварные швы. Прочность поперечных сварных швов в наиболее тяжелый период эксплуатации проверяют из условия, что суммарная продольная нагрузка должна быть меньше расчетного сопротивления трубы (так называемой несущей способности трубы).
Где np, nt, npи – коэффициенты перегрузки, которые при учете совместного действия могут быть приняты равными единице.
Тогда
Вывод:
Прочность трубопровода при эксплуатации обеспечена.
Таблица вариантов
| Вариант | ||||||||||
| Диаметр трубопровода D, м | 0,377 | 0,82 | 0,53 | 1,02 | 0,63 | 0,72 | 0,72 | 0,53 | 0,426 | 0,63 |
| p, МПа | 5,5 | 7,6 | 5,8 | 5,6 | 5,2 | 5,6 | 6,0 | 5,6 | 5,5 | 7,6 |
| t1 | 4,5 | 3,5 | ||||||||
| t2 | 15,5 | |||||||||
| pи, м | ||||||||||
| Категория участка | I | II | III | IV | I | II | III | IV | I | II |
| Вариант | ||||||||||
| Диаметр трубопровода D, м | 1,02 | 0,426 | 0,63 | 1,22 | 1,22 | 1,42 | 0,53 | 1,22 | 0,426 | 0,325 |
| p, МПа | 5,8 | 5,6 | 5,0 | 7,6 | 5,4 | 7,6 | 5,2 | 7,6 | 5,4 | 5,6 |
| t1 | 3,8 | 4,2 | ||||||||
| t2 | 11,5 | |||||||||
| pи, м | ||||||||||
| Категория участка | III | IV | I | II | III | IV | I | II | III | IV |
| Вариант | ||||||||||
| Диаметр трубопровода D, м | 0,82 | 0,377 | 1,22 | 0,72 | 0,377 | 1,22 | 0,63 | 0,82 | 1,22 | 1,42 |
| p, МПа | 5,5 | 7,6 | 5,2 | 7,6 | 5,4 | 5,6 | 4,8 | 5,6 | 5,0 | 7,6 |
| t1 | ||||||||||
| t2 | ||||||||||
| t2 | ||||||||||
| Категория участка | I | II | III | IV | I | II | III | IV | I | II |
Читайте также:
Рекомендуемые страницы:
©2015-2020 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-12-07
Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных
Поиск по сайту:
Источник
Предел прочности асбестоцемента как на растяжение, так и на изгиб зависит от степени совпадения напряжения с преимущественной ориентировкой волокон.
Приводимые ниже величины предела прочности характерны для асбестоцементных изделий, испытывающих напряжения, направление которых совпадает с направлением преимущественной ориентировки волокон. Для получения величин пределов прочности при растяжении асбестоцемента в направлении, перпендикулярном направлению преимущественной ориентировки волокон, эти величины следует умножить на следующие поправочные коэффициенты:
для асбестоцемента, изготовленного на 5-м и 6-м сортах
асбеста …………………..0,9
то же, на 3-м и 4-м сортах асбеста………..0,8
Предел прочности асбестоцемента на растяжение в направлении преимущественной ориентировки волокон асбеста характеризуется следующими данными:
а) асбестоцементные водопроводные трубы с объемным весом 1,8—1,9 г/см3, изготовленные на 3-м и 4-м сортах асбеста с небольшой добавкой 5-го сорта, имеют предел прочности при растяжении 240—260 кг/см2;
б) асбестоцементные канализационные трубы с объемным весом 1,6—1,7 г/см3, изготовленные на асбесте 3, 4 и 5-го сортов, —180— 200 кг/см2.
Предел прочности асбестоцементных изделий, изготовленных на песчанистом портландцементе, непосредственно после выгрузки из автоклава, при равенстве их объемного веса, выше предела прочности асбестоцемента на портландцементе 28-суточной выдержки примерно на 10—20%.
Предел прочности при изгибе — основной прочностной показатель асбестоцементных листовых изделий и по этому показателю рассчитывается их несущая способность (максимальный изгибающий момент, который они могут выдержать в строительных конструкциях).
Как известно, в изгибаемом теле возникают сложные напряжения. Основные из них — растяжение и сжатие. Поскольку предел прочности на растяжение при изгибе асбестоцемента примерно в три раза ниже предела его прочности при сжатии, он всегда разрушается по растянутой зоне, и расчетной величиной его является предел прочности на растяжение при изгибе. При применяемых методах расчета она не совпадает с величиной предела его прочности при чистом растяжении. Объясняется это следующим.
При подсчете напряжений, которые возбуждает в асбестоцементных изделиях действующая на них изгибающая нагрузка, обычно используют формулы, составленные для идеально упругого материала. Но асбестоцемент не идеально упругий материал, и при расчете по этим формулам получаются завышенные значения напряжений в его растянутой зоне. В связи с этим расчетный предел прочности в растянутой зоне при изгибе асбестоцемента, который мы будем обозначать Rи, выше предела его прочности при чистом растяжении Rr примерно на 70—80%, т. е. Rиз = (1,70—1,80)R’r.
При применяемых методах расчета пределы прочности на изгиб Rиз асбестоцемента характеризуются следующими величинами:
а) непрессованный асбестоцемент с объемным весом 1,5—1,6 г/см:*, для изготовления которого применялся асбест 5-го и 6-го сортов:
в профилированных изделиях — 170—200 кг/см2;
в плоских листах — 190—230 кг/см2;
б) непрессованный асбестоцемент такого же объемного веса, но изготовленный на асбесте 4-го и 5-го сортов:
в профилированных изделиях — 200—220 кг/см2;
в плоских листах — 220—270 кг/см2;
в) прессованный асбестоцемент с объемным весом 1,9—2 г/см3, изготовленный с применением асбеста 5-го и 6-го сортов, в плоских листах 300—350 кг/см2;
г) прессованный асбестоцемент того же объемного веса в плоских листах, но изготовленный на смеске 3, 4 и 5-го сортов, 360—450 кг/см2;
д) асбестоцементные трубы при их изгибе в направлении преимущественной ориентировки волокон асбеста:
водопроводные с объемным весом 1,8—1,9 г/см3, изготовленные на асбесте 3-го и 4-го сортов с небольшой добавкой асбеста 5-го сорта, 450—530 кг/см2;
канализационные с объемным весом 1,6—1,7 г/см3, изготовленные на смеске асбеста 3, 4 и 5-го сортов, 320—400 кг/см2 ;
е) асбестоцементные трубы при изгибе в направлении, перпендикулярном направлению преимущественной ориентировки в них волокон асбеста:
водопроводные с объемным весом 1,8—1,9 г/см3—300—350 кг/см2;
канализационные с объемным весом 1,6—1,7 г/см3 — 210— 250 кг/см2.
Изгибающим нагрузкам асбестоцементные трубы подвергаются в подземных трубопроводах, где на них давит лежащий выше грунт (при неравномерной осадке лежащего ниже грунта). В этих условиях труба работает как балка, и возбуждаемые в ней напряжения перпендикулярны направлению преимущественной ориентировки волокон асбеста. При отсутствии же просадки грунта давление лежащего выше грунта на трубу возбуждает в ней напряжения изгиба, совпадающие с направлением преимущественной ориентировки волокон.
Источник