Прочность профильной трубы на изгиб таблица

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.

1. Если загиб производят нагреванием заготовки, или путем набивания её песком, радиус загиба должен составлять не менее 3,5 DN.
2. Загиб на гибочном оборудовании без нагрева возможен с минимальным радиусом 4 DN.
3. Если в технологическом процессе используется печной нагрев, допускается значение в 2,5 DN.
4. 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.

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.

Изобретение относится к строительству, в частности к металлическим профильным перфорированным балкам, предназначенным для устройства бетонных полов и основания. Технический результат заключается в создании надежной профильной балки, имеющей пониженную металлоемкость и простоту монтажа. Сущность изобретения заключается в том, что профильная балка для проведения бетонных работ включает наклоненные друг к другу две перфорированные боковые стенки с отходящими от каждой из них перфорированными основаниями, снабженными регулировочными винтами и соединенными поперечными стяжками, а также пластиковую вставку, установленную в желобе, образованном в верхней зоне пересечения стенок. При этом поперечные стяжки выполнены с по меньшей мере двумя отверстиями, расположенными с возможностью прохождения через них регулировочных винтов оснований балки. Одна из боковых граней пластиковой вставки имеет плоскую вертикальную поверхность, а другая — криволинейную с двумя вогнутыми поверхностями одинаковых размеров, размещенных на равных расстояниях от горизонтальной оси симметрии вставки. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Рисунок 1,Рисунок 2,Рисунок 3

Формула изобретения

1. Профильная балка для проведения бетонных работ, включающая наклоненные друг к другу две перфорированные боковые стенки с отходящими от каждой из них перфорированными основаниями, снабженными регулировочными винтами и соединенными поперечными стяжками, и пластиковую вставку, установленную в желобе, образованном в верхней зоне пересечения стенок, отличающаяся тем, что поперечные стяжки выполнены с по меньшей мере двумя отверстиями, расположенными с возможностью прохождения через них регулировочных винтов оснований балки, причем одна из боковых граней пластиковой вставки имеет плоскую вертикальную поверхность, а другая — криволинейную с двумя вогнутыми поверхностями одинаковых размеров и размещенных на равных расстояниях от горизонтальной оси симметрии вставки. 2. Профильная балка по п. 1, отличающаяся тем, что боковые стенки выполнены с трапециевидными изгибами, обращенными наружу или внутрь профиля балки. 3. Профильная балка по любому из пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что поперечные стяжки расположены с равным или переменным шагом по длине балки и выполнены в виде профильного элемента, длина которого превышает поперечный размер балки. 4. Профильная балка по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что криволинейная грань пластиковой вставки на середине высоты выполнена с выпуклой поверхностью радиусом кривизны R320 мм, краевые участки которой плавно переходят в вогнутые поверхности. 5. Профильная балка по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что нижняя и верхняя грани вставки выполнены выпуклыми с радиусом кривизны R14 мм. 6. Профильная балка по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что боковые стенки и основания изготовлены из холоднокатаной предварительно перфорированной ленты.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства, в частности к металлическим профильным перфорированным балкам, предназначенным для устройства бетонных полов и оснований. Наиболее близким аналогом является профильная балка для проведения бетонных работ, включающая наклоненные друг к другу две перфорированные боковые стенки с отходящими от каждой из них перфорированными основаниями, снабженными регулировочными винтами и соединенными поперечными стяжками, и пластиковую вставку (патент России 2094574, кл. Е 04 С 3/293, 27.10.97). Свободная установка пластиковой вставки в желобе известной балки из-за возможных отклонений в размерах не обеспечивает плотного сопряжения данных элементов. Кроме того, при значительной величине распора, возникающего в основании балки, замковое фальцевое соединение поперечных стяжек с перфорированными основаниями балки в известном решении не обеспечивает надежного предохранения боковых стенок балки от расхождения. Технической задачей изобретения является повышение эксплуатационной надежности балки, упрощение ее монтажа и снижение металлоемкости. Данная задача решается за счет того, что в профильной балке для проведения бетонных работ, включающей наклоненные друг к другу две перфорированные боковые стенки с отходящими от каждой из них перфорированными основаниями, снабженными регулировочными винтами и соединенными поперечными стяжками, и пластиковую вставку, установленную в желобе, образованном в верхней зоне пересечения стенок, поперечные стяжки выполнены с по меньшей мере двумя отверстиями, расположенными с возможностью прохождения через них регулировочных винтов оснований балки, причем одна из боковых граней пластиковой вставки имеет плоскую вертикальную поверхность, а другая — криволинейную с двумя вогнутыми поверхностями одинаковых размеров и размещенных на равных расстояниях от горизонтальной оси симметрии вставки, причем нижняя и верхняя грани вставки могут быть выполнены выпуклыми с радиусом кривизны R

14 мм. Боковые стенки профильной балки могут быть выполнены с трапециевидными изгибами, обращенными наружу или внутрь профиля балки. Поперечные стяжки могут быть расположены с равным или переменным шагом по длине балки и выполнены в виде профильного элемента, длина которого превышает поперечный размер балки. Криволинейная грань пластиковой вставки на середине высоты может быть выполнена с выпуклой поверхностью радиусом кривизны R320 мм, краевые участки которой плавно переходят в вогнутые поверхности. Боковые стенки и основания профильной балки могут быть изготовлены из холоднокатаной предварительно перфорированной ленты. Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображены:
— на фиг.1 — поперечный разрез профильной балки;
— на фиг.2 — поперечный разрез пластиковой вставки;
— на фиг.3 — процесс монтажа профильной балки с поперечными растяжками. Профильная балка 1 включает наклоненные друг к другу две боковые перфорированные стенки 2. От нижней части каждой стенки 2 отходят перфорированные основания 3. Боковые стенки 2 и основания 3 изготавливают из холоднокатаной предварительно перфорированной ленты толщиной до 0,55 мм, что значительно позволяет снизить металлоемкость конструкции. Для увеличения прочности балки боковые стенки 2 изготавливают с трапециевидными изгибами 4, обращенными наружу или внутрь профиля. В верхней зоне пересечения боковых стенок 2 образован желоб 5, в который устанавливают съемную пластиковую вставку 6, верхняя 7 и нижняя 8 грани вставки, обращенные соответственно наружу и в сторону желоба, ограничены выпуклой поверхностью с радиусом R14 мм. Выполнение пластиковой вставки 6 съемной обеспечивает при монтаже прямолинейность установки каждой последующей балки за предыдущую методом стыковки последней через пластиковую вставку. Пластиковая вставка 6 является направляющей для движения виброрельса в процессе укладки бетона. Одна из боковых граней вставки 6 выполнена с плоской вертикальной поверхностью 9, а другая — с криволинейной с двумя вогнутыми поверхностями 10, имеющими одинаковые размеры и расположенными на одинаковом расстоянии от горизонтальной оси симметрии вставки Х-Х. На середине высоты вставки 6 криволинейная грань может иметь выпуклую поверхность 11, краевые участки которой плавно переходят в вогнутые поверхности. Вогнутые поверхности вставки обеспечивают ее плотный контакт со стенками желоба 5 балки посредством обжатия. Благодаря симметричному расположению вогнутых поверхностей обеспечивается свободное удаление пластиковой вставки и возврат любой из ее горизонтальных граней: верхней или нижней. Перфорированные отверстия в основаниях 3 балки 1 предназначены для установки в них пластиковых регулировочных винтов 12, с помощью которых балки 1 можно установить на требуемую высоту. В целях обеспечения пространственной жесткости профильная балка 1 дополнительно снабжена поперечными стяжками 13 с отверстиями, расположенными в один или несколько рядов с возможностью прохождения через них регулировочных винтов 12. Поперечные стяжки могут быть расположены с равным или переменным шагом по длине балки и выполнены в виде профильных элементов, длина которых превышает поперечный размер балки.