Расчет нагрузки на круглую трубу

Если расчет не проводится, значения допускаемых напряжений не вычисляются автоматически – попробуйте включить в браузере JavaScript. Инструкция здесь

Примечания: 1) Расчет толщины стенки трубы проводится по методике РД 10-249-98. 2) Значения полей, выделенных цветом заполняются автоматически из внутренней базы данных, при желании можно вводить свои значения. 3) Значения полей, выделенных цветом заполняются автоматически по результатам расчета. 4) Допускаемые напряжения определены согласно РД 10-249-98. 5) Для стали марки X10CrMoVNb9 и P265GH допускаемые напряжения приняты согласно данным EN. Допускаемые напряжения стали X10CrMoVNb9 определяются при значении температуры более 500 *С 6) Минусовой допуск на толщину стенки заполняется автоматически. До наружного диаметра 114 – 10% от толщины, более – 5% (ТУ 14-3Р-55). 7) Он-лайн программа работает в тестовом режиме! Просьба в отзывах оставлять свои комментарии и пожелания. ВАЖНО: Используя данный сервис Вы подтверждаете, что используете программу на свой страх и риск исключительно в ознакомительных целей. Администрация ресурса ответственности за результаты расчета не несет. Назначение программы – предварительные расчеты для последующего самостоятельного расчета но действующим Нормам расчетов прочности.

Количество посетителей, выполняющих расчеты On-line:

Одним из самых востребованных в строительстве изделий является стальная труба. Например, ВГП труба ВГП ду 15х2,8мм 6м может быть использована для устройства коммуникаций, а изделия квадратного сечения применяются в качестве опор. В последнем случае при проектировании необходимо верно определить несущую способность металлической квадратной трубы из стали.

Какой может быть максимальная нагрузка на опору из стальной трубы?

Во многих несущих конструкциях труба играет роль элемента, без которого невозможно соорудить каркас . Помимо этого, изделия удобно использовать при устройстве различных перегородок. Важным преимуществом продукции является то, что она подходит как для временного, так и постоянного применения. Именно поэтому зачастую трубы используют в качестве надежных опор для аппаратуры, вспомогательного оборудования.

Эксплуатация трубы в качестве несущего элемента объясняется тем, что данное изделие отличается:

высокой прочностью на сдавливание и разрыв;
невосприимчивостью к вибрациям;
достаточной упругостью;
пригодностью к многократному применению;
доступной ценой;
простотой монтажа.

Для достижения таких преимуществ от использования необходимо верно определить несущую способность, то есть выполнить расчет нагрузки, которую может выдержать опора из стальной трубы для навеса, ВЛ, оборудования и т. д.

Способы деформации профильных труб

Для того чтобы придать теплице характерную полукруглую кверху форму, конструкционные элементы должны быть не прямыми, а изогнутыми с определённым радиусом.

Не секрет, что согнуть профильный прокат сводя с усилием два его конца друг к другу не получится, так как стенки с внутренней стороны сомнутся. Впрочем, есть немало способов правильной деформации профильного металлопроката.

Среди того что можно применить в условиях домашней мастерской отмечу следующее:

деформация с помощью трубогиба;
деформация с помощью сварных прихваток;
деформация посредством разрезания и последующего сваривания.

Применение специального инструмента

Инструкция сгибания трубы с помощью трубогиба сходная, независимо от модификации инструмента.

Этапы работы с гидравлическим инструментом

Рассмотрим перечисленные на схеме этапы на примере эксплуатации самодельного гидравлического трубогиба.

На начальном этапе трубы нарезаем на заготовки требуемой длины

Вальцы инструмента в нейтральной позиции

Вальцы инструмента выставляются в нейтральную позицию, то есть на заготовку не оказывается давление;

Настройка вальцов для придания нагрузки на заготовку

Затем с помощью домкрата вальцы придвигаются для того чтобы на заготовку оказывалось необходимое давление;

Прокатывание заготовки

Заготовка с помощью ручного ворота несколько раз прокатывается из стороны в сторону вдоль прижимных вальцов;
По мере искривления заготовки вальцы дополнительно прижимаются домкратом;
Заготовка вновь несколько раз прокатывается вдоль прижимных вальцов;

Необходимый радиус почти получен

Перечисленные этапы повторяются ровно до тех пор, пока заготовка не примет необходимый радиус сгиба;
После того как необходимая конфигурация заготовки получена, прижимные вальцы отодвигаются и изделие высвобождается.

Готовые изделия

Аналогичный метод применяется при работе с ручным трубогибом, где в отличии от гидравлики прижим вальцов выполняется посредством закручивания винта.

Как изогнуть профильную трубу без специального станка

Цена готового трубогиба высока, но этот инструмент можно сделать своими руками. С другой стороны, этого инструмента в самый нужный момент может попросту не оказаться под руками и что делать в такой ситуации?

Предлагаю, в качестве примера, рассмотреть уникальную технологию деформации профильного проката для сборки поликарбонатового навеса.

Почему именно навеса? Дело в том, что способ о котором хочу рассказать, имеет ограничения по радиусу сгиба и заготовить комплектующие для теплицы не получится, а вот согнуть заготовки под сборку ферм навеса — запросто.

На схеме показано как обойтись без трубогиба

Рассмотрим этапы, перечисленные на схеме подробнее.

Будущее основание фермы

На начальном этапе заготавливаем профильный прокат с прямоугольным сечением под основание фермы;

Разметка под перемычки

Заготовку измеряем в длину и в соответствии с замерами разбиваем на 6 равных фрагментов, как это показано на фото;
Подготавливаем вертикальные опоры;

Универсальный расчет высоты перемычек

На фото вы можете увидеть расчет и коэффициент уменьшения длины опор. Это очень важный момент, так как нарезка опор в соответствии с приведенными расчётами позволяет гнуть любые трубы, не опасаясь сминаний их стенок.

Перемычки приварены

Привариваем вертикальные опоры на основание фермы по предварительно нанесённым отметкам;

С торца профиль примеряем с напуском не менее 10 см

Подготавливаем отрезок профильной трубы, который предстоит гнуть;

Сгибаем к одному из торцов основания

Прикладываем заготовку к вертикальным опорам с обеих концов основания фермы;

Привариваем торец сваркой

Прихватываем сваркой трубу к первой опоре;

Привариваем второй торец

Затем привариваем трубу к последней опоре, постепенно ее сгибая, наваливаясь весом тела.

Рекомендации к выполнению изгиба:

Балка, к которой будет прихватываться дуга, должна быть надежно закреплена, так как работа на подвижной балке не обеспечит точность сгиба;
Балка, на которую будут навариваться опоры, должна изготавливаться из профильной трубы с сечением не менее 50 на 50 мм из расчёта выгибания трубы с сечением 20 на 20 мм;

Для удобства работы трубу можно временно привязать

Если работаете в одиночку, один из концов сгибаемой заготовки перевязываем верёвкой, пока направляем ее к следующей опоре;
Вертикальные стойки к балке привариваем под углом 90°;
Коэффициенты, применённые для расчета длины вертикальных стоек, актуальны, независимо от размеров готовой конструкции;

Перемычки убраны, а радиус деформации все тот же

Собранная конструкция настолько прочна что может впоследствии работать без вертикальных стоек только за счет торцевых прихваток.

Деформация профильной трубы путем разрезания болгаркой

Напоследок предлагаю ознакомиться с простым способом деформации, который актуален при работе с профильным прокатом большого сечения.

Для работы нам потребуется УШМ (болгарка) или торцовочная дисковая пила, сварочный аппарат и измерительный инструмент.

Инструкция работы с профильной трубой следующая:

Размечаем на одной из стенок трубы расположение разрезов (после сгиба эта стенка будет внешней);

Разметка для распила

От сделанных меток чертим треугольники с тем углом, чтобы при складывании на местах разреза изделие приняло нужную форму и получился нужный радиус искривления;

Распил, сделанный по разметкам

По сделанным отметкам пилим заготовку и удаляем ненужные куски металла;

Деформация с нужным радиусом

Заготовка изгибается с тем расчетом чтобы края разрезов сомкнулись;

Сваривание стыков

Края разрезов свариваются.

Способ хорош своей простотой, но нужно учитывать, что линия гиба будет ломанной. Поэтому такое решение не подходит для изготовления навесов, где обшивка укалывается сплошным листом поликарбоната.

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.

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.

Прочность на изгиб

Как рассчитывается прочность профильной трубы на изгиб?

Для нашего случая актуальны две формулы:

M=F*L, где М – изгибающий момент, F – приложенная к профилю сила, измеренная в килограммах (кгс), а L – плечо рычага в сантиметрах. Скажем, для пресловутого балкона шириной 1 метр со стоящими на его краю тремя людьми общим весом в 250 кг изгибающий момент будет равен 250 кгс х 100 см = 25000 кгс*см.

Пример довольно условный: в реальных условиях изгибающие нагрузки на балки стараются компенсировать прочими конструктивными элементами, что мы и видим на фото.

M/W=R, где R – прочность марки стали, а W – момент сопротивления сечения.

Очевидно, параметры R и W – константы, которые придется где-то искать. Постараемся упростить читателю задачу:

Марка стали	Прочность (R), кгс/см2
Ст3	2100
Ст4	2100
Ст5	2300
14Г2	2900
15ГС	2900
10Г2С	2900
10Г2СД	2900
15ХСНД	2900
10ХСНД	3400

Второй параметр – момент сопротивления – найдется в тех же таблицах сортамента в ГОСТ 8645-68 и 8639-82. Так, для трубы сечением 180х150 при толщине стенки 12 мм по оси А (вдоль более широкой стороны) он составит 346,0 см3, а по оси Б – 310,8 см3.

Давайте попробуем подобрать размер трубы для нашего балкона с нагрузкой 250 кг и вылетом 1 метр, исходя из следующих условий:

Нагрузка приходится лишь на одну из несущих профтруб (три человека расположились так, что их вес не распределяется по соседним балкам).
Материал, который использован при изготовлении несущего каркаса балкона из труб – сталь Ст4.

Итак, приступим к расчетам.

25000 кгс*см/W = 2100 кгс/см2 /W. Момент сопротивления, таким образом, не должен быть менее 25000 кгс*см / 2100 кгс/см2 = 11,9 см3.
Теперь осталось лишь подобрать трубу с соответствующим значением W в таблице сортамента. При квадратном сечении этому условию удовлетворяют, в частности, размеры 50х6 и 60х3,5.

Заметьте: мы нашли минимальные размеры, при которых балка выдержит соответствующую нагрузку; при этом пренебрегли запасом прочности (например, на случай, если кто-то из гипотетических посетителей балкона подпрыгнет), собственным весом балкона и износом каркаса коррозией. На практике эти факторы нивелируются как минимум трехкратным запасом по моменту сопротивления.

Как видите, пренебрегать запасом прочности опасно.