Меню

Расчет прочности алюминиевой трубы

Расчет трубы на прочность

С опорами, стойками, колоннами, емкостями из стальных труб и обечаек мы сталкиваемся на каждом шагу. Область использования кольцевого трубного профиля неимоверно широка: от дачных водопроводов, столбиков заборов и опор козырьков до магистральных нефтепроводов и газопроводов, .

. огромных колонн зданий и сооружений, корпусов самых разнообразных установок и резервуаров.

Труба, имея замкнутый контур, обладает одним очень важным преимуществом: она имеет значительно большую жесткость, чем открытые сечения швеллеров, уголков, С-профилей при одинаковых габаритных размерах. Это означает, что из труб конструкции получаются легче – их масса меньше!

Выполнить расчет трубы на прочность при приложенной осевой сжимающей нагрузке (довольно часто встречающаяся на практике схема) на первый взгляд довольно просто – поделил нагрузку на площадь сечения и сравнил полученные напряжения с допускаемыми. При растягивающей трубу силе этого будет достаточно. Но не в случае сжатия!

Есть понятие — «потеря общей устойчивости». Эту «потерю» следует проверить, чтобы избежать позднее серьезных потерь иного характера. Подробнее об общей устойчивости можете при желании почитать здесь. Специалисты – проектировщики и конструкторы об этом моменте хорошо осведомлены.

Но есть еще одна форма потери устойчивости, которую не многие проверяют – местная. Это когда жесткость стенки трубы «заканчивается» при приложении нагрузок раньше общей жесткости обечайки. Стенка как бы «подламывается» внутрь, при этом кольцевое сечение в этом месте локально значительно деформируется относительно исходных круговых форм.

Предложенная далее программа выполняет комплексный проверочный расчет трубы на прочность и устойчивость в Excel при воздействии внешних нагрузок и давлений на круглую обечайку.

Для справки: круглая обечайка – это лист, свернутый в цилиндр, кусок трубы без дна и крышки.

Расчет в Excel основан на материалах ГОСТ 14249-89 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. (Издание (апрель 2003 г.) с Поправкой (ИУС 2-97, 4-2005)).

Цилиндрическая обечайка. Расчет в Excel.

Работу программы рассмотрим на примере простого часто задаваемого в Интернете вопроса: «Сколько килограммов вертикальной нагрузки должна нести 3-х метровая стойка-опора из 57-ой трубы (Ст3)?»

Исходные данные:

Значения для первых 5-и исходных параметров следует взять в ГОСТ 14249-89. По примечаниям к ячейкам их легко найти в документе.

В ячейки D8 – D10 записываются размеры трубы.

В ячейки D11– D15 пользователем задаются нагрузки, действующие на трубу.

При приложении избыточного давления изнутри обечайки значение наружного избыточного давления следует задать равным нулю.

Аналогично, при задании избыточного давления снаружи трубы значение внутреннего избыточного давления следует принять равным нулю.

В рассматриваемом примере к трубе приложена только центральная осевая сжимающая сила.

Внимание. В примечаниях к ячейкам столбца «Значения» содержатся ссылки на соответствующие номера приложений, таблиц, чертежей, пунктов, формул ГОСТ 14249-89.

Результаты расчетов:

Программа вычисляет коэффициенты нагрузок – отношения действующих нагрузок к допускаемым. Если полученное значение коэффициента больше единицы, то это означает, что труба перегружена.

В принципе, пользователю достаточно видеть только последнюю строку расчетов – суммарный коэффициент общей нагрузки, который учитывает совместное влияние всех сил, момента и давления.

По нормам примененного ГОСТа труба ø57×3,5 из Ст3 длиной 3 метра при указанной схеме закрепления концов «способна нести» 4700 Н или 479,1 кг центрально приложенной вертикальной нагрузки с запасом

Но стоит сместить нагрузку от оси на край сечения трубы – на 28,5 мм (что на практике может реально произойти), появится момент:

М =4700*0,0285=134 Нм

И программа выдаст результат превышения допустимых нагрузок на 10%:

Не стоит пренебрегать запасом прочности и устойчивости!

Всё — расчет в Excel трубы на прочность и устойчивость закончен.

Заключение

Конечно, примененный стандарт устанавливает нормы и методы именно для элементов сосудов и аппаратов, но что нам мешает распространить эту методику на другие области? Если вы разобрались в теме, и запас, заложенный в ГОСТе, считаете чрезмерно большим для вашего случая – замените значение коэффициента запаса устойчивости ny с 2,4 на 1,0. Программа выполнит расчет вообще без учета какого-либо запаса.

Значение 2,4, применяемое для рабочих условий сосудов, может служить в иных ситуациях просто ориентиром.

С другой стороны — очевидно, что, рассчитанные по нормативам для сосудов и аппаратов, стойки из трубы будут работать сверхнадежно!

Предложенный расчет трубы на прочность в Excel отличается простотой и универсальностью. С помощью программы можно выполнить проверку и трубопровода, и сосуда, и стойки, и опоры – любой детали, изготовленной из стальной круглой трубы (обечайки).

Уважающих труд автора прошу скачать файл с программой после подписки на анонсы статей в окне, размещенном наверху страницы или в конце статьи!

Источник

Расчеты напряженно-деформированного состояния труб и оболочек от действия гидростатического давления

При транспортировке и хранении жидких сред, организации технологического процесса, использовании систем гидропривода, теплообмена и во многих других случаях неизбежно возникает необходимость работы технических объектов под действием гидростатического давления.

Комплексный расчет трубопроводов и их элементов на прочность выполняется в соответствии с ГОСТ 32388-2013, расчет сосудов и аппаратов по ГОСТ 34233.1-2017. Данные нормативные документы регламентируют, кроме всего прочего, номинальные допускаемые напряжения стенок трубопроводов и сосудов под давлением. Здесь же мы ограничимся онлайн расчетом напряженно-деформированного состояния самых общих задач — трубопровода, толстостенной и составной трубы, а так же тонкостенной осесимметричной оболочки.

Расчет прочности трубопровода

Прочностной расчет трубопровода — наиболее распространенная задача, и здесь, кроме определения напряжений и деформаций по заданной толщине стенки и давлению, рассчитывается толщина стенки трубы с учетом заданной скорости коррозии и допускаемого номинального напряжения. Скорость коррозии в целом зависит от проводимой среды и скорости потока, и рассчитывается по отраслевым стандартам.

В местах приварки плоских фланцев, приварной арматуры и других жестких элементов наблюдается краевой эффект — возникновение изгибных напряжений вследствие ограничения свободного расширения трубопровода под действием давления. В алгоритме реализована возможность учета краевого эффекта при расчете напряжений.

Исходные данные:

D — диаметр трубопровода, в миллиметрах;

t — толщина стенки трубы, в миллиметрах;

P — давление в трубопроводе, в паскалях;

s — скорость коррозии, в миллиметрах / год;

[σ] — допускаемые номинальные напряжения, в мегапаскалях.

РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДА ПОД ДАВЛЕНИЕМ

Внутренний диаметр трубопровода D, мм

Толщина стенки трубы t, мм

Давление в трубопроводе P, Па

Эквивалентные напряжения стенки σ, МПа

Радиальные перемещения точек трубы Х, мм

Скорость коррозии стенки трубы S, мм/год

Срок службы трубопровода Т, лет

Номинальные напряжения [σ], МПа

Расчетная толщина стенки tрасч, мм

Источник

Расчет балок из труб, круглого, квадратного, шестигранного и прямоугольного проката на изгиб и прогиб – калькулятор онлайн

Онлайн калькулятор для расчета на изгиб/прогиб

Предварительные соображения

Калькулятор предусматривает расчёт балок из некоторых видов проката на изгиб и прогиб для различных схем их крепления и нагрузки. Нагрузка балок может быть распределённой (“q” на схемах 3, 4, 5, 9, 15 и др.) или сосредоточенной (“P” на схемах 1, 2, 6, 7, 8 и др.)

Крепление балок может быть: а)консольным с жесткой заделкой одного из концов (например, схемы 1, 2, 3 и другие); б)”заделка – заделка”, когда оба конца балки жестко защемлены (заделаны), схемы 6, 7, 8, 9; в)”шарнир – шарнир” (схемы 12, 13, 14, 15 и другие), причём левый шарнир неподвижный а правый подвижный; г)”заделка – шарнир” (схемы 9, 10, 11 др.)

Жесткая заделка балки предотвращает поворот балки и перемещение её в любом направлении. Неподвижный шарнир допускает только поворот балки в месте крепления в вертикальной плоскости. Подвижный шарнир допускает поворот балки в месте крепления в вертикальной плоскостии и перемещение вдоль её собственной оси. Эти перемещения весьма незначительны и являются следствием деформации балки под нагрузкой.

Основным видом этой деформации является её прогиб, величина которого наряду с приложеной к балке нагрузкой зависит также от длины балки, размеров её поперечного сечения и физических характеристик материала, в данном случае от его модуля упругости (“E”). Модуль упругости углеродистой стали равен (2-2.1)*10^5 MПа; легировнной (2.1-2.2)*10^5 MПа; поэтому в калькуляторе принято среднее значение 2.1*10^5 MПа, что составляет 2142000кг.см2

Из размерных характеристик поперечного сечения балки для расчёта прогиба испльзуется момент инерции сечения (“I”); величина прогиба зависит также от положения проверяемой точки балки относительно опор. Допустимая величина прогиба балок определяется их назначением и местом в строительных кострукциях и реламентируется соответствующим СНиП; в легких случаях она не должна превышать 1/120 – 1/250 длины балки.

Поэтому настоятельно рекомендуется проверять результат расчета на допустимость.

Предназначение калькулятора для определения изгиба

Для создания каркасов различных строений самое большое распространение получила древесина. Из нее, как из пластилина, можно сотворить конструкцию любой сложности. Однако далеко не последнее место занимает и такой конструкционный материал как различные металлические профили.

Их выгодно отличает такое свойство как пластичность, долговечность и прочность. Не последнее место среди таких материалов занимают профильные и круглые трубы. Попытайтесь представить себе навес для автомобиля из профильной трубы с покрытием из поликарбоната и такое же строение из уголка.

Похоже, двух мнений быть не может. А любая балка из трубы в конструкции должна быть просчитана. Это необходимо по двум причинам:

  • Получить объект с достаточным запасом прочности под воздействием собственного веса, а также ветровых и снеговых нагрузок.
  • Подобрать минимально допустимый для строения профиль с целью минимизировать расходы на материалы.

Для достижения этой цели необходимо воспользоваться нашим онлайн калькулятором и рассчитать балку из трубы на изгиб. Это в случае, если деталь закреплена с одной стороны (консольная). Если же закреплены оба конца, понадобится рассчитать трубу на прогиб.

При этом необходимо учитывать следующие обстоятельства:

  1. Размеры и сечение: (профильная или круглая). Для профильной прямоугольной трубы расчет производится с учетом направления воздействия. При расчете балок из квадратной трубы этот фактор одинаков для любого направления воздействия.
  2. Прочностные характеристики материала с учетом толщины стенок и марки материала. Это особенно актуально при использовании балок из круглой трубы, расчет которой в значительной степени зависит от указанных характеристик ввиду многообразия применяемых материалов.

Виды вероятных нагрузок

Как можно классифицировать нагрузки на балку из трубы? В соответствии с СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия» моменты нагружения конструкции можно распределить по следующим признакам:

  • постоянные – давление и вес которых не изменяются с течением времени, это такие, как собственный вес конструкции;
  • временные длительные, учитывающие вес дополнительных конструкций сооружения, включая оборудование, мебель и прочее;
  • кратковременные поперечные, зависящие от внешних условий эксплуатации – нагрузки от ветра, снега или дождя, для определения которых производится собственный расчет, зависящий от района расположения объекта. Такие нагружения в экстремальных условиях создают условия, при которых возможен прогиб балки из трубы.
  • особые условия воздействия, к которым можно отнести воздействие от удара автомобиля во время парковки, в результате которого опора может прогибаться;
  • сейсмические – для местностей с определенной сейсмической активностью.
Читайте также:  Труба пэ sdr 17 диаметром 100 толщина стенки

Прочностью перекрытия определяется уровень безопасности проживания на загородном участке или в деревенском доме.

Степень нагружения конструкций можно подбирать по таблицам, при этом учитываются:

  1. величина момента инерции, обозначенная в стандартах;
  2. длина пролета;
  3. величина нагрузки;
  4. модуль Юнга (справочные данные).

В таблицах приводятся готовые данные, рассчитанные по специальной формуле например для круглых, квадратных и прямоугольных профилей. Все прочностные расчеты несущих конструкций по определению сложны в исполнении и требуют специальной инженерной подготовки в области сопротивления материалов. Поэтому лучше воспользоваться специальным онлайн-калькулятором. Чтобы рассчитать нагрузки достаточно ввести исходные данные в таблицу и на выходе можно получить точный результат быстро и без особых затруднений.

Балочная ферма, подсчет которой произведен таким образом, будет надежной конструкцией на долгое время. При правильном расчете предельная жесткость перекрытия гарантирована.

Предлагаем произвести ориентировочный расчет балок на прогиб и изгиб из круглого, квадратного, шестигранного и прямоугольного проката калькулятором.

Перед произведением расчетов настоятельно рекомендуем ознакомиться с расположенной ниже инструкцией

Источник

Как выбрать алюминиевые профильные трубы: виды, стандартные размеры и вес + таблица ГОСТов

  • Применение профилей
  • Рассчитывать нагрузку обязательно?
  • Что нужно учитывать при расчетах
  • Какие методы используют для расчета нагрузок
  • Нагрузка на трубы круглого сечения
  • Вывод
  • Видео

Выбирая профильный прокат, клиент должен осознать, что точные вычисления возможных нагрузок, в зависимости от линейных и иных параметров стояков – очень важны. Любая создаваемая конструкция рассчитана на конкретный вес.

Категорически запрещается размещать на ней соединения, предметы, масса которых, с учетом воздействия погодных факторов, будет больше допустимой.

Сферы применения

Сплавы алюминия при небольшом удельном весе обладают достаточной прочностью и высокой коррозионной стойкостью. Поэтому алюминиевые трубы применяют в самых разных областях:

  • В строительстве для прокладки кабельных коммуникаций, устройства фасадных систем с навесными фасадами.
  • Для оконных и дверных конструкций, витринных каркасов, перегородок, перил, декоративных решеток и ограждений; подвесных потолков и обшивке стен отделочными материалами.
  • Из алюминиевой профтрубы изготавливают мебель; в торговом, выставочном, рекламном оборудовании профиль из алюминиевых сплавов просто незаменим.
  • Из алюминиевого профиля изготавливают каркасы небольших конструкций или малых архитектурных форм – беседок, навесов, тентов, теплиц, небольших ангаров, ограждений.

  • Часто используют для комплектующих воздуховодов.
  • Для всевозможных изделий, применяющихся в быту: почти вечные стремянки и лестницы, декоративные изделия, тенты и навесы, карнизы, полки, этажерки, клетки, вольеры.
  • Спортивный инвентарь, каркасы мелких и надувных лодок и т.д.
  • Алюминиевые трубы, в том числе и профильные, достаточно широко применяются в промышленности – нефтяной, в судостроении, автомобилестроении, авиационной промышленности, при изготовлении лифтов.

Предварительные соображения

Нагрузка балок может быть распределённой (“q” на схемах 3,4,5,9,15 и др.) или сосредоточенной (“P” на схемах 1,2,6,7,8 и др.).

Крепление балок может быть:

  1. консольным с жесткой заделкой одного из концов (например, схемы 1,2,3 и другие);
  2. “заделка – заделка”, когда оба конца балки из трубы жестко защемлены (заделаны), схемы 6, 7, 8, 9;
  3. “шарнир – шарнир”, (схемы 12, 13, 14, 15 и другие), причём левый шарнир неподвижный, а правый подвижный;
  4. “заделка – шарнир” (схемы 9, 10, 11 другие).

Жесткая заделка предотвращает поворот балки из трубы и перемещение её в любом направлении. Неподвижный шарнир допускает только поворот трубы в месте крепления в вертикальной плоскости.

Подвижный шарнир допускает поворот трубы в месте крепления в вертикальной плоскости и перемещение вдоль её собственной оси. Эти перемещения весьма незначительны и являются следствием деформации трубы под нагрузкой.

Жесткая заделка трубы предотвращает ее поворот и перемещение в любом направлении. Неподвижный шарнир допускает только поворот трубы в месте крепления в вертикальной плоскости.

Подвижный шарнир допускает поворот в месте крепления в вертикальной плоскости и перемещение вдоль её собственной оси. Эти перемещения весьма незначительны и являются следствием деформации балки из трубы под нагрузкой.

Основным видом этой деформации является её прогиб, величина которого наряду с приложенной нагрузкой зависит также от ее длины, размеров её поперечного сечения и физических характеристик материала, в данном случае от его модуля упругости (“E”). Модуль упругости углеродистой стали равен (2-2.1) * 10 ^ 5 MПа; легировнной (2.1 – 2.2) * 10 ^ 5 MПа; поэтому в калькуляторе принято среднее значение 2.1 * 10 ^ 5 MПа, что составляет 2142000 кг.см2.

Из размерных характеристик поперечного сечения трубы для расчёта прогиба используется момент инерции сечения (“I”); величина прогиба зависит также от положения проверяемой точки трубы относительно опор.

Допустимая величина прогиба балок определяется их назначением и местом в строительных конструкциях и регламентируется соответствующим СНиП; в легких случаях она не должна превышать 1/120 – 1/250 длины трубы.

Поэтому настоятельно рекомендуется проверять результаты расчета на допустимость.

Технические характеристики и свойства

Алюминий – очень легкий металл, его плотность более, чем в три раза меньше плотности стали (2,7 т/м³ против 7,85 – плотности углеродистых сталей). Плотность самого распространенного сплава – дюралюминия – чуть больше, но также примерно в три раза меньше плотности стали.

Чистый алюминий пластичный и довольно мягкий, имеет небольшую прочность и высокую податливость штамповке и прокатке, сплавы алюминия уже более твердые и прочные. Алюминий имеет высокую электро- и теплопроводность.

Для изготовления трубчатого профиля применяются в основном сплавы с другими металлами (магнием, медью, цинком, литием, медью, марганцем). Они имеют высокую прочность – до 500 МПа, могут работать при повышенной до 175 °C температуре, высокую вязкость и усталостную прочность (она обуславливает устойчивость к переменным нагрузкам).

Срок службы

Срок службы конструкций из алюминия зависит от нагрузок на конструкцию. Чистый алюминий не подвержен коррозии и может простоять более 50 лет и больше (вероятно и 80 лет).

Дюралюминий более подвержен коррозии и в ответственных конструкциях его защищают слоем алюминия, специальными грунтовками и красками – но на 50 лет вполне можно рассчитывать. Но если конструкция бывает чрезмерно нагружена и при постоянных знакопеременных нагрузках срок службы алюминиевых конструкций несколько уменьшается (прочность алюминиевых сплавов все-таки меньше, чем у стали).

Тем не менее: самолеты летают по 50 лет, алюминиевые окна – также вещь очень долговечная. Так что долговечность алюминиевых сплавов проверена временем, и при установке конструкций из алюминия можно рассчитывать на несколько десятилетий беспроблемной службы.

Рассчитывать нагрузку обязательно?

Популярность профильных труб объясняется низкой стоимостью, небольшой массой, высокой прочностью при изгибе

. Выбирая прокат с прямоугольным или квадратным сечением, большинство заказчиков понимают важность расчета нагрузки на профильную трубу. Учитывается соответствие линейных размеров профилей к возможной силе механического воздействия на деталь.

Что будет, если не учесть возможного воздействия тяжести на конструкцию?

О таком думать даже нельзя, поскольку при воздействии максимально допустимого веса возможны
2 варианта
:

  • безвозвратный изгиб трубы, поскольку она потеряет свою упругость;
  • разрушение целой конструкции, что чревато негативными последствиями.

Не всегда требуется расчет

Если вы решили использовать профильную трубу для сооружения калитки, ограждения, перил, то расчет на изгиб проводить не обязательно, поскольку нагрузка на такие системы – минимальная.

Особенности конструкции

У квадратной и прямоугольной трубы никаких особенностей по сравнению со стальными изделиями нет. Зато фасонные изделия встречаются очень необычных и интересных форм сечения: в форме полукруга, треугольника, полуовала, ромба, сложной формы, с наружными ребрами – из них делают лестницы и стремянки. Пластичность материала позволяет получить интересные изделия для декоративной отделки помещений.

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.

Какие бывают сплавы алюминия

Алюминий очень хорошо образует сплавы со многими другими металлами. Чистый алюминий применяют в основном в электротехнике.

Для конструкций применяют в основном дюралюминий – сплав с медью, магнием и марганцем.

Часто встречается сплав силумин – с кремнием. Используется для корпусов приборов и мелких механизмов, деталей бытовых приборов, декоративных изделий и, к сожалению, для недолговечных смесителей.

Конструкционными являются также технологичные сплавы с магнием и марганцем. Эти сплавы обладают достаточной прочностью, высокой пластичностью и стойкостью к коррозии, отличной свариваемостью.

Алюминиево-медные сплавы после термического упрочнения равны по своим механическим свойствам низкоуглеродистым сталям и прекрасно поддаются термической обработке. Недостаток этих сплавов – низкая коррозионная устойчивость и необходимость в защитных покрытиях. Такие сплавы легируют железом, никелем и магнием. Магний повышает прочность и пластичность сплава, железо и никель – жаростойкость.

Для применения в блоках цилиндров и во втулочных подшипниках выпускается сплав под названием алькусин (аэрон) из алюминия, меди и кремния. Сплав обладает высокой твердостью и хорошими антифрикционными свойствами.

Существуют и сплавы с цинком и магнием, иногда с добавкой меди. Они имеют высокую прочность и обрабатываемость, но невысокую устойчивость к коррозии.

Очень перспективными являются сплавы с добавками лития: литий уменьшает плотность сплава и повышает упругость. Разработаны сплавы из алюминия с литием и с медью и магнием.

Сплавы алюминия подразделяются на две больших группы: конструкционные (деформируемые) и конструкционные. Конструкционные сплавы могут проходить термическую обработку, могут не проходить. Деформируемые сплавы чаще всего проходят обработку ковкой или штамповкой.

Дюралюминий

Дюралюминий – очень распространенный алюминиевый сплав с медью, магнием, марганцем. Эти сплавы производятся более полувека, и характеризуются сочетанием высокой статической прочности (до 450-500 МПа) при комнатной и повышенной (до 150…175 °C) температурах, высоких усталостной прочности и вязкости разрушения.

Читайте также:  Как оформить трубы в ванной не пряча их в стену

Дюралюминий упрочняют с помощью закалки и искусственного или естественного старения.

В состав дюралюминия входит примерно 93,5 % алюминия, 4,5 % меди, 1,5 % магния и 0,5 % марганца.

При всех своих достоинствах эта группа сплавов подвержена коррозии и требует антикоррозионного покрытия. Прокат чаще всего покрывают чистым алюминием, анодируют, изделия покрывают грунтовкой и красят.

Как производятся

Технология изготовления профильных труб из алюминия принципиально ничем не отличается от технологии изготовления стальной профтрубы. Пластичность алюминия и его сплавов облегчает изготовление. Способы изготовления труб: сварка, холодное деформирование, прессование. Термообработка после изготовления – обязательна, она снимает напряжения в металле.

Технология производства

Сварка производится следующим образом – производится порезка листа на полосы, гибка полос и электросварка. Затем заготовку формуют (прокатывают) в нужный профиль. Пластичность алюминия это позволяет сделать без промежуточной термообработки. Затем трубу отпускают – нагревают и охлаждают, при этом снимают внутренние напряжения в металле. При всей заманчивости этого метода у него есть и недостатки – металл в области сварного шва не так прочен, как остальная часть трубы, именно в этом месте со временем могут появиться неплотности или трещинки.

Сварка алюминия – достаточно сложный процесс и требует высокой квалификации сварщика. Поэтому эти трубы рекомендуется монтировать в ненагруженных конструкциях, не требующих особой герметичности, и в основном в быту.

Прессование – разогретую заготовку пропускают через специальный пресс и как бы выдавливают гильзу. Прессование позволяет получить прочную трубу хорошего качества.

При холодной деформации (волочении) трубу вытягивают в холодном состоянии, формируют профиль (круг, квадрат, овал) и калибруют. Затем подвергают термообработке. Таким методом получают трубы самого высокого качества, с высокой точностью размеров, с тонкой стенкой, минимальных размеров. Недостаток – высокая стоимость.

Алюминиевые изделия можно подвергать термообработке: закалке, отжигу, искусственному или естественному старению.

Как рассчитать нагрузку с помощью таблиц

С учетом различных параметров произведены общепринятые математические расчеты, которые сведены в единые таблицы.

Каждый желающий по стандартам и правилам может произвести расчет допустимой нагрузки по справочным общедоступным таблицам и выбрать вид металлического профиля.

Обратите внимание! Значения в справочных материалах получены учеными и расчетными бюро при использовании теории сопротивлений материалов и законов физики.

Методика расчета нагрузок на металлопрофиль по утвержденным таблицам более точна в связи с учетом в них:

В проектах используют данные справочных таблиц из документа СП 20.13330.2011.

В случаях, когда конструкция не имеет нагрузки, берутся значения из таблицы 1 утвержденного стандарта.

Например, для перильных или декоративных конструкций. Таблицы 2 и 3 содержат показатели максимальной нагрузки на трубный профиль, когда материал может деформироваться, но без разрыва и при прекращении воздействия металлический элемент примет исходную форму и состояние.

При увеличении максимальной нагрузки конструкция может сломаться или разрушиться.

Это важно! Рекомендуется приобретать стальные профили с запасом прочности минимум в 2 раза больше предельно допустимого.

Нормативные документы

Все виды выпускаемой продукции нормируются государственными стандартами. Высокое качество продукции гарантируется стандартизированными методами испытания труб, оговоренными в стандартах.

Стандарты и ГОСТы

Классификация алюминиевых профильных труб производится по способу производства:

  • Холоднодеформированные алюминиевые профильные трубы выпускаются в соответствии с ГОСТ 18475 – 82 «Трубы холоднодеформированные из алюминия и алюминиевых сплавов», ГОСТ192096-83 «Трубы бесшовные холоднодеформированные из алюминиевых сплавов».

  • Прессованные трубы – по ГОСТ 18482 – 79 «Трубы прессованные из алюминия и алюминиевых сплавов».
  • Сварная прямошовная труба из сплавов – по ГОСТ 23697 – 79 «Трубы сварные прямошовные из алюминиевых сплавов».

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%.

Виды, сортамент, размеры и сечения

Профильные алюминиевые трубы выпускаются:

По толщине стенки подразделяются только круглые трубы – с толщиной стенки до 5 мм – тонкостенные, свыше 5,0 мм – толстостенные.

  • Мерной длины.
  • Кратной мерной длины.
  • Немерной длины.
  • В бухтах – так поставляется в основном алюминиевая труба.

Сортамент включает в себя квадратные трубы от 10×10х0,9 мм до 100×100х4 мм; прямоугольные от 20×20х2 мм до 200×100х4 мм.

Типоразмеры и маркировка

По способу термообработки профтрубы бывают:

  • Без термоообработки (обычно это горячепрессованные трубы) – обозначаются только маркой алюминия или сплава.
  • Отожжённые – буквой М.
  • Закалённые и естественно состаренные — Т.
  • Закалённые и искусственно состаренные – Т1.
  • Не полностью закалённые и искусственно состаренные – Т5.
  • Нагартованные и полунагартованные – Н и Н2.

В маркировке труб указывается марка сплава, вид термической обработки, наружный диаметр, толщина стенки, длина (или буквы БТ, если поставка производится в бухте), если трубы поставляются в мерных отрезках.

  • Труба круглая из алюминиевого сплава марки АМц, без термической обработки, с наружным диаметром 60 мм, толщиной стенки 10 мм, немерной длины:
  • Труба круглая из алюминиевого сплава марки АК6, в закаленном и искусственно состаренном состоянии, с наружным диаметром 80 мм, толщиной стенки 15 мм, длиной 2000 мм:

Труба АК6.Т1 80×15х2000 ГОСТ 18482-79

Нагрузка на трубы круглого сечения

Применение

Круглые трубы можно встретить в любом месте. Опоры, стойки, колонны, емкости – это далеко не полный перечень использования обечаек (обечайка – металлический лист цилиндрической формы без торцов).

Кольцевой трубный профиль можно встретить при прокладке водо-, нефте-, газопроводов как в быту, так ив промышленных масштабах. Они – отличный материал для столбиков ограждений, ворот, калиток.

Благодаря наличию замкнутого контура, круглая труба обладает существенным преимуществом в сравнении со швеллерами, уголками аналогичных линейных параметров.

Многие думают, что для того, чтобы определить прочность стояка, вдоль оси при нагрузке сжимающего характера, нужно иметь данные о величине нагрузки и площади сечения.

В результате деления первого параметра на второй, получил искомую прочность. После сравнения полученного параметра с допускаемым значением, взятого с таблицы, делают вывод о том, можно ли такую нагрузку давать на конкретный стояк, или нельзя.

Если число будет меньше допускаемого, то все хорошо. Но тут есть одно но: вычисления справедливые для растягивания, а не для сжатия

Пользуемся калькулятором

Для варианта со сжатием круглой стойки, можно провести необходимые расчеты с использованием онлайн калькулятора.

Сначала необходимо ознакомиться с дополнительными понятиями. Сюда относят:

  1. Потерю общей устойчивости. Проверка потери нужна для избегания огромных потерь иного типа.
  2. Потерю местной устойчивости. Речь идет о более раннем «заканчивании» жесткости стенок стояка при действии нагрузки на обечайку. Иначе говоря, труба начинает заламываться вовнутрь, а сечение круглого вида превращается в профиль неправильной криволинейной формы, что ведет к потере устойчивости.

Использование Excel

Существует специальная программа в Excel комплексной проверки расчета стояков относительно устойчивости и прочности. Основу данной программы составляют данные ГОСТа 14249 89. С ее помощью можно вычислить максимальную нагрузку на круглую трубу, а также усилия общего характера на обечайку круглого сечения.

В интернете можно часто встретить такие вопросы: «Какую нагрузку выдерживает круглая труба длиной 3, 4, 6 метров? Как это вычислить с помощью онлайн калькулятора? Можно ли это сделать самостоятельно?»

На эти и другие вопросы постараемся дать подробный ответ. Лучшим объяснением будет практический расчет величины вертикальной нагрузки на круглую трубу. Для примера, возьмем вертикальный круглый стояк диаметром 57 мм длиной 3 метра (чаще всего используется для обустройства навесов, гаражей, иных сооружений) и вычислим, какую нагрузку труба сможет выдержать.

Какие данные нужны

Алгоритм работы с программой состоит в следующем:

  1. Сначала нужно открыть ГОСТ 14249 89, из которого необходимо выписать первых 5 исходных значений. Для быстрого отыскания параметров воспользоваться примечаниями к каждой ячейке.
  2. Заполнить ячейки D8, D9, D10, вписывая в них линейные параметры стояков.
  3. В ячейки от D11 до D15 внести возможные нагрузки.

Важно! Если на обечайку будет действовать внутреннее избыточное давление, то значение наружного давления равняется нулю. Аналогично: при воздействии на стояк внешнего избыточного давления, параметр внутреннего давления также будет равным нулю.

В данном случае будем рассматривать воздействие сжимающей осевой центральной силы.

Важно! Помните, что примечания к каждой ячейке в столбце «Значение» содержат в себе ссылку номеров нужной формулы, необходимой таблицы или чертежа из ГОСТа 14249 89.

Что получилось в результате

Нужно не только уметь пользоваться программой, но также уметь объяснить полученные результаты.

Необходимо сопоставить отношение действующей нагрузки к допускаемой: при получении числа, большего за единицу, труба – перегруженная. В противном случае – заданный вес стояк выдержит, при условии, что расчет нагрузки на трубу круглого сечения проведен правильно.

Важно! Пользователь должен увидеть значение суммарного влияния всех действующих сил и давлений.

Как видим, заданная схема крепления концов трубы может выдержать силу 4 тыс. 700 ньютонов, что соответствует массе примерно 470,103 кг. Нужно также учесть запас прочности, что составляет около 2%.

Преимущества и недостатки

Если сравнить плюсы и минусы профильных труб из алюминия, то плюсов намного больше:

  • Небольшой вес – в три раза меньше, чем у стальных конструкций – это позволяет облегчать конструкции, транспортировку и монтаж.
  • Многообразие форм профиля и цветов у декоративных изделий.
  • Большая прочность.
  • Пластичность – трубы легко гнутся.
  • Устойчивость к коррозии – даже подверженные ей сплавы все равно корродируют намного медленнее, чем сталь.
  • Устойчивость к высоким и низким температурам.
  • Эстетичный внешний вид.
  • Долговечность.
  • Простота обслуживания.
  • Технологичность – профтрубы легко монтируются; можно использовать сварку, краб-системы, фитинги, болты.
  • Малое температурное расширение.
  • Широкий диапазон рабочих температур от -80° до +120° С.
  • Полная и достаточно безвредная утилизация – алюминий полностью переплавляется и используется выпуска других изделий.
Читайте также:  Как загнуть полипропиленовые трубы для парника

Недостаток – относительно большая цена и мягкость чистого алюминия. Кроме того, следует иметь в виду, что алюминиевые трубопроводы не применяются для питьевой воды (и пищевых продуктов).

Что нужно учитывать при расчетах

Приступая к монтажу постройки, необходимо ее начертить. Благодаря такому проекту каркаса, можно проводить определенные расчеты. Для этого нужно проставить точные размеры на чертеже, после чего провести вычисления, учитывая суммарное напряжение. Если все сделать точно, то сооружение будет надежным и безопасным.

Для точности и быстроты расчета нагрузки на профильную трубу можно воспользоваться калькулятором или программой SketchUP. ( — Официальная русская версия! Разрядность: 64bit, Язык интерфейса: Русский, Таблетка: Присутствует)

Расчет будет правильным при соблюдении таких 3-ех условий:

  1. Если в системе будут опоры и верхняя рама, в которых будут возникать механические (не электрические!) напряжения, то усилия будут распределяться между несколькими стояками, в зависимости от их соединения между собой.
  2. Достаточно большая высота системы способна уменьшить несущую способность отдельных опор. Связано это с появлением крутящего момента в стояках.
  3. Чтобы получить надежную металлоконструкцию большой высоты, нужно добавить дополнительные опоры. Благодаря ребрам жесткости, которыми будут связаны между собой стояки, механическое напряжение сможет распределиться более равномерно.

Какая информация еще важна

Выполняя непосредственные вычисления, необходимо владеть информацией о:

1. Типах возможных нагрузок.

  • стабильными, при которых учитывается вес деталей конструкции, масса грунта, давление кровли и т.п.;
  • долговременными, которые будут действовать на протяжении большого периода, но могут измениться в любой момент: масса котла, лестничного марша, стен из кирпича;
  • кратковременными, действующие на протяжении малого промежутка (атмосферные осадки, масса посетителей, транспортных средств);
  • особыми, что вызываются непредвиденными обстоятельствами: ливнями, землетрясениями, извержениями вулканов, взрывами и пр…

2. Размерах профильных труб, формы сечений.

3. Суммарном напряжении строения.

4. Прочностных характеристиках стали.

Советы по выбору

При выборе алюминиевых изделий следует тщательно продумать будущую конструкцию и определить необходимые размеры, толщину стенки, отделку профиля. При покупке следует внимательно осмотреть закупаемый материал. На трубах не должно быть раковин, трещин, неметаллических включений, расслоений, утяжек, рыхлостей, пузырей, сильных вмятин.

При покупке требуйте сертификат – иначе можно купить мягкую трубу из алюминия вместо прочного сплава. Допускаются на поверхности риски и неглубокие царапины, небольшие пятна, цвета побежалости, остатки технологической смазки. Если вы покупаете материал с декоративным покрытием – следует тщательно осмотреть покрытие.

Примерная цена и лучшие производители

Лучшие производители алюминиевого проката в России — Самарский МЗ, Каменск-Уральский МЗ, Ступинская МК, Агрисовгаз, Белокалитвинское МПО. Цены на ходовые для мелких металлоконструкций размеры труб (за погонный метр):

  • 25×25х2 мм из сплава АДЗ1 Т1 – от 150 руб/м.
  • 30×30х2 мм из сплава АДЗ1 Т1 – от 170 руб/м.
  • 40×20х2мм из сплава АДЗ1 Т1 – от 170 руб/м.

Это цены на недорогие трубы, у других производителей трубы могут стоить в два раза больше, импортные еще дороже.

Перевозка профильной трубы

Все будет зависеть от того, какой длины трубы подлежат перевозке.

  1. Если их длина находится в диапазоне 6-12 м, то для перевозки придется заказывать грузовой автомобиль, длина борта которого составляет 13,5 м, не меньше. К сожалению, таким автомобилям запрещен въезд в город. Поэтому надо продумать маршрут проезда или провести всю операцию ночью.
  2. Если длина в пределах 6 м. Кстати, многие производители предлагают именно такой длины изделия, как стандартные. Для перевозки лучше нанять «Газель». Но тут все будет зависеть от количества перевозимого материала.
  3. Если длина 3 м. Здесь без вопросов – Газель.


Как правильно перевозить профильную трубу Источник itd0.mycdn.me

Внимание! Перевозка – дело серьезное. Любое отклонение от требований КоАП приведёт к штрафам, как минимум. В худшем случае вам предложат перегрузить трубы в другую машину, соответствующую требованием закона. Поэтому не экономьте на транспортных расходах.

Поэтому совет – приобретая профильные трубы, сразу подумайте о машине, которая их будет перевозить. Главное – чтобы длина кузова была больше длины трубы.

Советы по монтажу

Сварка алюминия требует высокой квалификации сварщика, и в домашних условиях этот метод обычно не применяют. Зато возможно крепление с помощью краб-систем, фитингов и на болтах – самые ходовые способы сборки металлоконструкций. Желательно монтировать с помощью краб-систем.

Для крепления с помощью крабов понадобятся два гаечных ключа, болты М8, крабовое соединение. Профтрубы нарезаются в размер, зачищаются заусенцы.

Заготовки вставляются в краб до упора, несильно наживляются болтами, проверяются углы, болты туго затягиваются. Если выполняется сборка крупной конструкции, лучше «наживить» всю конструкцию, вымерять вертикальность и горизонтальность трубных заготовок, прямоугольность углов и затем затянуть все болты, начиная снизу. Такую работу лучше выполнять вдвоем.

Можно собрать часть конструкции на ровной горизонтальной площадке, а затем поднять и установить. Установив две стены навеса, беседки или теплицы, установить и наживить все поперечные трубы, промерить, собрать другие стены, еще раз промерить, закрутить болты окончательно.

При сборке конструкций при помощи болтов обязательно необходимо применять соединительные пластины. До сборки следует просверлить в болтах и пластинах отверстия, затем собрать и закрутить.

Особенности эксплуатации

Следует помнить, что соединение при помощи болтов или краб-систем является обслуживаемым, и периодически – 1-2 раза в год – необходимо проверять соединение и подтягивать болты.

Возможные проблемы

Следует иметь в виду, что прочность алюминия все-таки меньше, чем у стали, и большой стеллаж, нагруженный заготовками на зиму – не лучшее применение дюралевым конструкциям. Зато всевозможные тенты и навесы, вольеры и легкие стеллажи – как раз то, для чего алюминиевая профтруба предназначена. Кроме того, такие трубы не любят большую поперечную нагрузку – труба может изогнуться.

Упаковка, транспортировка и хранение

Алюминиевые профиля можно поцарапать и даже погнуть при небрежной перевозке или хранении. Поэтому при перевозке следует укладывать их таким образом, чтобы на них не давили (и не падали!) тяжелые предметы. Пара деревяшек или мешок шпаклевки весом 25 кг крупным трубам особо не повредит, но упавшая дверь, окно, стальной уголок вполне может оставить вмятину или прогнуть трубу.

Неплохо упаковывать изделия в картон и полиэтилен, особенно если на трубах имеется декоративное покрытие. Особых требований к хранению алюминия и сплавов нет. Но если Вы знаете, что данный сплав неустойчив к коррозии – храните разборные конструкции под крышей, а еще лучше – в гараже или сарае, а не на улице или в подвале.

Какие методы используют для расчета нагрузок

Для расчета нагрузки на профильную трубу пользуются:

  • таблицами;
  • математическими формулами;
  • специальным онлайн калькулятором.

Применяем таблицы

При применении первого метода нужно сопоставление физических характеристик трубы, которая будет применяться для сооружения системы, с табличными данными. Для этого берут значения величин из таблиц 1 или 2, в зависимости от типа профиля.

Таблица 1. Нагрузки для стояков квадратного сечения

Сечение, мм Максимально возможная масса, кг
Длина пролета, м
1 2 4 6
40х40х2 709 173 35 5
50х50х2 1165 286 61 14
60х60х3 2393 589 129 35
80х80х3 4492 1110 252 82
100х100х4 9217 2283 529 185
140х140х4 19062 4736 1125 429

Таблица 2. Нагрузки для стояков прямоугольного сечения

(для вычислений используют длинную сторону)

Сечение, мм Максимально возможная масса, кг
Длина пролета, м
1 3 4 6
50х25х2 684 69 34 6
60х40х3 1255 130 66 17
80х40х3 2672 281 146 43
80х60х3 3583 380 199 62
100х50х4 5489 585 309 101
120х80х3 7854 846 455 164

Эти таблицы имеют данные о максимально допустимых массах. При таком воздействии на профиль труба не разрушится, а лишь согнется.

Но стоит увеличить массу хотя бы на 0,5 кг, система может полностью деформироваться, что приведет к разрушению.

В связи с этим, на практике выбирается деталь прямоугольного или квадратного сечения, запас прочности которой был бы большим от минимального хотя бы в 2 раза.

Преимущества табличного метода

Табличный метод отличается высокой точностью. Для его применения нужно обладать информацией о видах опор, способах фиксации на них профилей, типах нагрузок. Кроме этого, для полных расчетов нагрузок необходимо иметь данные о

  • моментах инерции профильной прямоугольной или квадратной трубы, значение которых можно взять из таблиц, начиная от сечений 15х15х1 5 и оканчивая 100х100х4 и выше;
  • длине пролетов;
  • величине тяжести на каждый стояк;
  • коэффициентах модулей упругости (взять из СНиП).

Масса 1 м.п. профиля 15х15х1,5 составляет 0,606 кг. Исходя из этого, можно провести соответствующие вычисления.

После этого переходим к специальным формулам, то есть, к математическому методу. В соотношениях показано, как связаны между собой данные физические величины, как найти неизвестную величину, имея 2 или больше известных параметра и пр.

А может лучше калькулятором?

Быстрее всего можно провести расчеты с применением калькулятора. Особенность такой программы состоит в том, что необходимо ввести нужные параметры, характеристики изделий, линейные размеры, иные свойства будущей конструкции. В конце онлайн калькулятор выдаст расчет нагрузки профильной трубы для заданных параметров.

Важно! Для расчета нагрузок нужно пользоваться специальными онлайн калькуляторами, которые размещены на сайтах надежных компаний.

Только в таком случае окончательные данные по обустройству системы будут правильными. Сама же конструкция при этом будет прочной и полностью безопасной.


С помощью калькулятора можно провести расчет не только вертикальной, но и поперечной нагрузки на профильную трубу. То есть, использование таких вычислительных схем позволяет определить, как может распределяться вес по всей системе.

Важно! Лучше всего воспользоваться услугами лиц, которые знакомы с ГОСТами, разбираются в строительстве, сопромате, имеющие опыт работы с аналогичными программами.

Что в первую очередь рассчитывают при помощи формул

Вычисляют многие параметры.

  1. Допустимый уровень напряжения при изгибах. Используется формула Р= M/W, где Р – возможное напряжение при изгибе, М – значение изгибающего момента силы, W – механическое сопротивление.
  2. Требуемое сечение стояка: F = N/R, где F – необходимая площадь сечения (см²), N – действующая масса (кг), R – значение сопротивления металла при деформациях, соответственно пределу текучести (кг/см²).

Значения физических величин можно отыскать в специальных таблицах.

Источник

Adblock
detector