Розрахунок труби на вигин. Властивості і особливості профільних трубних виробів
Профільні труби широко застосовуються в приватному і промисловому будівництві. З них створюють альтанки, теплиці, гаражі, господарські будівлі, рекламні щити. Конструкції бувають не тільки класичними прямокутними, але можуть також мати найрізноманітнішу конфігурацію. Тому дуже важливо правильно розрахувати максимально допустимий вигин труби. Це забезпечить спорудження міцність, довговічність і дозволить зберегти його початкову форму.
При виготовленні конструкцій з профільної труби не можна згинати її «на око» — слід зробити відповідні розрахунки
Властивості і особливості профільних трубних виробів
Профільними прийнято назвати труби, перетин яких відрізняється від круглого. Найбільш поширені варіанти — це квадратні і прямокутні вироби. Особливу популярність їм надає той факт, що створена на їх основі кінцева конструкція має відносно невелику вагу. Більш того! Завдяки специфічній формі, кріплення трубних елементів до різних поверхонь і один до одного значно спрощується.
Дані будівельні вироби виготовляються з широкого спектру сплавів і металів. Однак найчастіше використовуються профільні труби з низьколегованої і вуглецевої сталі. Кожному металу характерно таке природне якість, як точка опору. Вона буває як максимальної, так і мінімальної. Перша, зокрема, служить причиною деформації побудованих споруд, призводить до перегинів, наслідком яких можуть бути злами.
Виконуючи загин, важливо брати до уваги такі характеристики, як вид вироби і його щільність, перетин, розмір, а також гнучкість матеріалу і його жорсткість. Знаючи всі ці властивості металу, виконавець зможе зрозуміти, як поведе себе конструкція в процесі експлуатації.
Крім того, слід пам’ятати, що при згинанні вироби його внутрішні частини стискаються, що веде до збільшення їх щільності і зменшення розмірів. Довжина зовнішнього шару відповідно зростає, він стає більш розтягнутим, але менш щільним. При цьому навіть після закінчення процесу початкові характеристики серединних ділянок зберігаються.
При згинанні труби потрібно враховувати властивості матеріалу, з якого вона виготовлена, її розміри і товщину стінок
Важливо! Напруга при згинанні трубного профілю буде обов’язково виникати навіть на максимально віддалених від нейтральної зони сегментах вироби. Особливо високий тиск відчуватимуть шари, розташовані в безпосередній близькості від вищевказаної нейтральної зони.
Як впливає міцність матеріалу на допустимі радіуси вигину
Діючі на території нашої країни ГОСТи досить детально регламентують характеристики і властивості елементів, які використовуються при розрахунку міцності труби на вигин. Перш за все, в цьому контексті розглядається мінімальний радіус, на який допускається згинати профільне трубне виріб. Він залежить від умов виконання гнучкі. Якщо ця процедура здійснюється з нагріванням або з набиванням порожнини труби піском, значення зовнішнього діаметра починається з позначки 3,5 DN (під DN розуміється умовний прохід).
У разі, коли виконавцю є застосування спеціалізованого обладнання (наприклад, трубозгинаючого верстата), що дозволяє виконати послідовність необхідних операцій без нагрівання, або інших додаткових заходів, тоді мінімальний діаметр становить 4 DN.
При необхідності виконання досить крутого вигину діаметр повинен бути рівний мінімум 10 DN, оскільки ця процедура буде проводитися іншими способами, переважно, при високих температурах.
Зрозуміло, передбачені державними стандартами значення можна трохи зменшити, але тоді проводити розрахунок профільної труби на вигин необхідно дуже уважно. Відхилення від ГОСТу можливі, якщо при використовуваному способі згинання товщина стінки гарантовано зміниться від початкової на 15%. Тільки тоді можна бути впевненим, що вигин на менші величини істотного впливу на міцність конструкції в подальшому не зробить.
Зігнути трубу на максимально допустимий для неї радіус можна тільки за допомогою спеціального верстата або пристосування
Які застосовуються формули і таблиці
Для коректного розрахунку міцності труби на вигин необхідно дізнатися довжину деталі. Робиться це за такою формулою:
Д = 0,0175? Р? У + р1, де
Д — довжина заготовки; Р — радіус вигину труби (мм); У — необхідний кут вигину; р1 — відстань для утримання заготовки, необхідне при застосуванні спеціального обладнання.
Далі здійснюємо оцінку величини передбачуваного до вигину ділянки за такою формулою:
Д1 = ?? У / 180 (Р + ДН / 2), де
Д1 — довжина згинати ділянки; ? — відома математична константа; У — кут вигину (градуси); ДН — діаметр по зовнішній поверхні труби (мм).
У ГОСТах №617 / 90 і №494 / 90 містяться найменші значення основних характеристик, на основі яких проводиться розрахунок міцності профільного трубного вироби на вигин.
Корисно знати! Такий підхід — регламентація мінімальних значень — забезпечує зручність майстра, а також найбільшу безпеку при виконанні робіт і, звичайно ж, при експлуатації конструкцій, зокрема, зведених з латунного і мідного профілю.
Основні характеристики, які використовуються в процесі обчислення міцності труби на вигин, наведені в нижче розміщеної таблиці.
Таблиця 1
| Радіус вигину мінімальний | Мінімальна довжина вільної частини | Зовнішній діаметр |
| 90 | 60 | 30 |
| 72 | 55 | 24 |
| 36 | 50 | 18 |
| 30 | 45 | 15 |
| 24 | 35 | 12 |
| 20 | 30 | 10 |
| 16 | 25 | 8 |
| 12 | 18 | 6 |
| 8 | 12 | 4 |
| 6 | 10 | 3 |
Дані в цій таблиці відносяться до трубним виробам з латуні і міді. А розрахунок навантаження на вигин на профільну трубу, вироблену зі сталі, здійснюється відповідно до даних, наведеними нижче (ГОСТ №3263 / 75).
Таблиця 2
| Розмір труби | Довжина вільної частини (мінімальна) | Мінімальний радіус вигину | ||||
| умовний прохід | Зовнішній діаметр | Гаряче стан | холодний стан | |||
| 100 | 114 | 230 | 340 | 680 | ||
| 80 | 88,5 | 170 | 265 | 530 | ||
| 65 | 75,5 | 150 | 225 | 450 | ||
| 50 | 60 | 120 | 180 | 360 | ||
| 40 | 48 | 100 | 150 | 290 | ||
| 32 | 42,3 | 85 | 130 | 250 | ||
| 25 | 33,5 | 70 | 100 | 200 | ||
| 20 | 26,8 | 55 | 80 | 160 | ||
| 15 | 21,3 | 50 | 65 | 130 | ||
| 10 | 17 | 45 | 50 | 100 | ||
| 8 | 13,5 | 40 | 40 | 80 | ||
У число основних параметрів, які необхідно враховувати, визначаючи навантаження при згині, входять також товщина стінок і діаметр оброблюваної заготовки. Кореляція цих двох показників представлена ??в черговий таблиці. До речі, що містяться в ній відомості можна використовувати і для розрахунку навантаження на трубу круглого перетину.
Таблиця 3
| Діаметр (мм) | Радіус згину (мінімальний) при товщині стінок | |
| Товщина більше 2 мм | Товщина менше 2 мм | |
| 60/140 | 5D | 7D |
| 35/60 | 4D | 6D |
| 20/35 | 3D | 5D |
| 5/20 | 3D | 4D |
Необхідно сказати ще ось про що. Замінити ручну розрахунок навантаження розглядуваного типу покликані різні присутні в інтернеті он-лайн калькулятори. Працюють вони відповідно до закладених в них формулами, орієнтованими на різні зразки трубної продукції. Спектр застосування сучасного он-лайн калькулятора дуже широкий: починаючи від найпростішого розрахунку круглої труби на прогин, і закінчуючи підрахунком навантаження на профільну трубу при її згинанні.
Деформація труб в місці згину іноді неминуча, але вона може погіршити характеристики готової конструкції
Технологічний процес вигину
Будь-яка деформація призводить до зменшення несучої здатності профільної труби і супроводжується виникненням тривалих напружень на її стінках. На внутрішньому шарі через стиснення металу щільність збільшується, а на зовнішній частині розтягнення, навпаки, зменшує значення даного показника. Форма перетину при цьому також очікувано змінюється. Сукупність цих факторів призводить до того, що несуча здатність конструкції в місці вигину помітно зменшується. Це актуально для круглої труби, а також для прямокутного і квадратного трубного вироби. Причому, для останніх двох подібне явище не настільки виражена, ніж для труби з круглим перетином.
Однак в будь-якому випадку потрібно уважний підхід до оцінки ступеня навантаження, що прикладається при вигині заготовки. Тоді на ній не з’являться непотрібні розломи і викривлення. З точки зору функціонального призначення стосується це, перш за все круглих труб, з яких виготовляються відводи для систем водопостачання.
Корисно знати! Утворені складки призводять до виникнення засмічень, підвищують опір рідини, що транспортується і знижують прохідність робочого середовища.
Тому ступінь овальної деформації для деталі діаметром до 20 мм не повинна перевищувати 15 відсотків. При збільшенні діаметра значення даного показника зменшується до позначки 12,5 відсотків. Ці ж цифри застосовуються і при визначенні оптимального навантаження на прогин труби з профільним перерізом, а вищевказані значення діаметрів відносяться до вписаною / описаної в / навколо прямокутник (а) або квадрат (а) кола.
Застосовуємо закон Гука
Розрахунок міцності трубного вироби на вигин зводиться за законом Гука до простого визначення величини максимального напруження на досліджувану точку конструкції. При цьому важливо враховувати, з якого матеріалу виготовлений профіль, оскільки кожному з них характерний свій показник напруги.
Згідно із законом Гука сила пружності знаходиться в прямій пропорційній залежності від ступеня деформації. У загальному вигляді для розрахунків застосовується наступна формула:
Н = P / V, де
Н — напруга; P — величина вигину по осі впливу прикладеної сили; V — значення опору вигину, яке береться за вищевказаною осі.
Згинаючи труби, слід пам’ятати про те, що навантаження на заготовку не повинна бути занадто сильною, інакше труба просто лопне
Визначення нормального значення опору входить в коло основних завдань людини, який прийняв рішення звести споруду з профілю. А застосування формули для розрахунку оптимального рівня сили, що впливає на трубу, передбачає проведення перевірки правильності отриманих результатів. Для цього потрібно знати ряд правил і, звичайно ж, дотримуватися їх. Коротко формулюються вони так:
- перш, ніж приступити до обчислень, необхідно намалювати хоча б ескіз майбутньої конструкції. Так ви будете застраховані від помилок, викликаних неправильним розумінням форми споруди;
- щоб не допустити деформацію або руйнування профілю, що ускладнюють експлуатацію споруди, слід брати до уваги матеріал його виготовлення і товщину стінок;
- розрахувавши міцність труби на вигин, необхідно уважно вивчити отримані результати. Вони не повинні перевищувати максимально встановлені значення.
Ну і основне правило звучить так: обчислення проводите не поспішаючи, акуратно, точно. Застосовуйте на кожному етапі відповідні формули, що не підганяйте значення під вигідні для самого себе.
