Как сделать расчет трубы на изгиб – пошаговое руководство

Как сделать расчет трубы на изгиб – пошаговое руководство

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.

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.

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.

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.

Какая нагрузка действует на профильную трубу

Другой вопрос, как рассчитать размеры профильной трубы так, чтобы обойтись «малой кровью», купить подходящую по нагрузке трубу. Для изготовления перил, оградок, теплиц можно обойтись без расчетов. Но если вы строите навес, кровлю, козырек, без серьезных расчетов нагрузки не обойтись.

Каждый материал сопротивляется воздействию внешних нагрузок, и сталь – не исключение. Когда нагрузка на профильную трубу не превышает допустимых значений, то конструкция согнется, но выдержит нагрузку. Если вес груза убрать, профиль примет исходное положение. В случае превышения допустимых значений нагрузки труба деформируется и остается такой навсегда, либо разрывается в месте сгиба.

Чтобы исключить негативные последствия, при расчете профильной трубы учитывайте:

  1. размеры и сечение (квадратное или прямоугольное);
  2. напряжение конструкции;
  3. прочность стали;
  4. типы возможных нагрузок.

Классификация нагрузок на профильную трубу

Согласно СП 20.13330.2011 по времени действия выделяют следующие типы нагрузок:

  1. постоянные, вес и давление которых не меняется со временем (вес частей здания, грунта и т.д.);
  2. временные длительные (вес лестницы, котлов в коттедже, перегородок из гипсокартона);
  3. кратковременные (снеговые и ветровые, вес людей, мебели, транспорт и т.д.);
  4. особые (землетрясения, взрывы, удар машины и т.д).

К примеру, вы сооружаете навес во дворе участка и используете профильную трубу как несущую конструкцию. Тогда при расчете трубы учитывайте возможные нагрузки:

  1. материал для навеса;
  2. вес снега;
  3. сильный ветер;
  4. возможное столкновение автомобиля с опорой во время неудачной парковки во дворе.

Для этого воспользуйтесь СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия». В ней есть карты и правила, необходимые для правильного расчета нагрузки профиля.

Расчетные схемы нагрузки на профильную трубу

Кроме типов и видов нагрузки на профили, при расчете трубы учитываются виды опор и характер распределения нагрузки. Калькулятор рассчитывает, используя только 6 типов расчетных схем.

Максимальные нагрузки на профильную трубу

Некоторые читатели задаются вопросом: «Зачем делать такие сложные расчеты, если мне нужно сварить перила для крыльца». В таких случаях нет необходимости в сложных расчетах с учетом нюансов, так как можно прибегнуть к готовым решениям (таб. 1, 2).

Таблица 1. Нагрузка для профильной трубы квадратного сечения

Размеры профиля, мм Максимальная нагрузка, кг с учетом длины пролета
1 метр 2 метра 3 метра 4 метра 5 метров 6 метров
Труба 40х40х2 709 173 72 35 16 5
Труба 40х40х3 949 231 96 46 21 6
Труба 50х50х2 1165 286 120 61 31 14
Труба 50х50х3 1615 396 167 84 43 19
Труба 60х60х2 1714 422 180 93 50 26
Труба 60х60х3 2393 589 250 129 69 35
Труба 80х80х3 4492 1110 478 252 144 82
Труба 100х100х3 7473 1851 803 430 253 152
Труба 100х100х4 9217 2283 990 529 310 185
Труба 120х120х4 13726 3339 1484 801 478 296
Труба 140х140х4 19062 4736 2069 1125 679 429
Таблица 2. Нагрузка для профильной трубы прямоугольного сечения (рассчитывается по большей стороне)

Размеры профиля, мм Максимальная нагрузка, кг с учетом длины пролета
1 метр 2 метра 3 метра 4 метра 5 метров 6 метров
Труба 50х25х2 684 167 69 34 16 6
Труба 60х40х3 1255 308 130 66 35 17
Труба 80х40х2 1911 471 202 105 58 31
Труба 80х40х3 2672 658 281 146 81 43
Труба 80х60х3 3583 884 380 199 112 62
Труба 100х50х4 5489 1357 585 309 176 101
Труба 120х80х3 7854 1947 846 455 269 164

Пользуясь готовыми расчетами, помните, что в таблицах 2 и 3 указана максимальная нагрузка, от воздействия которой труба согнется, но не сломается. При ликвидации нагрузки (прекращение сильного ветра) профиль вновь обретет первоначальное состояние. Превышение максимальной нагрузки даже на 1 кг ведет к деформации или разрушению конструкции, поэтому покупайте трубу с запасом прочности, в 2 – 3 раза превышающим предельное значение.

Какая нагрузка действует на профтрубу?

Важным критерием, который учитывается при подсчетах, является время воздействия и тип нагрузок. Данные показатели регламентированы СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия». Различают силу давления:

  • Постоянные, когда масса и воздействующая сила не меняются на протяжении длительного временного периода. Воздействия создаются элементами здания (несущими и ограждающими конструкциями), грунтами, гидростатическим давлением.
  • Длительные. Временные перегородки из ГКЛ, стационарное оборудование, складируемые материалы, а также как результат изменения влажности или усадки.
  • Кратковременные. Оборудование, вес людей и транспортных средств, климатические, создаваемые снегом, ветром, перепадами температур, обледенением.
  • Особые. Сейсмические и взрывные воздействия, влекущие изменения структуры грунта, результат столкновения транспортных средств и обусловленные пожаром.
Читайте также  Индукционный котел своими руками

В Своде правил представлены формулы для подсчета, таблицы и схемы по каждому типу нагрузок. Также берется в учет реалистичное сочетание все типов давления.

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.

Масса

Простейший способ расчета сводится к использованию интернета: калькулятор расчета веса профильной трубы в зависимости от ее сечения и толщины стенки несложно найти на сайтах многих производителей и продавцов.

Один из онлайн-калькуляторов.

Однако мы не будем искать легких путей и постараемся найти альтернативные способы выполнения подсчетов своими руками. Собственно, их два.

Нормативные документы

Необходимые нам данные содержатся в отечественных стандартах:

  1. ГОСТ 8645-68 содержит сортамент прямоугольных стальных труб.
  2. Для квадратного сечения сортамент отыщется в ГОСТ 8639-82.

Полные таблицы слишком объемны для небольшой статьи, поэтому приведем лишь некоторые значения в качестве примера.

Сторона квадратной трубы, мм Толщина стенки, мм Масса погонного метра, кг
15 1,0 0,426
1,5 0,605
20 1,0 0,583
1,5 0,841
2,0 1,075
40 2,0 2,33
2,5 2,85
3,0 3,36
3,5 3,85
4,0 4,30
5,0 5,16
6,0 5,92
Сторона А прямоугольной трубы, мм Сторона В прямоугольной трубы, мм Толщина стенки, мм Масса погонного метра
25 15 1,0 0,583
1,5 0,841
2,0 1,08
2,5 1,29
30 10 1,0 0,583
1,5 0,841
2,0 1,08
2,5 1,29
3,0 1,48
15 1,0 0,661
1,5 0,959
2,0 1,23
2,5 1,48
3,0 1,71
20 1,0 0,740
1,5 1,08
2,0 1,39
2,5 1,68
3,0 1,95

Некоторые значения, не вошедшие в наш список.

Обратите внимание: мы настоятельно рекомендуем ознакомиться с полным текстом документов. Как мы выясним далее, полная версия таблиц будет полезна в дальнейших расчетах.

Расчет по плотности

С некоторой погрешностью расчет веса профильной трубы может быть выполнен и без таблиц сортамента. Достаточно знать все основные размеры изделия и плотность стали, которая, как мы уже выяснили, при расчетах принимается равной 7850 кг/м3, или 7,85 г/см3.

Инструкция по расчету не вызовет сложностей у любого человека, помнящего основы геометрии.

  1. Рассчитываем площадь поверхности погонного метра профтрубы. Она равна произведению периметра (суммы всех четырех сторон) и единицы.

Внимание: чтобы получить результат в тоннах без сложных пересчетов, лучше сразу перевести размеры в метры.

  1. Умножаем площадь на толщину стенки и получаем объем металла в погонном метре.
  2. Умножив объем на плотность стали, мы получим массу погонного метра.

Мысленно развернув профиль в плоскую пластину, несложно вычислить его объем и вес.

Давайте в качестве примера выполним расчет для прямоугольного сечения 180х150 при толщине стенки 12,0 мм.

  1. Площадь будет равной (0,15 + 0,15 + 0,18 + 0,18) х 1 = 0,66 м2.
  2. Объем – 0,66 м2 х 0,012 м= 0,00792м3.
  3. Масса – 0,00792х7850= 62,172 кг.

Результат несколько отличается от прописанного в ГОСТ (55,71 кг) за счет того, что при разворачивании реальной профтрубы в плоскую заготовку мы получим заметное утончение там, где были ее продольные грани. Погрешность будет тем меньше, чем тоньше стенки и чем больше размер сечения.

Расчет нагрузки на профильную трубу калькулятор

Используя профильную трубу для создания несущих конструкций, в обязательном порядке должны выполняться расчеты на изгиб. Такой вид трубного проката применяется в промышленном, коммерческом и частном строительстве. Из него изготавливают навесы, всевозможные каркасные и лестничные конструкции, фермы, стеллажи, козырьки, тепличные сооружения, элементы кровельной системы, беседки. Поэтому без правильных и тщательных расчетов никак не обойтись. Превышение допустимого давления приведет к деформации или разрыву изделия в месте сгибания профтрубы.

Используя методы расчета нагрузок на профильную трубу, можно:

  • сохранить первоначальную форму изделий;
  • придать конструкции повышенной прочности;
  • увеличить период эксплуатации;
  • минимизировать расходы на материале;
  • избежать негативных разрушительных последствий.

Какая нагрузка действует на профтрубу?

Важным критерием, который учитывается при подсчетах, является время воздействия и тип нагрузок. Данные показатели регламентированы СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия». Различают силу давления:

В Своде правил представлены формулы для подсчета, таблицы и схемы по каждому типу нагрузок. Также берется в учет реалистичное сочетание все типов давления.

Показатели массы и нагрузки на изгиб

При расчете профильной трубы: масса и изгиб являются основными показателями. Знать вес погонного метра проката нужно, чтобы не ошибиться в прочностных значениях создаваемой конструкции. Метод определения направлен на подбор оптимального сечения трубного проката при разной его длине. Наглядный пример соотношений этих двух показателей представлен в таблицах ниже.

Табл.№1. Значения для изделий квадратного сечения:

Табл. №2. Значения для изделий прямоугольного сечения:

Методы и формулы для вычисления

Чтобы рассчитать прочность трубы профильной на изгиб необходимо определить максимальное напряжение на ту либо иную точку конструкции. Каждый вид материала, из которого изготавливается прокатная продукция, обладает индивидуальным показателем напряжения и точкой сопротивления. В учет берутся следующие параметры: вид проката, сечение, толщина стенки, общие характеристики. Владея такими данными, можно предположить, какие будут последствия от воздействия различных факторов, в том числе окружающей среды. При давлении на поперечную часть профтрубы напряжение создается даже в точках, которые удалены от нейтральной оси.

Получить данные можно разными способами:

  • Берутся готовые показатели из строительных справочников и подставляются в формулу. Такие действия предусматривают выбор трубного проката в соответствии с указанными характеристиками, что позволяет делать самые точные подсчеты прогиба. ГОСТ 8639-82 (для изделий квадратного сечения) и ГОСТ 8645-68 (прямоугольного) регламентированы: момент инерции трубы (I), длину пролета (L), нагрузку (Q), модуль упругости в соответствии СНиП. Схемы вычислений индивидуальные и для каждого случая подбирается формула.
  • Самостоятельно рассчитывается прочность на изгиб. В данном случае применим Закон Гука, который выражается формулой: Pизг = M/W, где Pизг — величина прочностного предела, M — изгибающий момент; W — сопротивление. Такие вычисления требуют дополнений: учитываются характеристики исходного материала, давления и т.д.
  • При помощи калькулятора. В специальную расчетную таблицу вносятся исходные данные — длина пролета, нормативная и расчетная нагрузка, Fmax,количество изделий, расчетное сопротивление, параметры. После нажатия на клавишу «Рассчитать» выдается готовый результат.

Не стоит выполнять расчеты самостоятельно. Нужно уметь пользоваться ГОСТами, СНиПами и владеть сложной специфической техникой — сопроматом. При малейших неточностях в подсчетах не избежать серьезных последствий.

Проще применить один из калькуляторов для расчета нагрузки на профильную трубу:

Калькулятор труб онлайн, расчет размеров труб (масса и вес труб, объем внутреннего пространства, площадь поверхности и т.д.)

Поделиться ссылкой:

Данные из сортамента труб:

Выбор диаметра трубы
Выбор материала трубы
Полная версия онлайн сортамента труб

Характеристики трубы (трубопровода) с учетом длины:

Калькулятор позволяет определять исходя из:

  • выбранной сортамента труб;
  • выбранного диаметра и толщины стенки трубы;
  • протяжности трубопровода, м;
  • заданного запаса труб, %;
  • длины одной трубы, м,
Читайте также  Выкройка колпака на кирпичный столб

Следующие расчетные данные:

  • общая протяженность трубопровода с учетом запаса, м;
  • количество необходимых труб с учетом запаса (округленное в большую сторону), шт;
  • вес трубопровода (Р, Н) с учетом запаса, массу всего трубопровода (М, кг) с учетом запаса (калькулятор веса и массы трубы онлайн);
  • площадь наружной поверхности трубопровода (S, м 2 ) с учетом запаса ( калькулятор площади трубы онлайн );
  • внутренний объем трубопровода (V, м 3 ) с учетом запаса ( калькулятор объема трубы онлайн ) ;
  • вес трубы (Р, Н), массу трубы (М, кг);
  • площадь наружной поверхности трубы (S, м 2 );
  • внутренний объем трубы (V, м 3 ) .

В ходе выполнения программы формируется ссылка с данными расчета,с которой можно поделиться или сохранить для дальнейшей работы. Ниже приведены примеры ссылок.

Примеры использования программы «Калькулятор труб онлайн, расчет размеров труб (масса и вес труб, объем внутреннего пространства, площадь поверхности и т.д.)»:

  • Труба 32×2.8 ГОСТ 3262-75 ;
  • Труба 89×4.5 ГОСТ 10705-80 В Ст3сп ГОСТ 10704-91;
  • Труба ПЭ 80 SDR 11 63×5.73 ГОСТ Р 50838-2009;
  • Труба ПЭ 80 SDR 17.6 225×12.78 ГОСТ Р 50838-2009;

Видео с примером работы калькулятора труб:

Методики расчета:

  • Расчет массы трубы (трубопровода), кг:

Массы трубы рассчитывается, как:

Мтрубы = М1м.тр.*L, где

М1м.тр. — теоретическая (нормируемая) масса 1 метра трубы, определяемая по данным сортамента на конкретную трубу. Данные определяются автоматически при выбору трубы. Подробнее про массу 1 метра трубы в калькуляторе «Сортамент труб онлайн».

L — длина трубы, м. Длина трубы задается вручную исходя из фактических данных. В случае отсутствия данных о фактической длине трубы можно воспользоваться справкой о длинах труб исходя из выбранного сортамента. Калькулятор труб автоматически формируется справку о длинах труб. При расчете параметров трубопровода вместо длины трубы (L) используется значение общей длины трубопровода с учетом запаса (Lтр. с запасом).

Данные о массе трубы (трубопровода) используется:

    • при заполнение документации (сметный расчетов, спецификации рабочей документации и т.д.);
    • при выполнении расчетов на прочность (сбор нагрузок);
    • при организации логистических операций, связанных с перевозкой труб.
  • Расчет веса трубы (трубопровода), Н:

Вес трубы рассчитывается, как:

Pтрубы = P1м.тр.*L, где

P 1м.тр. — вес 1 метра трубы, определяемая автоматический исходя из массы 1 метра трубы (см. выше). Данные определяются автоматически при выбору трубы. Подробнее про вес 1 метра трубы в калькуляторе «Сортамент труб онлайн».

L — длина трубы, м (см. выше).

Данные о весе трубы (трубопровода) используется:

    • при расчетах на прочность и устойчивость трубопроводов (например по СП 33.13330.2012 Расчет на прочность стальных трубопроводов. Актуализированная редакция СНиП 2.04.12-86 (с Изменением N 1) );
    • при расчете опор, фундаментов и оснований под опоры (например по СП 20.13330.2016 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* (с Изменениями N 1, 2)).
  • Площадь наружной поверхности трубы (трубопровода), м 2 :

Площадь наружной поверхности трубы рассчитывается, как:

Sтрубы = S1м.тр.*L, где

S 1м.тр. — площадь наружной поверхности 1 метра трубы. Данные определяются автоматически при выбору трубы. Подробнее про площадь наружной поверхности 1 метра трубы в калькуляторе «Сортамент труб онлайн».

L — длина трубы, м (см. выше).

Данные о площади трубы (трубопровода) используется:

    • при расчете площади окраски трубы;
    • при расчете объема теплоизоляции;
    • при расчет объема других изоляционных материалов;
  • Внутренний объем трубы (трубопровода), м 3 :

Площадь наружной поверхности трубы рассчитывается, как:

Vтрубы = V1м.тр.*L, где

V 1м.тр. — внутренний объем 1 метра трубы. Данные определяются автоматически при выбору трубы. Подробнее про внутренний объем 1 метра трубы в калькуляторе «Сортамент труб онлайн».

L — длина трубы, м (см. выше).

  • Общая протяженность трубопровода с учетом запаса:

Lтр. с запасом =L*Z, где

L — длина трубы, м (см. выше).

Приложение З. Правила разработки и применения нормативов трудноустранимых потерь и отходов материалов в строительстве РДС 82-202-96. Правила разработки и применения нормативов трудноустранимых потерь и отходов материалов в строительстве

  • Количество необходимых труб с учетом запаса:

N с запасом =Lтр. с запасом /L, где

Lтр. с запасом — общая протяженность трубопровода с учетом запаса, м;

L — длина трубы, м (см. выше).

Количество труб (N с запасом) автоматически округляется в большую сторону до целого количества труб.