Визначення допустимого навантаження на профільну трубу різними способами
Будівництво практично будь-якого об'єкта починається зі складання проекту та проведення інженерних розрахунків. У випадку з металопрокатом одним з важливих параметрів є максимальний тиск. Розглянемо, як визначається допустиме навантаження на профільну трубу: таблиця, формула, калькулятор. Ознайомимося з умовами, які мають бути враховані для будівництва практичної будови.
Яке навантаження виявляється на конструкції
Навантаження на профільну трубу виявляється з боку природних явищ, будівельних матеріалів, різних предметів, людей та тварин. Рідше розглядаються ризики аварійних ситуацій, наприклад удар від машини або поруч розташованого стовпа, огородження. Технічно на етапі проектування інженерами ведеться облік трьох фактично завжди присутніх типів можливого тиску:
- Постійне. Тут розглядаються такі об'єкти та явища, які незмінно впливають на профіль. До таких відносяться ґрунт із ґрунтовими водами, маса будови або її окремих елементів.
- Тривале, але тимчасове. Під такими факторами, що впливають, маються на увазі архітектурні елементи будівлі або побутова техніка, які мають велику вагу і можуть бути при необхідності демонтовані або замінені іншими об'єктами.
- Короткострокове. Це можуть бути автомобілі, меблі, люди, що переміщаються. З природних явищ переважно навантаження забезпечують вітер і кучугури, льоду.
Вивчаючи пункти у СП 20.13330 від 2011 року, варто звернути увагу на ще одну, так звану, особливу групу. У переліку можливих навантажень є такі передбачувані, але рідкісні явища, як зливи, торнадо або землетрус. Подібне у відповідних регіонах завжди враховується. Але ризики аварійних ситуацій на кшталт обвалу ґрунту з тих чи інших причин, зіткнення машини з об'єктом, вибуху прораховуються не завжди. Однак це також має бути передбачено проектувальниками.
Коротко про граничну витривалість виробів
Варто відзначити, що здатність профільної труби, що несе, має свої обмеження. Максимальні показники, які вказує виробник, не виключають згинання зразка, але гарантують збереження його цілісності. Те саме стосується відновлення заданої форми після зміни навантаження в меншу сторону. У таблицях представлена інформація про граничні показники тиску в кг на той чи інший сталевий профіль залежно від його перерізу та довжини.
| Перетин (в мм) | Довжина робочого прольоту/відстань між опорами (м) | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
| Труба із квадратним перетином | ||||||
| 40*40*2 | 709 | 173 | 72 | 35 | 16 | 5 |
| 40*40*3 | 949 | 231 | 96 | 46 | 21 | 6 |
| 50*50*2 | 1165 | 286 | 120 | 61 | 31 | 14 |
| 50*50*3 | 1615 | 396 | 167 | 84 | 43 | 19 |
| 60*60*2 | 1714 | 422 | 180 | 93 | 50 | 26 |
| 60*60*3 | 2393 | 589 | 250 | 129 | 69 | 35 |
| 80*80*3 | 4492 | 1110 | 478 | 252 | 144 | 82 |
| 100*100*3 | 7473 | 1851 | 803 | 430 | 253 | 152 |
| 100*100*4 | 9217 | 2283 | 990 | 529 | 310 | 185 |
| 1020*120*4 | 13726 | 3339 | 1484 | 801 | 478 | 296 |
| 140*140*4 | 19062 | 4736 | 2069 | 1125 | 679 | 429 |
| Труба із прямокутним перетином | ||||||
| 50*25*2 | 684 | 167 | 69 | 34 | 16 | 6 |
| 60*40*3 | 1255 | 308 | 130 | 66 | 35 | 17 |
| 80*40*2 | 1911 | 471 | 202 | 105 | 58 | 31 |
| 80*40*3 | 2672 | 658 | 281 | 146 | 81 | 43 |
| 80*60*3 | 3583 | 884 | 380 | 199 | 211 | 62 |
| 100*50*4 | 5489 | 1357 | 585 | 309 | 176 | 101 |
| 120*80*3 | 7854 | 1947 | 846 | 455 | 269 | 164 |
Важливо враховувати, що перевищення заданої межі є причиною безповоротної деформації виробів, тріщин і руйнівних наслідків конструкції в цілому. Тому фахівці рекомендують віддавати перевагу профільним трубам із двократним або триразовим запасом міцності щодо розрахункової. До винятків можна віднести невеликі об'єкти типу теплиць, компактних ненавантажених огорож.
Граничний радіус вигину
Якщо допустимий тиск вказується з максимальним значенням, межа згинання для профільного прокату стандартами встановлюється мінімальна. Показники здебільшого залежать від розміру труби та способу загину заготовки. До таких відносяться:
- нагрівання або за допомогою піскоструминного обладнання - мінімальне значення радіуса перевищує 3,5 DN;
- за допомогою згинального пристрою – понад 4 DN;
- з використанням печей – допустимо межу 2,5 DN.
Тут під DN мається на увазі площа зовнішнього перерізу профілю до механічного на нього. Вимірювання технологами проводяться з урахуванням гнучкості та щільності вихідного матеріалу, товщини стінок заготівлі. Варто зазначити, що важливою умовою є витончення металопрокату не більш як на 15%.
Основні методи проведення інженерних розрахунків
Для відповідального будівництва, наприклад, повноцінного житлового будинку, краще довірити розрахунки фахівцям та проектувальникам. Розглядаючи інші об'єкти, можна скористатися готовими програмами в інтернеті типу згинального калькулятора для профільних труб. Також є готові довідкові таблиці та ряд формул для розрахунку профілю на вигин. Розглянемо детальніше кожен із трьох способів.
Табличний підхід
Технічні довідники складаються з урахуванням різноманітності опорної системи, способів фіксації зразків цих опорах. Також розглядається природа навантаження. Щоб правильно зробити розрахунок навантаження на профільну трубу, орієнтуючись на таблиці, необхідно розглядати 4 параметри:
- I – момент інерції труби (значення можна взяти з табличних відомостей у документах ГОСТ 8639-82 для квадратного перерізу та ГОСТ 8645-68 – для прямокутного);
- L - Довжина робочого прольоту;
- Q – механічне навантаження на трубу;
- модуль пружності (показники беруться з діючих СНіП).
Всі ці значення згодом стануть у нагоді для проведення обчислень за формулою. Тут враховуватимуться розподіл тиску та спосіб фіксації профілю до опорної системи. Варто відзначити, що формули для розрахунку труби на прогин залежно від схеми навантаження, що надається, можуть змінюватися.
Формула для визначення граничної напруги
Для будівництва якісного та витривалого об'єкта важливо визначити допустиме значення несучої здатності профільної труби на вигин. Тут обчислення ґрунтуються на законі Гука. Він розкриває пропорційність сили пружності до деформацій. Тобто шукана величина можливої напруги буде результатом розподілу згинального моменту сили на механічний опір: Q = M / W.
Якщо необхідно визначити поперечний переріз профілю для стояка, можна звернутися до іншої формули: F=N/R. Тут результат площі вимірюється у кв. За відлікові параметри приймаються маса (кг), що діє, і механічний опір матеріалу під час деформаційного процесу (кг/кв.см). Перераховані показники можна знайти у готових технічних таблицях.
Програмне забезпечення
Калькулятор дозволяє полегшити розрахунок навантаження на профільну трубу. Тут немає потреби у вивченні табличних довідників, інформації в нормативних документах. Також не потрібна кваліфікація в інженерній майстерності. Тут достатньо ввести необхідні значення щодо характеристик і розмірів виробів, деякі параметри щодо конструкції, що зводиться. У програму вже внесено всі необхідні технічні дані, на основі яких результат видається швидко та з максимальною точністю.
Корисне відео
Висновок
На конструкції з профільного металопрокату чиниться тиск з боку будівельних матеріалів, природних явищ, людського фактора та непередбачених надзвичайних подій.
На етапі проектування за СП 20.13330 від 2011 року враховуються 4 типи навантажень: постійні, довготривалі, короткочасні та особливі.
Визначення максимально допустимого навантаження важливо, щоб унеможливити деформацію профільної труби та пошкодження будови.
Не обов'язково проводити інженерні розрахунки для компактних ненавантажених конструкцій типу огорож та теплиць.
Розрахунки проводяться для невідповідальних об'єктів у вигляді довідкових таблиць, готових формул і програмного забезпечення визначення максимально допустимої навантаження на вироби.
Для відповідальних об'єктів розрахунки варто довірити інженерам та проектувальникам із досвідом у своїй сфері.
