Как рассчитать длину профильной трубы при изгибе

Обновлено: 07.07.2024

Как узнать прочность профильной трубы на изгиб

Профилированная труба становится все более популярным строительным материалом. Она применяется для возведения таких строительных элементов, как перекрытие, несущий каркас, балка. Такое широкое применение связано в первую очередь с простотой строительства, эксплуатации, обслуживания конструкций, а также небольшим весом самих изделий.

Однако важно помнить, что, профильная труба должна иметь повышенную прочность на изгиб, а как ее рассчитать пойдет речь далее в статье.

Особенности и свойства профильных изделий

Профильными называются трубы, имеющие в разрезе отличное от круглого сечение. Наиболее распространенными вариантами являются, прямоугольные и квадратные изделия. Как уже говорилось, особенная популярность этого вида связана с одним из его ключевых преимуществ – конструкция будет обладать небольшим весом.

Более того, специфическая форма значительно упрощает крепление как друг к другу, так к иным поверхностям. Данный тип строительных изделий, согласно ГОСТу, производится из широкого набора металлов и сплавов. Однако наиболее часто используемыми являются стальные профилированные трубы из углеродистой и низколегированной стали.

Каждый металл обладает важным природным качеством – точкой сопротивления. Она может быть как минимальная, так и максимальная. Последняя, например, является причиной деформации возведенных сооружений, ведет к перегибам и, как следствие, к изломам.

При выполнении загиба важно оценивать такие характеристики, как размер, сечение, вид изделия, его плотность, а также жесткость материала и его гибкость. Зная все эти общие свойства металла можно понять, как в процессе эксплуатации поведет себя конструкция.

Важно помнить, что когда вы будете сгибать изделие, внутренние части конструкции подвергаются сжатию, их плотность увеличивается, а сами они уменьшаются в размерах. Наружный слой, соответственно, становится длиннее, менее плотным, но более растянутым.

При этом срединные участки сохраняют свои изначальные характеристики даже после завершения процесса. Отсюда следует всегда помнить, что в процессе сгибания напряжение обязательно будет возникать даже в областях, максимально далеко расположенных от нейтральной зоны. Максимальное же давление будет в тех слоях, которые очень близко расположены к этой самой нейтральной оси.

Допустимые радиусы сгиба исходя из прочности материала

ГОСТы очень подробно регулируют как свойства и характеристики элементов, так и процедуру из трансформирования. К этому относится минимальный радиус изгиба профильной трубы. Он определяется в зависимости от условий, при которых осуществляется загиб. При сгибании с использованием песка, которым она набивается, или через нагревание наружный диаметр должен начинаться от 3,5DN.

Если у мастера есть возможность применять специализированное оборудование (например, трубогибочный станок), которое позволяет осуществлять необходимые операции без нагревания или иных дополнительных действий, то в этом случае диаметр должен минимально составлять 4DN.

Если вы хотите выполнить сгиб, который бы был достаточно крутым, например для того, чтобы выполнить согнутый отвод канализации или трубопровод, то в этом случае диаметр должен составлять минимум 1DN, так как изгибание будет иными способами, преимущественно с применение высоких температур.

Разумеется, значения, предусмотренные государственными стандартами можно и немного уменьшать, тогда нужно очень внимательно производить расчет прочности трубы на изгиб. Если способ сгибания позволят быть уверенным, что толщина стенки уменьшится на 15% от изначальной, то в этом случае возможны отступления от ГОСТа, а само сгибание можно осуществлять меньше указанных величин, что не окажет существенного влияния на прочность в дальнейшем.

Применяемые формулы и таблицы

Для того чтобы успешно, без непредвиденных осложнений выполнить расчет трубы на прогиб, нужно вычислить размер детали в длину. Данная величина рассчитывается по несложной формуле, которая имеет вид:

В этом выражении основные показатели представлены следующими буквенными выражениями:

При осуществлении расчета трубы на прогиб важным этапом работы является вычисление сгибаемого элемента.

ПК РАДИУС

Чаще всего стоит задача определения параметров дуги по её габаритным размерам. Для этого мы предлагаем гибочный калькулятор.

Введите значения H и h в миллиметрах

Не забывайте, что для гибки профилей необходим технологический припуск от 500 до 1000 мм. на заготовку.

Вы можете скачать ПК версию гибочного калькулятора по этой ссылке.

140030, МО, Люберецкий район, пос. Малаховка, Касимовское шоссе, д. 3Г, кор.1.

тел. на время пандемии — 8 (985) 310-57-57 с 9:00 до 18:00 по рабочим дням

Расчет квадратной трубы на прогиб и изгиб

Замкнутые профили, какими являются квадратные, прямоугольные и круглые трубы, - это вариант для тех, у кого нет возможности использовать деревянные конструкции, но есть желание предать будущему сооружению хорошую эстетичность. Например, каркас козырька, сваренный из квадратных труб, выглядит более эстетично, чем тот же козырек, сваренный из уголков.

На данной странице Вам представлен калькулятор способный подбирать сечение квадратной трубы по прочности и деформациям. Другими словами, с помощью данного калькулятора Вы можете произвести расчет квадратной трубы на прогиб и изгиб по ГОСТ 30245-2003 "Профили стальные гнутые замкнутые сварные квадратные для строительных конструкций".

Рассчитать квадратную трубу можно для следующих расчетных схем:

Тип 1 - балка с одним пролетом с приложенной на нее равномерно распределенной нагрузкой.

Тип 2 - жестко защемленная консоль с равномерно распределенной нагрузкой.

Тип 3 - балка лежащая на двух опорах с выведенной консолью с одной стороны.

Тип 4 - однопролетная шарнирно опертая балка с приложенной на нее сосредоточенной нагрузкой.

Тип 5 - то же самое, что и тип 4, только с двумя сосредоточенными нагрузками.

Тип 6 - консоль с жестким защемлением с приложенной на нее сосредоточенной нагрузкой.

Помощь в расчете

Нет желания и времени разбираться в калькуляторе и сборе нагрузок. И в то же время хочется быть уверенным на 100% в результате. Буду рад помочь.

Стоимость расчета балок и других строительных конструкций:

от 1 000 руб. - без предоставления подробного письменного отчета;
от 1 500 руб. - с отчетом.

А также, если проект не предполагается, но есть масса вопросов по выбору материалов, конструкциям и архитектуре. Обращайтесь, помогу.

Консультации от 1 000 руб.

Контакт для связи, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

С уважением, Игорь.

Калькулятор

Калькуляторы по теме:

Инструкция к калькулятору

Обращаю ваше внимание, что в нецелых числах необходимо ставить точку, а не запятую, то есть, например, 5.7 м, а не 5,7. Также, если что-то не понятно, задавайте свои вопросы через форму комментариев, расположенную в самом низу.

Исходные данные

Длина пролета (L) - пролет через который переброшена балка или длина консоли.

Расстояния (A и B) - расстояния от опор до мест приложения нагрузок. Для 3 схемы А равна длине консоли балки, опирающейся на 2 опоры.

Нормативная и расчетная нагрузки - нагрузки, на которые рассчитывается квадратная труба. Рассчитать их можно с помощью следующих материалов:

F_max - максимально допустимый прогиб, подбираемой по таблице E.1 СНиПа "Нагрузки и воздействия", в зависимости от вида конструкции. Некоторые значения этого показателя приведены в таблице 1.

Таблица 1. Максимальный прогиб для некоторых конструкций согласно СНиП.

1. Без скобок F_max указан для пролета, в скобках - для консоли.

2. В случае промежуточных значений длины пролета L максимальный прогиб F_max находится по линейной интерполяции.

Количество труб - обычно указывается одна балка, но если есть желание ее усилить и положить рядом еще одну такую же балку, то следует выбрать в графе "две".

Расчетное сопротивление R_y - данный параметр зависит от марки стали. Основные значения этого показателя приведены в таблице 2.

Таблица 2. Расчетное сопротивление стали по ГОСТ 27772-88.

Размер трубы - здесь необходимо выбрать тот размер трубы, который вы хотите проверить на заданные нагрузки.

Результат

Вес балки - масса 1 погонного метра трубы.

W_треб - требуемый момент сопротивления профиля.

F_max - максимальный прогиб в сантиметрах, который допустим для балки, перекрывающей пролет длиной L.

Расчет по прочности:

W_балки - момент сопротивления выбранной трубы по ГОСТ 30245-2003. Если W_балки > W_треб, значит прочность балки обеспечена.

Запас - если в данной графе значение с минусом (-) , то балка по прочности не проходит, а если с плюсом (+) , то здесь показано, на какой процент балка имеет запас прочности.

Расчет по прогибу:

F_балки - прогиб, возникающий у рассчитываемой трубы под действием нормативной нагрузки.

Запас - то же самое, что и по отношению к моменту сопротивления.

Расчет прямоугольной трубы на прогиб и изгиб

Прямоугольная труба - это металлопрокат замкнутого профиля. Применяется он обычно в качестве распорок (т.е. работает только на сжатие и растяжение) в каркасных сооружениях или поясов ферм. Но бывают случаи, когда прямоугольную трубу закладывают и в перекрытия жилых зданий или изготавливают из нее, например, козырек над входной дверью. Другими словами, данный профиль используется в тех местах, где он испытывает только изгибающие усилия.

Ниже представлен калькулятор, который как раз и может произвести расчет прямоугольной трубы на прогиб и изгиб. Иначе говоря, он может подобрать нужный профиль в зависимости от максимального изгибающего момента, приходящегося на балку, или максимально возможного прогиба, который вы установите самостоятельно или в соответствии со СНиП "Нагрузки и воздействия". Сам подбор можно одновременно осуществить для труб по двум стандартам: ГОСТ 8645-68 и 30245-2003.

Рассчитать прямоугольную трубу можно для шести схем загружения (см. рисунок). Три из них - это балки с равномерно распределенными нагрузками, а остальные - с одной и двумя сосредоточенными силами.

Помощь в расчете

Стоимость расчета балок и других строительных конструкций:

от 1 000 руб. - без предоставления подробного письменного отчета;
от 1 500 руб. - с отчетом.

Консультации от 1 000 руб.

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:

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.

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:

Также полезно будет просмотреть видео:

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.

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:

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.
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.

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

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

величина момента инерции, обозначенная в стандартах;
длина пролета;
величина нагрузки;
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

Способы гибки труб по радиусу

Сейчас при изготовлении металлоконструкций, как альтернатива свариванию и резьбовому сопряжению, используется гибка труб по радиусу.

Чаще всего возникает необходимость в сгибании круглых и профильных труб.

Теоретические основы процесса гибки

Вследствие возникающих напряжений при изгибании:

стенка трубы растягивается по внешней стороне прилагаемого усилия;
сжимается по внутренней стороне;
образуется и нейтральная ось, на ней состояние материала не изменяется.

Поведение круглого, квадратного и прямоугольного сечения, виды разрушений

Толщина трубных стенок на внешней части гиба становится меньше из-за того, что при возникающих напряжениях появляется растягивающий момент:

Ставшая тонкой внешняя стенка тяготеет к выгибу, направленному к срединной оси трубы. Это приводит к тому, что ее поперечное сечение деформируется.
Когда предел прочности изделия превышается, оно разрывается по внешней плоскости изгибания.

Толщина трубных стенок на внутренней части гиба становится больше, из-за появления сжимающего напряжения. Когда предел прочности изделия на сжимание превышается, оно утрачивает локальную жесткость. Это приводит к образованию глубоких складок на внутренней плоскости изогнутой трубы.

Как ведут себя квадратный и прямоугольный профиль:

Их трубные стенки подвержены сжимающему и растягивающему напряжению, как на наружной, так и на внутренней плоскости изгиба, по максимуму.
У материала повышенная склонность к деформациям, мастеру трудно их контролировать.
Профильный материал на внутренней стороне изгиба склонен к вертикально направленному расширению. При этом он течет горизонтально вдоль торца изделия. Эти напряжения вдавливают вертикально расположенные трубные стенки. При этом квадрат поперечного сечения деформируется. Он приобретает конфигурацию трапеции.
Поперечное сечение прямоугольной и квадратной формы плохо передает зажимные усилия между изгибочной и зажимающей колодкой.
Профиль стремится проскользнуть вдоль колодки в начале изгибания. При этом он может ее тереть, что ведет к износу оборудования.

Поведение материала с круглым сечением, когда происходит его изгиб:

Материал меньше деформируется на участках наивысшего напряжения. Места максимального сжимания/растягивания расположены по касательной осевой линии к поперечному сечению.
Круглая форма дает металлу возможность равномерно растекаться по всем направлениям в ходе изгибания. Благодаря этому мастеру легче контролировать процессы деформации материала.
Благодаря поперечному сечению округлой формы труба хорошо передает усилия между изгибочной и зажимающей колодкой.
При гибке круглых труб по радиусу, они практически не проскальзывают в инструменте.

Как рассчитать минимально допустимый радиус

Минимальный радиус гиба трубы, при котором появляется критическая степень деформации, определяет соотношение:

Rmin означает минимально возможный радиус гиба изделия;
S обозначает толщину, которой обладает трубопровод (в мм).

Следовательно, радиус по срединной трубной оси равен: R=Rmin+0,5∙Dn. Тут Dn означает условный диаметр круглого стержня.

Обязательное условие, чтобы грамотно вычислить минимальный радиус изгиба — это необходимость принять во внимание соотношение:

Кт означает коэффициент тонкостенности изделий;
D указывает на наружный диаметр труб.

Следовательно, универсальная формула для вычисления минимально допустимого радиуса гибки:

Когда заданный радиус получается больше, нежели значение, получаемое по приведенной выше формуле, то используется метод холодной гибки труб. Если он меньше рассчитанной величины, материал следует предварительно нагреть. Иначе его стенки при гибке деформируются.

Следует учесть тот случай, когда параметр тонкостенности составляет 0,03<Кт< 0,2

Тогда минимально допустимый радиус гибки полого стержня, без использования специального инструмента, должен составлять: R ≥9,25∙((0,2-Кт)∙0,5).
Когда минимальный радиус гиба меньше рассчитанного значения, тогда использование оправки обязательно.

Поправка радиуса гибки труб после снятия нагрузки, с учетом пружинения (инерция распрямления), рассчитывается по формуле:

Do означает сечение оправки;
Ki является коэффициентом упругого деформирования для конкретного материала (по справочнику).

Для примерного вычисления упругой деформации для стальной, медной трубы с проходом до 4 см принимается величина коэффициента 1,02.
Для аналогов с внутренним диаметром больше 4 см эта цифра будет равной 1,014.

Чтобы точно знать угол, на который следует гнуть материал, учитывая радиус инерции трубы, применяется формула:

∆c является углом поворота срединной оси;
Ki — это коэффициент пружинения по справочнику.

Когда искомый радиус больше сечения полого стержня в 2-3 раза, берется коэффициент пружинения 40-60.

Методы сгибания труб по радиусу

Существует несколько методов гибки труб по радиусу.

С помощью ручных трубогибов. При единичном изготовлении гнутых труб используется ручной инструментарий. При этом материал может нагреваться либо обрабатываться в холодном виде. Приспособления представляют собой оправку, оснащаемую перемещающимся роликом, который гнет материал. Их принцип функционирования основан на сжатии стержня. Перед работой учитывается радиус инерции круглой или квадратной трубы.

Работать прямо на стройплощадке можно при помощи мобильных устройств разной конструкции.

Самые простые рычажные приспособления. Благодаря длинному плечу в них материал гнется с помощью силового воздействия человека. Рычажные устройства дают возможность изгибать трубы под углом до 180 градусов. При условии, что это гибкий материал (сталь-нержавейка, медь, алюминий) диаметром до 20 мм.

Арбалетные трубогибы обладают более сложной конструкцией. В них труба укладывается на две опоры, которые поворачиваются вокруг своей оси. Гибочный модуль, сопряженный с передвигающимся штоком, давит на участок стержня, находящийся меж опорами.

В арбалетных приспособлениях возможна гибка полых стержней сечением до 10 см на углы до 90 градусов.

Штоки, которые давят на заготовку, могут быть:

винтовыми механическими;
гидравлическими, оснащенными ручным приводом;
гидравлическими, оборудованными электродвигателем.

Наиболее производительны электрические приспособления. В них гибка заготовок осуществляется на съемных модулях, имеющих разный радиус. Изделие сгибается под нужным углом с помощью поворачивающейся оправки. Если строительная площадь не имеет электроснабжения, устройство может работать от аккумулятора.

С помощью такого инструмента может производиться гибка заготовок под углом до 180 градусов.

Гибка в штампах при помощи прессования

Сгибание заготовок, длиной не более 70 сантиметров, можно осуществлять при помощи штампования. В данном случае используются гидравлические либо механические прессы. Этот способ позволяет изготавливать элементы конструкций со сложной формой.

Прессование заготовок является самым дорогим способом гибки. Однако и производительность его наиболее высокая. Данный метод позволяет производить широчайший сортамент продукции.

Трубогибочное станочное оборудование

Гибка труб в промышленных масштабах осуществляется с помощью станков.

Гибка вальцеванием. Наиболее распространены станки, гнущие изделия при помощи вальцевания. Чаще всего применяется оборудование с тремя валками, предназначенное для изгибания длинных заготовок. На нем может делаться спиральный трубный прокат.

Изделие двигается через ролики, местоположение которых определяет радиус его изгиба. Одновременно оно с обеих сторон сжимается деформирующим цилиндром. Он расположен между валиками, так, чтобы была возможность гнуть заготовку на весу. Ролики в процессе обработки металла выполняют функцию опоры.

Обработка сжатием

Нередко на производстве применяются станки, гнущие заготовки с малым радиусом способом сжатия. На них обрабатываются заготовки малого и большого сечения. Процесс происходит с местным разогревом изделий и одновременным осевым давлением на них.

Станок состоит из:

станины с расположенным на ней нагревателем;
опорного ролика;
пары клещевых зажимов, первый из них — гибочный поворотный, второй — осадочный.

Устройство способно гнуть элементы под углом 180º. Оно зажимает заготовки с постоянным усилием независимо от их сечения и значения осевого усилия, образующегося в эпицентре деформации при изгибе изделия. Оборудование может обрабатывать квадратный и прямоугольный профиль.

Ротационно-вытяжная гибка

Ротационная вытяжка труб производится на станках с электрическими либо гидравлическими суппортами для передвижения давящих роликов. Последние служат для получения нужной конфигурации и толщины производимого элемента.

При ротационной вытяжке получают изделия из полых вращающихся стержней, деформируемых валиками по перемещающейся оправке. Сейчас в большинстве случаев используются ротационно-вытяжные станки с ЧПУ. Их программа учитывает сопротивление материала при его деформировании. При изготовлении продукции используется соответствующий ГОСТ.

Заключение

В небольших объемах гибка труб может производиться при помощи ручного инструмента. В промышленных масштабах это делается на специальных станках. Перед работой необходимо осуществить расчеты минимально допустимого радиуса гибки.

Расчёт профильной трубы на изгиб: для чего и как производятся такие вычисления

Профильные трубы широко применяются в частном и промышленном строительстве. Из них создают беседки, теплицы, гаражи, хозяйственные постройки, рекламные щиты. Конструкции бывают не только классическими прямоугольными, но могут также иметь самую разнообразную конфигурацию. Поэтому очень важно правильно рассчитать максимально допустимый изгиб трубы. Это обеспечит сооружению прочность, долговечность и позволит сохранить его изначальную форму.

При изготовлении конструкций из профильной трубы нельзя изгибать ее «на глаз» — следует произвести соответствующие расчеты

Свойства и особенности профильных трубных изделий

Профильными принято назвать трубы, сечение которых отличается от круглого. Наиболее распространённые варианты – это квадратные и прямоугольные изделия. Особую популярность им придаёт тот факт, что созданная на их основе конечная конструкция имеет относительно небольшой вес. Более того! Благодаря специфической форме, крепление трубных элементов к различным поверхностям и друг к другу значительно упрощается.

Данные строительные изделия производятся из широкого спектра сплавов и металлов. Однако чаще всего используются профильные трубы из низколегированной и углеродистой стали. Каждому металлу характерно такое природное качество, как точка сопротивления. Она бывает как максимальной, так и минимальной. Первая, в частности, служит причиной деформации построенных сооружений, приводит к перегибам, следствием которых могут быть изломы.

Выполняя загиб, важно принимать во внимание такие характеристики, как вид изделия и его плотность, сечение, размер, а также гибкость материала и его жёсткость. Зная все эти свойства металла, исполнитель сможет понять, как поведёт себя конструкция в процессе эксплуатации.

Кроме того, следует помнить, что при сгибании изделия его внутренние части подвергаются сжатию, что ведёт к увеличению их плотности и уменьшению размеров. Длина наружного слоя соответственно возрастает, он становится более растянутым, но менее плотным. При этом даже по завершении процесса изначальные характеристики срединных участков сохраняются.

При сгибании трубы нужно учитывать свойства материала, из которого она изготовлена, ее размеры и толщину стенок

Важно! Напряжение при сгибании трубного профиля будет обязательно возникать даже на максимально удаленных от нейтральной зоны сегментах изделия. Особо высокое давление будут испытывать слои, расположенные в непосредственной близости от вышеуказанной нейтральной зоны.

Как влияет прочность материала на допустимые радиусы изгиба

Действующие на территории нашей страны ГОСТы достаточно подробно регламентируют характеристики и свойства элементов, используемые при расчете прочности трубы на изгиб. Прежде всего, в этом контексте рассматривается минимальный радиус, на который допускается сгибать профильное трубное изделие. Он зависит от условий выполнения гибки. Если эта процедура осуществляется с нагреванием или с набивкой полости трубы песком, значение наружного диаметра начинается с отметки 3,5 DN (под DN понимается условный проход).

В случае, когда исполнителю доступно применение специализированного оборудования (например, трубогибочного станка), позволяющего выполнить последовательность необходимых операций без нагревания, либо иных дополнительных мероприятий, тогда минимальный диаметр составляет 4 DN.

При необходимости выполнения достаточно крутого изгиба диаметр должен быть равен минимум 10 DN, поскольку эта процедура будет проводиться другими способами, преимущественно, при высоких температурах.

Разумеется, предусмотренные государственными стандартами значения можно немного уменьшить, но тогда производить расчет профильной трубы на изгиб необходимо очень внимательно. Отступления от ГОСТа возможны, если при используемом способе сгибания толщина стенки гарантировано изменится от изначальной на 15%. Только тогда можно быть уверенным, что изгиб на меньшие величины существенного влияния на прочность конструкции в дальнейшем не окажет.

Согнуть трубу на максимально допустимый для нее радиус можно только при помощи специального станка или приспособления

Какие применяются формулы и таблицы

Для корректного расчёта прочности трубы на изгиб необходимо узнать длину детали. Делается это по следующей формуле:

Д= 0,0175×Р×У+р1, где

Д — длина заготовки; Р – радиус изгиба трубы (мм); У — требуемый угол изгиба; р1 – расстояние для удержания заготовки, необходимое при применении специального оборудования.

Далее осуществляем оценку величины предполагаемого к изгибу участка по такой формуле:

Д1= π×У/180(Р+ДН/2), где

Д1 – длина сгибаемого участка; π – известная математическая константа; У – угол изгиба (градусы); ДН – диаметр по внешней поверхности трубы (мм).

В ГОСТах №617/90 и №494/90 содержатся наименьшие значения основных характеристик, на основе которых производится расчёт прочности профильного трубного изделия на изгиб.

Полезно знать! Такой подход – регламентация минимальных значений — обеспечивает удобство мастера, а также наибольшую безопасность при выполнении работ и, конечно же, при эксплуатации конструкций, в частности, возведённых из латунного и медного профиля.

Основные характеристики, используемые в процессе вычисления прочности трубы на изгиб, приведены в ниже размещённой таблице.

Таблица 1

Данные в этой таблице относятся к трубным изделиям из латуни и меди. А расчет нагрузки на изгиб на профильную трубу, произведённую из стали, осуществляется в соответствии с данными, приведёнными ниже (ГОСТ №3263/75).

Таблица 2

В число основных параметров, которые необходимо учитывать, определяя нагрузку при изгибе, входят также толщина стенок и диаметр обрабатываемой заготовки. Корреляция этих двух показателей представлена в очередной таблице. Кстати, содержащиеся в ней сведения можно использовать и для расчета нагрузки на трубу круглого сечения.

Таблица 3

Необходимо сказать ещё вот о чём. Заменить ручной расчёт нагрузки рассматриваемого типа призваны различные присутствующие в интернете он-лайн калькуляторы. Работают они в соответствии с заложенными в них формулами, ориентированными на различные образцы трубной продукции. Спектр применения современного он-лайн калькулятора очень широк: начиная от простейшего расчета круглой трубы на прогиб, и заканчивая подсчётом нагрузки на профильную трубу при её сгибании.

Деформация труб в месте сгиба иногда неизбежна, но она может ухудшить характеристики готовой конструкции

Технологический процесс изгиба

Любая деформация приводит к уменьшению несущей способности профильной трубы и сопровождается возникновением длительных напряжений на её стенках. На внутреннем слое из-за сжатия металла плотность увеличивается, а на внешней части растяжение, наоборот, уменьшает значение данного показателя. Форма сечения при этом также ожидаемо меняется. Совокупность данных факторов приводит к тому, что несущая способность конструкции в месте изгиба заметно уменьшается. Это актуально для круглой трубы, а также для прямоугольного и квадратного трубного изделия. Причём, для последних двух подобное явление не столь выражено, нежели для трубы с круглым сечением.

Однако в любом случае требуется внимательный подход к оценке степени прикладываемой нагрузки при изгибе заготовки. Тогда на ней не появятся ненужные разломы и искривления. С точки зрения функционального предназначения касается это, прежде всего круглых труб, из которых изготавливаются отводы для систем водоснабжения.

Полезно знать! Образуемые складки приводят к возникновению засоров, повышают сопротивление транспортируемой жидкости и снижают проходимость рабочей среды.

Поэтому степень овальной деформации для детали диаметром до 20 мм не должна превышать 15 процентов. При увеличении диаметра значение данного показателя уменьшается до отметки 12,5 процентов. Эти же цифры применяются и при определении оптимальной нагрузки на прогиб трубы с профильным сечением, а вышеуказанные значения диаметров относятся к вписанной/описанной в/вокруг прямоугольник(а) или квадрат(а) окружности.

Применяем закон Гука

Расчёт прочности трубного изделия на изгиб сводится по закону Гука к простому определению величины максимального напряжения на исследуемую точку конструкции. При этом важно учитывать, из какого материала изготовлен профиль, поскольку каждому из них характерен свой показатель напряжения.

По закону Гука сила упругости находится в прямой пропорциональной зависимости от степени деформации. В общем виде для расчётов применяется следующая формула:

Н – напряжение; P – величина изгиба по оси воздействия приложенной силы; V – значение сопротивления изгиба, которое берётся по вышеуказанной оси.

Сгибая трубы, следует помнить о том, что нагрузка на заготовку не должна быть слишком сильной, иначе труба попросту лопнет

Определение нормального значения сопротивления входит в круг основных задач человека, принявшего решение возвести сооружение из профиля. А применение формулы для расчёта оптимального уровня силы, воздействующей на трубу, предполагает проведение проверки правильности полученных результатов. Для этого нужно знать ряд правил и, конечно же, следовать им. Коротко формулируются они так:

прежде, чем приступить к вычислениям, необходимо нарисовать хотя бы эскиз будущей конструкции. Так вы будете застрахованы от ошибок, вызванных неправильным пониманием формы сооружения;
чтобы не допустить деформацию или разрушение профиля, затрудняющих эксплуатацию постройки, следует принимать во внимание материал его изготовления и толщину стенок;
рассчитав прочность трубы на изгиб, необходимо внимательно изучить полученные результаты. Они не должны превышать максимально установленные значения.

Ну и основное правило звучит так: вычисления проводите не торопясь, аккуратно, точно. Применяйте на каждом этапе соответствующие формулы, не подгоняйте значения под выгодные для самого себя.

Читайте также: