Расчет трубы на прочность – 2 простых примера расчета трубных конструкций

Содержание

Расчет нагрузки на профильную трубу – онлайн калькулятор и таблицы расчетов

Расчет трубы на прочность – 2 простых примера расчета трубных конструкций



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.

Чтобы знать, для чего нужен расчет нагрузки на профильную трубу, посмотрим, где она используется.

Стояки с профильным сечением нашли свое применение в различных сферах жизнедеятельности человека.

С их помощью:

  • монтируются навесы на балконах, верандах, возле частных домов;
  • собираются лестницы, подиумы, сцены.

На аналогичных конструкциях размещают барные стойки, телевизионные подставки, поручни, аквариумы. Без них нельзя обойтись в строительстве.

Особую популярность детали приобрели при сооружении объектов в сельском хозяйстве. Они незаменимы при возведении ангаров для хранения зерна, складов, гаражей, иных зданий.

Этот список можно продолжать, но главное, что нужно запомнить:

чтобы конструкции были безопасными, надежными, служили долго необходимо провести расчет вертикальной нагрузки на профильную трубу. Если этого не сделать, то система может не выдержать веса, что приведет к нежелательным последствиям.

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.

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. (Скачать торрентом – 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.

Они могут быть:

  • 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.

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,ммМаксимально возможная масса, кг
Длина пролета, м
1246
40х40х2709173355
50х50х211652866114
60х60х3239358912935
80х80х34492111025282
100х100х492172283529185
140х140х41906247361125429

Таблица 2. Нагрузки для стояков прямоугольного сечения
(для вычислений используют длинную сторону)

Сечение,ммМаксимально возможная масса, кг
Длина пролета, м
1346
50х25х268469346
60х40х312551306617
80х40х3267228114643
80х60х3358338019962
100х50х45489585309101
120х80х37854846455164

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.

Чаще других ищут:

  1. Допустимый уровень напряжения при изгибах. Используется формулаР= 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.

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%.

Обобщив вышесказанное, мимолетом напрашивается мысль: во избежание малейших просчетов, которые чреваты серьезными последствиями, не старайтесь проводить вычисления самостоятельно, если вы не специалист. В таком случае все пользователи сооружений останутся живы-здоровы, а конструкция будет приносить только радость.



Источник: https://trubtraid.ru/forma-trub/profilnye/raschet-nagruzki-na-profilnuyu-trubu.html

Расчет нагрузки на профильную трубу калькулятор

Расчет трубы на прочность – 2 простых примера расчета трубных конструкций

31.05.2018

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:

http://www.rsi-llc.ru/calculator/
http://svoydomtoday.ru/building-onlayn-calculators/336-rschet-kvadratnoy-trubi-na-progib-i-izgib.html
https://trubanet.ru/onlajjn-kalkulyatory/raschet-balok-iz-trub-na-izgib.html

Также полезно будет просмотреть видео:

Расчет нагрузки на профильную трубу калькулятор Ссылка на основную публикацию

Источник: https://viascio.ru/materialy/truby/raschet-nagruzki-na-profilnuyu-trubu-kalkulyator

Расчет балок из труб на изгиб и прогиб – онлайн калькулятор

Расчет трубы на прочность – 2 простых примера расчета трубных конструкций
Калькулятор предусматривает расчёт балок из труб на изгиб и прогиб для различных схем их крепления и нагрузки.

Нагрузка балок может быть распределённой (“q” насхемах 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, 15и 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, величинакоторого наряду с приложенной нагрузкой зависит также от ее длины, размеров её поперечного сечения и физических характеристик материала, в данномслучае от его модуля упругости (“E”). Модуль упругости углеродистойстали равен (2-2.1) * 10 5 MПа; легировнной  (2.1 – 2.2) * 10 5 MПа; поэтому вкалькуляторе 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.

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.

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.

Источник: https://trubanet.ru/onlajjn-kalkulyatory/raschet-balok-iz-trub-na-izgib.html

Расчет трубы на прочность

Расчет трубы на прочность – 2 простых примера расчета трубных конструкций

29 Ноя 2016
Рубрика: Механика | 16 комментариев

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 ~2%.

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%:

kн=1,10

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!

Ссылка на скачивание файла: raschet-truby-na-prochnost-i-ustojchivost (xls 72,5KB).

Другие статьи автора блога

Источник: http://al-vo.ru/mekhanika/raschet-truby-na-prochnost.html

Как выполняется расчет трубы на прочность и другие серьёзные

Расчет трубы на прочность – 2 простых примера расчета трубных конструкций

При монтаже бытовых трубопроводов расчет не делают, поскольку для этих целей используют стандартные трубы, прочности которых достаточно, дабы выдержать давление воды, газа и пр. А вот строить промышленные магистрали без определенного расчета как правило страшно, поскольку это может привести к стремительному выходу из строя системы и другим неприятным последствиям.

В данной статье мы рассмотрим базы того, как выполняется расчет прочности трубы, и некоторых других параметров, каковые нужно знать, перед тем как выстроить конструкцию.

Расчет прочности

Нужно заявить, что расчет прочности трубы нужен не только чтобы магистраль была надежной. Это кроме этого разрешит избежать перерасхода средств, поскольку излишняя прочность приведет к удорожанию строительства. Исходя из этого проектирование есть не меньше серьёзным этапом строительства трубопровода, чем его монтаж.

Итак, этот расчет подразумевает определение нескольких главных параметров:

  • Внутренний диаметр трубы в зависимости от скорости потока транспортируемой жидкости;
  • Внутренний диаметр в зависимости от гидравлического сопротивления;
  • Толщина стенок.

Любой параметр определяется по определенным формулам, с которыми мы ознакомимся ниже.

Расчет внутреннего диаметра

Выяснить оптимальный внутренний диаметр трубы при заданной скорости протекания жидкости в ее расходе и трубопроводе возможно своими руками по формуле – D=4Q3600v?y м, где:

  • Q – расход жидкости, измеряется в мг/ч.
  • v – скорость протекания жидкости в трубопроводе, измеряется в м/сек.
  • y – удельный вес жидкости при заданных параметрах, измеряется в кг/м3. Данное значение принимается по справочникам.

Скорость перемещения различных жидкостей и газов определенны расчетами, и обоснованы практическими опытами. Исходя из этого, при расчетах возможно воспользоваться следующими данными:

Для воды и всевозможных маловязких жидкостей (таких как ацетон, спирт, не сильный растворы кислот и щелочей, бензин и пр.)15 – 30 м/сек
Для газов большого давления и перегретого пара30-60 м/сек
Для насыщенного пара и сжатого воздуха20 – 40 м/сек

Из вышеприведенной формулы направляться, что диаметр сечения трубопровода зависит от скорости протекания жидкости. Чем она выше, тем проходное сечение должно быть меньше, соответственно, ниже будут и затраты на постройку конструкции.

Гидравлическое сопротивление

При перемещении жидкости либо газа по трубопроводу в обязательном порядке появляется сопротивление в следствии трения транспортируемого продукта о стены трубы и всевозможные преграды в системе. Это сопротивление именуют гидравлическим. Чем выше ее протекания плотность и скорость жидкости, тем больше гидравлическое сопротивление.

Диаметр трубопровода возможно выяснить по заданной утрата напора.

Инструкция по исполнению данного расчета выглядит следующим образом – D=?L?p•y•v2g кгс/см2, где:

  • ?p = P1-Р2 — заданная или допускаемая утрата давления между начальной и конечной точкой трубопровода, измеряется в кгс/см2.
  • L — протяженность магистрали.
  • ? — коэффициент гидравлического сопротивления, может составлять 0,02—0,04.
  • g — ускорение силы тяжести, которое равняется 9,81м/сек.

Само собой разумеется, этот расчет разрешает выяснить утрату давления в прямой трубе. Что касается определения этого фасонных частей и показателя арматуры, то его находят по утрата давления на прямом участке трубы соответствующего диаметра и с эквивалентной длиной.

Эквивалентной длиной именуют прямой участок трубы, гидравлическое сопротивление которого равняется сопротивлению фасонной части при равных других условиях.

Толщина стены

Главным параметром трубы, который воздействует на прочность, есть толщина стены.

Данный показатель зависит от нескольких факторов:

  • Внутреннего и наружного давления, оказываемого на трубу;
  • Диаметра трубопровода;
  • Материала, из которого выполнена труба и его коррозионной стойкости.

На большая часть трубопроводов воздействует только внутреннее давление. Внешнему же давлению подвержены вакуумные трубопроводы, и системы с рубахами, предназначенные для обогрева паром легко застывающих либо кристаллизирующихся продуктов.

Толщину стенок металлических труб, на каковые воздействует внутреннее избыточное давление, определяют расчетом на прочность и добавкой толщины, которая отводится на износ от коррозии.

Для этого употребляется следующая формула – S= Sp-C,

  • Sp — расчетная толщина, измеряемая в мм.
  • С — прибавка на коррозию. В большинстве случаев она образовывает 2-5 мм (для среднеагрессивных сред).

Расчетную толщину стены возможно взять по следующей формуле – Sp=pDн230?доп?+P мм, где:

  • p —избыточное внутреннее давление в трубе, кгс/см2.
  • Dн— наружный диаметр трубопровода.
  • ?доп — допустимое напряжение на разрыв, сгс/мм2. Этот показатель возможно выяснить по справочникам, в зависимости от температуры транспортируемой жидкости и марки стали.
  • ? — коэффициент прочности сварного шва. В случае если труба бесшовная, то коэффициент ?=1. Для сварных труб данный показатель может составлять 0,6—0,8, в зависимости от типа вида сварки и сварного шва.

Обратите внимание! При монтаже трубопровода, а также в случае его ремонта, нельзя устанавливать отдельные случайные подробности, выполненные из непроверенного либо малоизвестного материала, поскольку это может привести к аварии в системе.

Нужно заявить, что при расчете трубопроводов уделяют внимание не только толщине труб, но и самому материалу. К примеру, в случае если температура, при которой будет эксплуатироваться система, образовывает менее 450 градусов по шкале Цельсия, то применяют трубы, выполненные из стали марки 20.

В случае если температура транспортируемого продукта в системе будет высокой, то выбирают сталь 12Х1МФ. Это разрешает применять трубопровод с более узкими стенками. Соответственно, от толщины стенок сильно зависит и цена конструкции.

Устойчивость трубопровода

При расчете магистралей кроме прочности трубопровода ответственным параметром есть его устойчивость в продольном направлении.

Этот расчет делают из условия – S?mNкр, где

  • S – продольное эквивалентное осевое упрочнение в сечении системы.
  • m – коэффициент условий работы системы. Данное значение находится в справочниках.
  • Nкр – критическое продольное упрочнение, при котором трубопровод теряет продольную устойчивость. Данное значение нужно определять в соответствии с существующим правилам строительной механики, с учетом изначального искривления системы, наличия балласта, который закрепляет трубопровод, и черт грунта. На обводненных участках нужно кроме этого учитывать гидростатическое действие воды.

Обратите внимание! Продольную устойчивость нужно контролировать для криволинейных участков в плоскости изгиба магистрали. На прямолинейных участках продольную устойчивость подземных участков необходимо контролировать в вертикальной плоскости, радиус начальной кривизны наряду с этим принимается равным 5000 м.

Продольное эквивалентное осевое упрочнение направляться определять в зависимости от воздействий и расчётных нагрузок с учетом поперечных и продольных перемещений магистрали.

Выполняется расчет по следующей формуле –

S=100 [(0,5- ?)?кц+?E?t]F

  • ? – коэффициент линейного расширения материала трубы;
  • E – переменный параметр упругости;
  • ?t – температурный расчетный перепад;
  • ?кц – кольцевые напряжения от внутреннего расчетного давления;
  • F – площадь поперечного сечения трубопроводной магистрали.

Обратите внимание! При определении устойчивости надземных магистралей, нужно произвести расчет анкерных опор, арочных систем, анкерных висячих опор и других элементов конструкции на опрокидывания и возможность сдвига.

Классы прочности металлических труб

Дабы по окончании исполнения всех нужных расчетов прочности трубопровода легче было подобрать подходящие трубы, были введены классы прочности труб. В этом случае прочность изделий оценивается сопротивлением металла при растяжении.

Несколько прочности труб обозначается буквой «К» и нормативным значением в кгс/мм2 от 34 до 65. К примеру, газопроводы в районах средней полосы, с учетом средней температуры воздуха около 0 градусов по шкале Цельсия и рабочего давления в системе в 5,4 МПа, делают из труб класса прочности K52.

В условиях Крайнего Севера, где средняя температура образовывает -20 градусов по шкале Цельсия и рабочее давление в системе планируется в 7,4Мпа, делают газопроводы из труб класса прочности К55-К60.

Расчет массы трубы

Как правило при расчете системы может потребоваться значение массы труб, например, дабы соотнести его с несущей свойством опор либо затраты на транспортировку.

Действительно, для этого нет необходимости вычислять математическим способом, сколько весит конкретный отрезок той либо другой трубы, поскольку справочная информация содержит правильный вес погонного метра самых различных видов труб.

Достаточно только знать следующую данные:

  • Материал трубы;
  • Внешний диаметр;
  • Толщину стенок и пр.

По окончании того как вес одного погонного метра будет известен, это значение нужно умножить на количество погонных метров.

Площадь внешней поверхности

При монтаже различных магистралей может потребоваться их утепление, гидроизоляция, покраска и пр. Для этого нужно выяснить площадь трубопровода, что разрешит посчитать количество материала. Дабы выполнить этот расчет, нужно длину окружности наружного сечения умножить на длину трубы.

Формула определения окружности выглядит следующим образом – L=?D. Длину отрезка трубы обозначим как H.

При таких условиях площадь наружной окружности трубы будет выглядеть следующим образом – St=?DH м2, где:

  • St — площадь поверхности трубы, которая измеряется в метрах квадратных.
  • ? – Число «пи», которое постоянно равняется 3,14;
  • D — внешний диаметр;
  • H — как уже было сообщено выше, обозначает длину трубы в метрах.

К примеру, имеется труба длиной 5 метров и диаметров 30 см. Ее площадь поверхности равняется St=?DH=3,14*0,3*5=4,71 квадратных метров.

На базе приведенных выше формул кроме этого возможно выполнить площадь объема и расчёт трубопровода внутренних его стенок. Для этого нужно только поменять в расчетах величину внешнего диаметра на величину внутреннего. Все эти параметры смогут потребоваться при монтаже бытового трубопровода.

Вывод

Мы рассмотрели базы того, как выполняется расчет трубопроводов на устойчивость и прочность.

Само собой разумеется, при монтаже промышленных магистралей выполняется значительно более сложное проектирование, которое подразумевает ряд других действий, исходя из этого данную работу делают только специалисты. Но, при устройстве бытовых системы, все нужные значения возможно определить и самостоятельно.

Из видео в данной статье возможно взять дополнительную данные по данной теме.

Источник: https://uchebniksantehnika.ru/truby/kak-vypolniaetsia-raschet-truby-na-prochnost-i-drugie-serioznye.html

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.