Что прочнее швеллер или профильная труба

Мир CNC – форум любителей станков с ЧПУ и всего, что с ними связано…

Квадратная труба, швеллер или двутавр для.

Добрый Ээх 04 Янв 2017

Здравствуйте, Евгений622 . Имеется вопрос по станине, вы используете квадратную трубу, а почему не швеллер или двутавр?

Евгений622 04 Янв 2017

Здравствуйте , мне удобнее работать с трубами. Да и доступнее они.

Добрый Ээх 04 Янв 2017

Здравствуйте , мне удобнее работать с трубами. Да и доступнее они.

Тогда вопрос второй. С точки зрения сопромата, удобства монтажа навесного оборудования и допусков на искривление профиля заложенного ГОСТами какой профиль предпочтительнее для изготовления рамы под портал?

yaso73 04 Янв 2017

Евгений622 04 Янв 2017

Тогда вопрос второй. С точки зрения сопромата, удобства монтажа навесного оборудования и допусков на искривление профиля заложенного ГОСТами какой профиль предпочтительнее для изготовления рамы под портал?

-металлический. :shok:
-с точки зрения банальной эрудиции ? или экстраполируя дивергенцию ? уточните пожалуйста вводные.
-Фикс , это ты чтоль перелогинился. перепил в новый год ? :crazy:

T-Rex 04 Янв 2017

используете квадратную трубу, а почему не швеллер или двутавр?

Вообще говоря, это самые азы сопромата, не зная которых, лучше не браться за самостоятельное проектирование.

При равной металлоемкости (на погонный метр) и одинаковой марке металла — профиль замкнутого сечения (прямоугольная или круглая труба) всегда будет жестче на изгиб и кручение, чем открытый (уголок, швеллер, тавр. ). Лишь двутавр по жесткости кое-как приближается к замкнутым профилям, но все равно им проигрывает.

haron8 04 Янв 2017

Чуть добавлю: Для самодельных станков эти трубы по цене и прочности пожалуй альтернативы не имеют. (Алюминиевый профиль дорог). Лично мой выбор это бесшовные холоднодеформированные.

Сообщение отредактировал haron8: 04 Январь 2017 — 20:40

Добрый Ээх 05 Янв 2017

При равной металлоемкости (на погонный метр) и одинаковой марке металла — профиль замкнутого сечения (прямоугольная или круглая труба) всегда будет жестче на изгиб и кручение, чем открытый (уголок, швеллер, тавр. ). Лишь двутавр по жесткости кое-как приближается к замкнутым профилям, но все равно им проигрывает.

К сожалению я давно изучал сопромат и многое подзабыл (потому и обратился к людям которые занимаются строительством и эксплуатацией станков, а значит и расчетами), однако насколько я помню эпюра изгиба круглой трубы самая слабая, труба на кручение хорошо идет. При этом в строительстве перекрытиях используют как раз в основном двутавр и швеллер, а не квадратную трубу, что как мне кажется говорит об устойчивости к изгибающим нагрузкам. На этой почве и возник вопрос о профиле для станины на которую будет установлен портал. Так как стол планируется большой порядка 1,5 на 2,5-3 метра и ходом по оси z до 300 мм (спрос на резьбу по дереву в таких типоразмерах имеется, а руками тяжеловато уже её резать в необходимом количестве) и профиль предполагается установить над уровнем стола (насколько это верное решение тоже большой вопрос, так как даже направление порядок значений изгибающих и крутящих моментов неизвестен). Отсюда и вопрос какая конструкция портала наименее нагружена и соответственно дольше пробегает не убив направляющие? По поводу ГОСТов на профили, в них описаны помимо всего прочего линейные отклонения допускаемые при изготовлении так вот на двутавр и швеллер они описаны как +-4 но четыре чего и в расчете на какую длину я не заметил по тому и спросил может разъяснит кто при том что для квадратной трубы значение в пределах+-0.3 мм на метр но на профильные трубы ГОСТы поновее будут.

Евгений622 05 Янв 2017

ну Вы же наверное не «голую» трубу планируете на портал . изобразите что нибудь ажурное , по всем правилам мостостроения , будет и лёгкий и прочный.

ИМХО : Можно в принципе и из тонких труб сваять (40х20х2) только делать придёться что то навроде Эйфелевой башни и по горизонтали.

PatriKKey 05 Янв 2017

2 мм труба вообще не о чем. Облокотившись рукой на стол (при 3Д фрезеровке), получите ступеньку на рельефе и шлифовщики вас проклянут-это раЗ

два-гудит она как трамбон

три-про жесткость забудьте

шесть-лень просто писать, в общем полное гуано.

Совет, 6 мм самый оптимальный вариант цена/качество. Я вообще портал из 8 мм делаю, да стоит хлыст 13000 но это все равно кашернее чем алюминь

Добрый Ээх 05 Янв 2017

ну Вы же наверное не «голую» трубу планируете на портал . изобразите что нибудь ажурное , по всем правилам мостостроения , будет и лёгкий и прочный.

ИМХО : Можно в принципе и из тонких труб сваять (40х20х2) только делать придёться что то навроде Эйфелевой башни и по горизонтали.

Предлагаете рассчитать ферму? Строительные я рассчитывал давно уже, но к ним требования немного другие и нагрузки тоже, ведь для строительной фермы главное чтобы она не разрушилась раньше времени, а для станины главное чтобы не было изгибов больше допустимого, а опыта расчетов ферм в машиностроении я не имел. Может Вы сможете направить меня в нужном направлении.

2 мм труба вообще не о чем. Облокотившись рукой на стол (при 3Д фрезеровке), получите ступеньку на рельефе и шлифовщики вас проклянут-это раЗ

два-гудит она как трамбон

три-про жесткость забудьте

шесть-лень просто писать, в общем полное гуано.

Совет, 6 мм самый оптимальный вариант цена/качество. Я вообще портал из 8 мм делаю, да стоит хлыст 13000 но это все равно кашернее чем алюминь

Это понятно. Тем более при такой толщине металла встанет вопрос с соединениями и если соединять сваркой то и о короблении так как отпуск детали после сварки вряд ли кто то делать будет. А 6-8 мм чего, полосы уголка или трубы?

T-Rex 05 Янв 2017

Строительные я рассчитывал давно уже, но к ним требования немного другие и нагрузки тоже, ведь для строительной фермы главное чтобы она не разрушилась раньше времени

Ну вот и сами ответили. В строительстве «Пусть просядет, лишь бы не рухнуло. А все, что криво вышло, Дуся с Маней из бригады штукатуров ротбандом выровняют». Ни о какой миллиметровой и пуще того, микронной точности там не заботятся. Да и нагрузки там на 99% статичные, обусловленные весом самих стройматериалов — лишь бы перекрытие не тряслось, когда по нему люди ходят.

При этом в строительстве перекрытиях используют как раз в основном двутавр и швеллер, а не квадратную трубу

Ну не сложилось — дороговато выходят профильные трубы нужного сечения по сравнению с двутавром, сложнее их производить. Дешевле привычным сортаментом из горячекатаных «открытых профилей» пользоваться.

Евгений622 05 Янв 2017

Это понятно. Тем более при такой толщине металла встанет вопрос с соединениями и если соединять сваркой то и о короблении так как отпуск детали после сварки вряд ли кто то делать будет. А 6-8 мм чего, полосы уголка или трубы?

ну и варите из тройки.

полтора метра можно и в костёр (пионерский) засунуть ,пожарить.

Предусмотрите «стопудовый» запас по прочности и варите , всю технологию трудно соблюсти даже на серьёзном производстве (и там брак бывает) а без ОТК вы даже точно не узнаете из чего делаете свой портал (картонная бирочка на стеллаже с трубами на металлобазе . ).

ИМХО: не стоит думать о вещах , которые не в силах контроллировать .

PatriKKey 05 Янв 2017

ИМХО: не стоит думать о вещах , которые не в силах контроллировать .

не стоит думать-так лучше.

Про костер тоже смешно, иногда промолчать лучше, умнее кажетесь

Евгений622 05 Янв 2017

Про костер тоже смешно, иногда промолчать лучше, умнее кажетесь

смысл ясен , отжиг -если так сварки опасается

slavyan75 05 Янв 2017

При этом в строительстве перекрытиях используют как раз в основном двутавр и швеллер, а не квадратную трубу, что как мне кажется говорит об устойчивости к изгибающим нагрузкам.

Ключевое слово «кажется» .

Сказочник 05 Янв 2017

PatriKKey 05 Янв 2017

за два года сделал на заказ два токарника, один ручной второй очпушил. В качестве станины использовал швеллер сваренный в «О». Так вот «ручной» РМЦ600 трудится до сих пор, а вот ЧПУшный РМЦ1400 разобрал из за невозможнеости безопасно точить столбы даже 80Х80Х1200. Вибрации замучили, люнет спасает, но работать не комфортно. Пока отложил проект из за отсутствия времени, но трубу 200Х200Х8 уже подготовил. Суппорт уже отлили после праздников отвезу на строгальный, подготовлю пастели для направляек.

yaso73 05 Янв 2017

T-Rex 05 Янв 2017

Думаю, в строительстве не используют замкнутые профили из-за отсутствия возможности защитить их от коррозии изнутри.

Скорее, из-за технической сложности обследования на полостную коррозию в ходе эксплуатации сооружения. Двутавр, пополам перержавевший, простым визуальным осмотром видно. А здесь какие-то дырки сверлить и эндоскоп в полость запускать, либо некие методы неразрушающего дефектоскопического контроля применять.

Что прочнее труба круглая или профильная труба

Круглые и профильные трубы имеют разное основное назначение. Первые из них используют для устройства трубопроводов. Профильные трубы являются одним из главных конструктивных материалов в строительстве и производстве промышленной продукции. Вопрос, какая труба прочнее – круглая или профильная, в большей мере интересует строителей, и особенно частных застройщиков. Попробуем дать ответы на него с разных точек зрения.

Стальные круглые и профильные трубы: отличия и особенности

Внешнее различие этих труб заключается в форме их сечения. Вторая группа изделий может иметь срез в форме прямоугольника, овала. Круглые представлены такими видами продукции, как:

• электросварные и бесшовные;
• горячедеформированные, теплодеформированные, холоднодеформированные и холоднотянутые;
• водогазопроводные и магистральные;
• универсальные и специального назначения.

Львиная доля сортамента круглых труб предназначена для устройства коммуникаций для подачи текучих продуктов и газов. Их также используют как конструктивный материал в производстве различной промышленной продукции и в строительстве.

Профильные изделия – это в первую очередь конструктивный материал. Они представлены следующими видами:

• модели с профилем в виде прямоугольника или овала, изготовленные по классическим технологиям производства металлопроката;
• гнутые замкнутые профили в виде прямоугольника по ГОСТ 30245-2012, которые в обиходе также называют профильными трубами.

Одно из основных различий между ними состоит в том, что классические трубы используются в том числе для устройства трубопроводов, а гнутые профили – нет.

Делать вывод о том, что лучше – профильная труба или круглая, следует с учётом их целевого назначения. Чаще всего дилемма выбора между ними возникает во время строительных работ, в том числе с точки зрения прочности этих конструктивных материалов. Теперь мы перейдём к аргументам за и против использования этих труб в строительстве и начнём со специфики их производства.

Особенности производства и применения круглых и профильных труб

Круглые варианты труб выпускаются по 13 ГОСТам. Ещё три нормативных документа регламентируют выпуск профильных труб. Эти виды продукции объединяют классические способы производства металлопроката, и у них есть общее свойство – по ним можно качать разнообразные жидкости и газы.

Гнутые замкнутые профили квадратного и прямоугольного сечения изготавливают из полосовой заготовки (штрипса) на профилегибочных станах с завариванием шва. В отличие от электросварных труб шов на замкнутых профилях может быть несплошным. Он просто соединяет края изделий для придания профилям прочности. По сути, гнутые прямоугольные и квадратные профили можно считать пустотелыми стальными балками.

Вопрос о том, что выбрать – трубу квадратную или трубу круглую, по существу может быть снят, поскольку эти виды продукции имеют разное основное назначение. Если вы строите трубопровод – вам не придёт в голову делать это из квадратных или прямоугольных труб. Зато они и замкнутые профили идеально подходят для изготовления каркасов и других конструкций в строительстве и промпроизводстве.

Что прочнее – круглая или профильная труба?

Ключевые характеристики труб и замкнутых профилей установлены соответствующими ГОСТами. В число регламентированных параметров продукции входят такие показатели, как:

• наружный диаметр и размеры сторон (ширина и высота) круглых и профильных труб соответственно;
• толщина стенок;
• теоретический вес одного метра изделий;
• марки стали, из которых могут изготавливаться трубы, и другие показатели.

Первые два пункта списка формируют сортамент продукции. Прочность круглых труб регламентирует ГОСТ 8731-74, согласно которому проводят испытания изделий по таким видам воздействий:

• сопротивлению на разрыв;
• способности труб выдерживать гидравлическое давление;
• на сплющивание, бортование, раздачу, загиб.

Испытания на несущую способность круглых труб, как конструктивного материала для строительства и производства промышленной продукции, не проводятся.

Зато для профильных труб и гнутых замкнутых профилей квадратного и прямоугольного сечения в ГОСТах предусмотрены показатели момента сопротивления к вертикальной нагрузке и момента инерции по осям X и Y поперечного сечения изделий. Эти параметры непосредственно влияют на прочность и, соответственно, несущую способность труб и профилей. Чем больше момент сопротивления и меньше момент инерции, тем прочнее прокат.

Тем не менее готового ответа на вопрос, что прочнее – круглая труба или профильная труба, в килограммах или тоннах нагрузки в ГОСТах нет. Для этого придётся вооружиться учебниками по сопромату или техническими справочниками, чтобы сделать расчёты прочности на изгиб под вертикальными нагрузками или найти другие пути поиска ответа.

Сравнение прочности круглых и квадратных труб

Чтобы ответить на вопрос, что прочнее – труба или профиль, для начала надо получить результаты расчётов этих показателей. Предлагать набор формул для вычислений их прочности мы не станем из-за огромного объёма этой информации. В качестве примера можно привести СП 20.13330.2011. Попробуйте осилить этот документ. Намного проще воспользоваться онлайн-калькуляторами, которые максимально облегчают выполнение расчётов несущей способности труб. Её величина зависит от следующих факторов:

• характеристик стали, из которой изготовлены трубы;
• вида профиля и размера поперечного сечения изделия;
• толщины стенок;
• общей длины конструктивного элемента и т. д.

Однако разумнее всего воспользоваться помощью специалистов в сфере сопротивления материалов. Они разрешат дилемму – что крепче, круглая труба или профильная, – с точными числами.

Показатели прочности круглого и квадратного профилей

Несущая способность металлопроката и изготавливаемых из него металлоконструкций определяется расчётным путём. При этом в вычисления закладывается и необходимый запас прочности. Этим обычно занимаются проектировщики и конструкторы, готовящие рабочую документацию. В качестве примера показателей прочности гнутых профилей квадратного и прямоугольного сечения мы предоставим две таблицы их значений, полученных с помощью расчётов:

Круглая или профильная труба — какой металлопрокат выбрать и почему?

1. Применение круглых стальных труб.
2. Применение профильных труб.
3. Какую трубу лучше выбрать: профильную или круглую.

Круглые и профильные трубы из стали широко используются в строительстве и машиностроении. При выборе металлопроката часто возникает вопрос — какое сечение выбрать и на каком основании. Для начала рассмотрим сферы применения металлопродукции и разберемся где используется тот или иной вид и почему.

Применение круглых стальных труб

У металлических труб круглого сечения хорошая пропускная способность, нагрузка распределяется равномерно по всей длине, что позволяет противостоять давлению.

• монтаж теплотрасс;
• строительство водопроводов, нефтегазопроводов;
• авиация, судостроение;
• создание металлоконструкций
• монтаж систем отопления и инженерных коммуникаций;
• мебельное производство.

В таблице для наглядности приведены примеры применения различных металлических труб круглого сечения на основе их технических особенностей.

Таблица №1: Применение круглых труб

При проектировании магистралей и трубопроводов важны такие характеристики, как диаметр и толщина стенки.

Диаметр — условно круглый трубопрокат делится на 3 категории:

• С малым внешним диаметром — используется для строительства водопроводов в домах и квартирах.
• Средние — для городских водопроводов.
• С большим диаметром — для монтажа магистралей.

Толщина стенки — в зависимости от соотношения внешнего диаметра к толщине стенки, изделия разделяют на:

Применение профильных труб

Профтрубы имеют прямоугольное или квадратное сечение, это придает им ряд отличительных особенностей. Они не могут быть заменены круглыми трубами, стальным кругом и другим металлопрокатом.

Область применения профильного трубопроката:

• строительство зданий складов, торговых центров, ангаров;
• мебельное производство;
• монтаж автобусных остановок;
• строительство металлических ферм;
• монтаж каркасов теплиц;
• установка заборов, ворот, лестниц, перил.

В таблице для наглядности приведены примеры применения профтруб (ГОСТ 8639-82/8645-68) на основе их технических особенностей.

Таблица №2: Применение профильных труб

На рынке металлопроката Санкт-Петербурга и других регионов страны, самыми востребованными стали квадратные и прямоугольные трубы с размерами:

• прокат квадратный 15х15 и 20х20 — заборы и ограждения;
• профтруба 25х25, 30х20— монтаж металлоконструкций, производство мебели, торгового оборудования;
• труба профильная 30х30, 40х40, 40х20 — изготовление мебели, легких металлоконструкций, малых архитектурных форм;
• профтруба 50х50, 50х30 — универсальный материал для металлоконструкций;
• труба 60х60, 80х40 — каркасы для промышленного оборудования, опорные элементы заборов;
• профтрубы 60х40, 40х40 — строительство лесов, опор для ограждений;
• квадратные профтрубы 80х80 — каркасы зданий, рекламных щитов;
• труба профильная 100х100, 100х150 — опоры, каркасы, павильоны;
• металлопрокат 150х100, 150х150 и более — колонны, вышки, опоры, тепличные комплексы, павильоны.

Особенности применения профильного проката в зависимости от технических характеристик:

1. Прямоугольные трубы выдерживают высокие нагрузки, но только когда они направлены на внешнюю сторону всей системы: кручение, изгиб, растяжение.
2. Круглая труба равномерно распределяет давление на свои стенки. Квадратные и прямоугольные изделия обычно шовные, а значит, не рассчитаны на внутренние нагрузки, такие как напор и давление.
3. Внутренний объем профильного трубопроката меньше. Отрезок металлической трубы круглого диаметра. пропускает больше воды.
4. Фитинги для водо- и газопроводных систем рассчитаны на круглое сечение.
5. Стоимость профильной трубы выше, не выгодно использовать ее не по назначению.

Какую трубу выбрать: круглую или профильную

Затронем достоинства и недостатки трубопроката на основе технических характеристик.

Для изготовления металлоконструкций в качестве несущего элемента больше подходит квадратное или прямоугольное сечение.

Основные достоинства профтруб:

• легче монтируется;
• лучше поддаются сварке;
• обеспечивается лучший контакт с другими стройматериалами: утеплитель, ДВП, поликарбонат и т.п.;
• наличие ребер жесткости позволяет использовать профиль в местах с высокими нагрузками;
• снижается общий вес конструкций за счет малого удельного веса изделий.

Профильный прокат имеет свои пределы прочности. На него действуют разные внешние механические силы — тяжесть снега, вес конструкций, ветер и многое другое. У каждого изделия есть свой показатель сопротивления, если его превысить, конструкция начинает деформироваться и может разрушиться. Поэтому еще на этапе проектирования важно провести расчеты профильных труб.

Нагрузки можно вычислить, пользуясь таблицами из ГОСТ 32931-2015, что потребует определенных знаний. Чтобы максимально выгодно и недорого купить профильные трубы, важно правильно провести расчеты, опираясь на данные проекта.

Для расчетов лучше всего обратиться к специалистам, которые обладают всеми необходимыми знаниями. В нашей команде работают профессионалы, которые с радостью помогут с расчетом нужных вам металлоизделий и конструкций.

Круглые изделия прочны на разрыв, но при этом легко гнутся. Поэтому, где предусмотрены поперечные нагрузки, они не используются в качестве несущего элемента.

Достоинства круглых труб:

• длительно выдерживают неблагоприятные условия;
• устойчивы к температурным перепадам;
• выдерживают высокое давление;
• имеют относительно хорошую гибкость.

Как недостаток можно отметить подверженность коррозии, но он легко устраняется нанесением антикоррозийного покрытия или цинкованием. Эти изделия много весят, из-за чего их довольно сложно монтировать и перевозить.

Вывод

Круглые трубы наиболее применимы там, где требуется герметичность, а за счет особенностей сечения идеально подходят для создания трубопроводов.

Профильные за счет прочностных характеристик подходят для строительства металлоконструкций различного типа. Выбор изделий диктуется требованиями проекта и принятыми стандартами.

Выбрать необходимую Вам металлопродукцию можно в нашем КАТАЛОГЕ МЕТАЛЛОПРОКАТА или оставить заявку на сайте, менеджеры оперативно перезвонят Вам в ближайшее время.

Наши менеджеры всегда с радостью проконсультируют и помогут с выбором, а также оперативно рассчитают цены круглых стальных труб и профильного проката, обращайтесь по телефону +7 (812) 905-83-88 или оставьте заявку на сайте. Мы свяжемся с вами в ближайшее время.

МеталлСклад С-З – лучшие решения в сфере металлопроката!

Сравнение двутавра и швеллера – какой профиль прочнее и что лучше

Швеллер или двутавр – этот вопрос озадачивает не только людей, решивших самостоятельно возвести дом либо гараж, но порой и профессионалов своего дела. Что будет рациональнее использовать? Чтобы определиться, профессионалы делают расчеты и анализ конструкции и материалов, из которых она будет изготовлена. Людям, не разбирающимся в данных вопросах, следует обратиться к специалистам, которые сделают нужный объем проектных работ и предоставят несколько вариантов с использованием швеллера и/или двутавра разных типоразмеров – тогда будет ясно, что лучше.

1 Какой профиль прочнее?

Конечно, двутавр. Он жестче и прочнее швеллера. Это обеспечивается за счет того, что у двутавра полки выступают с обоих сторон стенки и на одинаковое расстояние от нее. Благодаря чему нагрузка, воспринимаемая полками, воздействует на профиль в основном вертикально и его стенка работает практически только на противодействие сжатию. Силы, стремящиеся скрутить двутавр, малы или отсутствуют. В швеллере такие усилия, как правило, возникают, и значительной величины, так как полки выступают в роли односторонних рычагов. Многое, конечно, зависит от того, как ляжет и распределится по ним нагрузка. В то же время у двутавра полки обеспечивают жесткость стенки не с одной ее стороны, как у швеллера, а с двух.

Сравнивать, разумеется, следует изделия с одинаковыми типоразмерами (номерами профиля). То есть, чтобы у сравниваемых швеллера и двутавра была одна и та же высота стенки. Кроме того, у них должны быть одинаковые или хотя бы сопоставимые толщина полок и стенки. Это же условие распространяется и на ширину полок. И тогда сравниваемый со швеллером двутавр окажется прочнее его. Но это только если эти изделия используются в качестве несущей балки, установленной, как и положено, вертикально – поверхностью нижней полки на опоры (несущие стены сооружения).

Если на сравниваемые профили одного типоразмера и с одинаковыми либо сопоставимыми толщиной стенки и размерами полок нагрузка (усилие) воздействует сбоку (перпендикулярно их вертикальной оси в плоскости поперечного сечения), то прочнее швеллер. Например, когда изделия уложены набок (торцами полок на опорную поверхность или швеллер еще можно положить на его стенку) и выступают в роли поддерживающего элемента для конструкции с небольшим весом. Дело в том, что и швеллер, и двутавр не рассчитаны на большие нагрузки, направленные перпендикулярно плоскости их стенки.

Преимущество швеллера в более высоком сопротивлении боковым нагрузкам обусловлено следующим. Его полки расположены по одну сторону стенки. У двутавра они выступают с обоих его боков, причем на одинаковое расстояние. За счет этого у швеллера центр тяжести находится вне его поперечного сечения. Он смещен относительно стенки в сторону торцов полок. А у двутавра центр тяжести находится точно в центре его поперечного сечения (стенки).

Именно из-за такой разницы в расположении центра тяжести сопротивляемость нагрузкам у этих изделий отличается. Когда речь идет о боковых воздействиях, то прочнее швеллер. Чтобы сравнить какие-либо двутавр и швеллер, в каждом отдельном случае надо принимать во внимание не только типоразмер (высоту стенки), но и основные размерные характеристики поперечного сечения профиля, указанные в таблицах ГОСТов на сортамент этих изделий. Как отмечалось выше, в первую очередь – это толщины стенки и полок изделий. Не меньшее значение имеет и ширина полок. Также на прочность оказывает влияние радиус закругления между стенкой и полками.

2 Как быстро сравнить швеллер и двутавр

Чтобы быстро выяснить, что прочнее, надо в таблицах с размерами ГОСТов сортамента сравниваемых швеллера и двутавра найти величины их моментов сопротивления относительно осей X и Y (W_x и W_y). Изделие, у которого значения этих характеристик выше, и будет прочнее.

Момент сопротивления – геометрический параметр поперечного сечения какого-либо изделия, который характеризует сопротивляемость в рассматриваемом разрезе (сечении) кручению или изгибу относительно выбранной оси. Его используют для последующего расчета сопротивления материалов и в формулах строительной и конструкционной механики.

Для швеллера и двутавра согласно их ГОСТам ось X проходит в плоскости поперечного сечения через середину стенки, перпендикулярно ей и параллельно полкам. Момент сопротивления перпендикулярен оси, относительно которой рассчитывается. Соответственно, W_x двутавра и швеллера определяет их сопротивляемость нагрузкам и усилиям, направленным перпендикулярно полкам и вдоль стенки. То есть, когда эти изделия выполняют роль несущих элементов конструкции и установлены в своем основном положении – на нижнюю полку.

Ось Y проходит в плоскости поперечного сечения через центр тяжести и перпендикулярно полкам, пересекая при этом осевую линию X и образуя с ней прямой угол. Собственно, в точке пересечения Y с X и находится центр тяжести. Таким образом, у двутавра осевая линия Y располагается точно на вертикальной оси стенки, а у швеллера – параллельна последней и вынесена за ее пределы между полками, так как это изделие имеет смещенный центр тяжести. Смещение обусловлено тем, что у швеллера полки выступают только с одной стороны относительно стенки.

Соответственно, момент сопротивления относительно оси Y (W_y) характеризует сопротивляемость этих изделий усилиям, направленным перпендикулярно стенке и вдоль полок. Для двутавра, когда он опирается на кромки полок с одной своей стороны, а нагрузка давит на противоположные и/или на поверхность стенки. У швеллера может быть два положения. Когда он опирается на поверхность стенки либо, как и двутавр – на кромки полок. Его W_y в обоих случаях одинаковый и противостоит усилиям, направленным со стороны, противоположной опорной поверхности.

Как отмечалось выше, и у двутавра, и у швеллера W_x всегда больше W_y.

Это обусловлено тем, что эти изделия конструктивно рассчитаны на более высокое сопротивление нагрузкам, направленным под прямым углом к полкам и вдоль стенки, то есть перпендикулярно оси X. Поэтому, когда двутавр или швеллер используются в качестве несущих элементов конструкции, они должны монтироваться таким образом, чтобы их стенка располагалась вертикально, а нагрузка воспринималась поверхностью полок.

3 Сравнение некоторых типоразмеров швеллеров и двутавров

На примере нескольких типоразмеров швеллера и двутавра сравним прочность этих изделий. Заодно выясним как она зависит от основных размеров поперечного сечения, о которых шла речь выше.

Сравнение швеллеров и двутавров с одинаковыми типоразмерами придется делать между изделиями с наиболее близкими по значению размерами поперечного сечения, так как часть этих параметров всегда отличается. Эти профили выпускают в таком ассортименте, чтобы они друг друга дополняли, а не замещали.

По приведенной ниже таблице можно сопоставить характеристики (включая моменты сопротивлений) профилей указанных типоразмеров соответствующих ГОСТов.

Сравнение параметров прочности квадратных и круглых труб

Для монтажа различных металлических конструкций широко применяются трубы. Как правило, это круглые или квадратные изделия. Для того, чтобы сделать правильный расчёт нагрузок на элементы конструкции, необходимо знать, что прочнее – обычная круглая труба, или профильная труба квадратного сечения. Зная максимальную нагрузку на элемент конструкции, можно очень точно определить, какой профиль более уместен для использования в процессе монтажа.

Показатели прочности круглого и квадратного профилей

ГОСТы для квадратных и круглых труб регламентируют самые разные процессы:

• физические свойства поверхностей.
• механические характеристики соединений.
• порядок осуществления трансформации (изгиба, кручения, вытяжки, и т.д.).

Условия изгиба профиля могут быть различными. Также отличаются и данные о наружном диаметре нержавеющих и углеродистых труб.

Если гибка осуществляется методами нагрева или наполнения полого пространства сыпучим материалом, наружный диаметр должен составлять не менее 3,5DN (номинальных диаметров). Для трубогибочных станков эта величина составляет 4DN. Отступление от требований ГОСТов 494/90 и 617/90 допускается в случае, если уменьшение толщины изгибаемой стенки составляет не более 15%. В этом случае можно уменьшать номинальные данные для расчёта изгибной прочности профиля.

Таблица моментов инерции для различных типов сечений

Сравнить уровень прочности полого квадрата и круга из стали помогает часть технической механики, изучающая сопротивление различных материалов. При расчёте показателя прочности на изгиб используются две формулы:

1. Вычисление длины изгибаемой детали.

r – радиус изгиба профиля, мм.

α – искомый угол изгиба, о .

I – расстояние 100/300 для оборудования, удерживающего заготовку.

1. Расчёт величины изгибаемого участка.

α – угол изгиба, о .

r – радиус изгиба, мм.

DH – внешний диаметр.

Расчёт профильной трубы завершается после определения величины напряжения, исчисляемой в соответствии с законом Гука:

Μ – степень изгиба по оси воздействия силы.

W – сопротивление изгибу по оси.

При проведении расчётов необходимо обязательно учитывать меру инертности тела при вращении – момент инерции. При одинаковой толщине стенок полых труб разных сечений и удельной тяжёсти изгибное усилие для квадрата в 1,181 раза больше, чем для круга. Но радиус инерции круглой трубы больше, чем квадратной. Поэтому она является менее прочной.

Круг или квадрат

Полые металлические (стальные или алюминиевые) стержни квадратного и круглого сечений широко применяются в строительстве и производстве металлоконструкций. Полый профиль имеет гораздо меньший, в сравнении с брусом, вес. Как несущий элемент металлической конструкции квадрат более удобен, нежели круг. Он легче монтируется. Два мерных отрезка квадратного профиля можно соединить при помощи сварки, в отличие от круга. Плоская поверхность квадратного профиля обеспечивает лучший контакт с различными навесными элементами (поликарбонатом, ДВП различными видами прессованного утеплителя, и пр.).

А наличие рёбер жёсткости позволяет успешно использовать квадрат в местах, где отмечаются максимальные нагрузки. Если изгибающее усилие направлено под углом 90 о к грани профиля, сопротивление изгибу одинаково в любом месте трубы. Изгибная нагрузка наиболее сильна по краям профиля. Центральная же его часть значительно более устойчива. Замкнутое поперечное сечение также даёт высокую прочность профиля на кручение. Это позволяет использовать квадратные трубы при монтаже различных сложных конструкций:

• сводов арочного типа.
• кровель с крутыми уклонами.
• ребристых куполов.

Расчёт профильной трубы показывает, что надёжность конструкции прямо пропорциональна материалу, из которого она изготовлена. Бетон гораздо надёжнее дерева, но значительно уступает стали. Дело в том, что при его применении очень трудно крепить прогоны. Просверленные в бетоне отверстия для анкеров не смогут обеспечить необходимой прочности. У металлического профиля в сравнении с другими материалами масса преимуществ. А у квадрата – столько же преимуществ перед кругом.

Металлоконструкции из квадратного профиля

Например, при устройстве ограничительных конструкций (заборов) оптимальный шаг стоек – 2,5 м. При частых порывистых ветрах его следует уменьшить до 2 м. При высоте конструкции до 1,5-2,0 м оптимальный размер квадрата с толщиной стенки 2 мм – 40х40 или 60х60 мм. Применяемый материал – труба профильная для металлоконструкций из углеродистой или низколегированной стали (ГОСТ Р 54157-2010). При монтаже более масштабных конструкций могут применяться трубы размеров от 50х50 до 200х200 мм.

Область использования квадратных труб гораздо шире, нежели круглых. Это связано с тем, что у них выше степень взаимодействия с плоскостями, имеющими симметричную поверхность. Чётко определены отрасли, в которых трубы подобного сечения не применяются:

• изготовление каркасных конструкций.
• транспортировка газообразных веществ.
• водоснабжение и канализация.

Профилированная труба не годится для трубопровода по причине того, что рассчитана, в отличие от круглой, на сопротивление значительным несущим нагрузкам. Из за наличия углов скорость прокачки газов и жидкостей внутри квадратной трубы намного меньше, чем внутри круглой.

Изготовление квадратного профиля

В теории, чтобы изготовить квадратную трубу, достаточно вальцовочного станка с возможностью формования профиля необходимых размеров. Круг вальцуется с целью получения квадрата. Но с точки зрения качества продукции данная технология совершенно неприемлема, так как механические характеристики полученных труб значительно отличаются от требуемых по ГОСТ в худшую сторону. Для выпуска профиля в промышленных масштабах необходим комплекс сложного технологического оборудования.

Трубы, которые в дальнейшем планируется использовать для монтажа металлоконструкций, должны быть значительно крепче, и поэтому изготавливаться по полному технологическому циклу. Он включает пять последовательных операций:

1. Обработка стальной ленты (штрипса).
2. Сварка заготовки круглого сечения.
3. Профилирование.
4. Контроль качества готовой продукции.
5. Термообработка.

Современное производство металлических профилей

Нарезка штрипса осуществляется на специальной установке. Лента наматывается на вращающийся барабан. Непрерывный прокат профиля осуществляется для того, чтобы намоточный станок не простаивал. После сварки, прохождения формовочного стана и эмульсионной обработки заготовка принимает нормальную круглую форму.

Следующим этапом изготовления является профилирование:

• скругление заготовки по всей дине профиля.
• четырёхсторонняя обжимка.

Полученная заготовка подлежит разделению на мерные отрезки. В течение всего процесса механической обработки необходимо охлаждать заготовку водой.

Для обеспечения прочности сварного квадратного профиля критически важно иметь ровный и качественный сварной шов. Он должен обязательно подвергаться проверке на герметичность. Кроме того, для завершения процесса производства квадрата необходимо провести проверку по методу дефектоскопии вихревыми токами. С его помощью выявляются возможные дефекты:

• внутренние раковины.
• места повышенного напряжения сварного шва.

Конечным этапом проверки качества готовой продукции является визуальный осмотр. Отбраковке подлежат профили с неровностями и другими механическими повреждениями. Снижению количества дефектов способствует переборка тянущих валков.

В состав линии по производству стальных профилей входят следующие единицы:

• консольный разматыватель для обработки металлического листа.
• формовочный стан.
• сварочный узел и станок для среза кромки шва.
• участок охлаждения.
• профилировочный стан.
• нож для мерной порезки.

Линия по производству профилированных труб могут быть автоматическими и полуавтоматическими. Валы на стандартных линиях имеют прямоугольную форму.