Нагрузка на профильную трубу: таблица расчетов
Профильные стальные изделия востребованы в современном строительстве благодаря продолжительному сроку эксплуатации и простотой монтажа. Перед покупкой труб необходимо произвести расчеты нагрузки и прочности на изгиб, чтобы определиться с видом и количеством материалов.
Содержание
- Особенности профильных изделий
- Зачем нужны расчеты
- Какие параметры нужны для расчета нагрузки
- Как рассчитать нагрузку с помощью таблиц
- Какую нагрузку способны выдержать профильные трубы
- Другие виды расчетов
- Как узнать, правильно ли рассчитана нагрузка
Особенности профильных изделий
Профильные трубы, которые широко используются в монтаже различных конструкций и прокладке коммуникаций, представляют собой полый продолговатый металлический брусок с сечением квадратной или прямоугольной формы.
Материалом для изготовления профильных изделий является высокоуглеродистая сталь различных марок.
Профилированная стальная труба служит материалом для сооружения каркасов различный конструкций:
- теплиц;
- павильонов и остановок;
- рекламных конструкций;
- перегородок;
- лестниц;
- мебели и т. д.
Также стальная труба может использоваться в качестве перекрытия или балки.
Зачем нужны расчеты
Стальные профили, собранные в конструкцию, испытывают нагрузку других материалов или веществ, а также испытывают напряжение в металле при изгибе. Превышение максимально допустимой нагрузки влечет деформацию трубопрокатных изделий или их разрыв.
Неверно рассчитанная нагрузка повлечет за собой неустойчивость конструкции, невозможность сборки или разрушение в последующем. Это чревато лишними финансовыми затратами на ремонт, приобретение материалов и восстановление конструкции.
В процессе эксплуатации труб под нагрузкой происходит ряд изменений в структуре металла, которые необходимо учесть при подборе изделий.
Какие параметры нужны для расчета нагрузки
При подборе трубных профилей для строительства конструкций необходимо получить информацию о состоянии трубопрокатных профилей для анализа условий и возможностей изделия в процессе эксплуатации.
Данные, которые необходимы для этого:
- размеры профиля, мм;
- форма сечения;
- параметры напряжения конструкции;
- показатели прочности материала;
- вид нагрузки на профиль.
Таким образом, принимаются в расчет точки сопротивления для каждого вида материала. При этом учитываются предельно максимальные и минимальные значения:
- Минимум показателей предполагают нулевую нагрузку.
- Максимальные – с изгибом изделия до состояния разрыва в металле. Учет данных значений позволит правильно рассчитать устойчивость и подобрать трубы соответствующих параметров, чтобы увеличить срок эксплуатации конструкции.
Как рассчитать нагрузку с помощью таблиц
С учетом различных параметров произведены общепринятые математические расчеты, которые сведены в единые таблицы.
Каждый желающий по стандартам и правилам может произвести расчет допустимой нагрузки по справочным общедоступным таблицам и выбрать вид металлического профиля.
Обратите внимание! Значения в справочных материалах получены учеными и расчетными бюро при использовании теории сопротивлений материалов и законов физики.
Методика расчета нагрузок на металлопрофиль по утвержденным таблицам более точна в связи с учетом в них:
- вида опор;
- наличия креплений;
- типа нагрузок.
В проектах используют данные справочных таблиц из документа СП 20.
13330.2011.
В случаях, когда конструкция не имеет нагрузки, берутся значения из таблицы 1 утвержденного стандарта.
Например, для перильных или декоративных конструкций. Таблицы 2 и 3 содержат показатели максимальной нагрузки на трубный профиль, когда материал может деформироваться, но без разрыва и при прекращении воздействия металлический элемент примет исходную форму и состояние.
При увеличении максимальной нагрузки конструкция может сломаться или разрушиться.
Это важно! Рекомендуется приобретать стальные профили с запасом прочности минимум в 2 раза больше предельно допустимого.
Какую нагрузку способны выдержать профильные трубы
Согласно утвержденным стандартам нагрузка по времени воздействия классифицируется на четыре группы:
- Постоянная. На профиль оказывается воздействие без изменений показателей. Это могут быть другие материалы, грунт и т. д.;
- Временно длительная. На профильную конструкцию оказывается нагрузка в течение продолжительного времени. Например, при возведении гипсокартонных перегородок, постройке лестниц в частных домах и т. д.;
- Кратковременная. Трубопрокат испытывает сезонные или временные нагрузки. Например, тяжесть снега, сильного ветра или напора дождя, вес мебели и посетителей и т. д.;
- Особенная. Нагрузка на случай стихийных бедствий или чрезвычайных ситуаций. Например, во время землетрясения, столкновения транспорта и т. д.
Например, при возведении гипсокартонных перегородок, постройке лестниц в частных домах и т. д.;Обратите внимание! Во время расчета нагрузки на металлический профиль для возведения навеса важно помнить, что изделие является несущей конструкцией.
Для вычисления силы воздействия на каркас из металлопрофиля следует учесть следующие типы нагрузок:
- вес и вид материала навеса;
- тип снежного покрова и его высота;
- сила ветра;
- возможность повреждения конструкции транспортными средствами.
Другие виды расчетов
Существуют другие методы расчета нагрузки на конструкции:
- по формуле расчета напряжения изгиба металлической трубы: расчет напряжения при изгибе = изгибающий момент силы / сопротивление
В этой формуле используется закон Гука о пропорциональности силы упругости к показателю деформации.
- с помощью специальных готовых калькуляторов.
Обратите внимание! Следует помнить, что использование собственных расчетов по разработанным формулам может быть чревато ошибками и погрешностями. Будьте внимательны при учете всех показателей.
Как узнать, правильно ли рассчитана нагрузка
Расчет нагрузок для стальных профилей – это важный процесс, который требует внимательности и использование специальной литературы, ГОСТы, СНиПы и другую общепринятую документацию.
Чтобы проверить правильность собственных расчетов, можно воспользоваться стандартными справочными таблицами, а также проверить полученное значение на специальный сайтах с разработанными расчетными калькуляторами.
Если существует опасение произвести неверные расчеты, возможно обратиться к специалистам с опытом и подтвержденной квалификацией в сфере строительства.
Обратите внимание! Ошибки в расчетах влекут за собой разрушение строений и конструкций, что сопровождается финансовыми расходами, потерей времени и возможностью нанесения вреда здоровью людей.
Что прочнее на изгиб? СОПРОМАТ – мать механики! – Народ, подскажи !!!
#1 ВНЕ САЙТА dukat
Отправлено 24 September 2015 – 11:03
Заспорили мы тут – что прочнее на изгиб квадратная труба 10х10 мм стенка 2 мм или цельный квадрат 10х10 мм? По весу все понятно и по стоимости квадрат победил, а вот по прочности на изгиб, если брать одинаковую длину 30 см. В спорах наши мнения разделились. Давайте вместе подумаем, так как любой из нас с этим может столкнуться, например при изготовлении каркаса для спальника.
- Наверх
- ↓
- ↑
#2 ВНЕ САЙТА AlekSan
Отправлено 24 September 2015 – 11:25
Вопрос конечно не простой, тут нужны знания, но чувствую что труба будет прочнее квадратного прута аналогичного сечения.
- Наверх
- ↓
- ↑
#3 ВНЕ САЙТА Амиров
Отправлено 24 September 2015 – 11:27
Заспорили мы тут – что прочнее на изгиб квадратная труба 10х10 мм стенка 2 мм или цельный квадрат 10х10 мм? По весу все понятно и по стоимости квадрат победил, а вот по прочности на изгиб, если брать одинаковую длину 30 см. В спорах наши мнения разделились. Давайте вместе подумаем, так как любой из нас с этим может столкнуться, например при изготовлении каркаса для спальника.
Напряжения в трубе = Изгибающий момент / момент сопротивления
не могу привести расчет для квадрата, вот например для круга сплошного и круга полого
момент сопротивления для круга и полого круга разнятся на коеффициент [1-(dвнутр/Dнаружн)^4]
то есть при отношении диаметров 0,8 (как для стенки 2 мм при 10 мм труб) получим понижение всего 1-0,8*0,8*0,8*0,8=0,6 раз.
не думаю, что изгиб.момент вашего каркаса очень большой, тем более на такой малой длине – берите трубу и стенки потоньше ))
но! сплошной материал – прочнее на изгиб)
Сообщение отредактировал Амиров: 24 September 2015 – 11:33
- Storm и Sanya это нравится
- Наверх
- ↓
- ↑
#4 ВНЕ САЙТА Rulse
Отправлено 24 September 2015 – 11:29
Думаю труба на изгиб будет прочнее, а весу меньше как и стоимости.
- Наверх
- ↓
- ↑
#5 ВНЕ САЙТА VOIN
Отправлено 24 September 2015 – 12:20
Я по наитию чувствую что квадратная труба будет прочнее, (правда толщина стенки имеет значение) сопромат уже давно улетел из мыслей и остались только навыки, привычки и опыт на основе древних знаний.
Может я и не прав и поэтому будет очень интересно и полезно узнать мнение тех кто силен в сопромате и подобных делах..
Кстати я варил себе кронштейны для полок из такой квадратной трубы, потом испытывал с помощью Английского Джека – давал нагрузку 70 кг на поперечину – выдержала, а мне больше и не надо было. Но кронштейн идет с косынкой из такой же трубы и поэтому тут нет чистоты эксперимента.
- Наверх
- ↓
- ↑
#6 ВНЕ САЙТА rut
Отправлено 24 September 2015 – 12:24
Цельнометаллический брус vs полый брус равного диаметра – по прочности (во всех случаях, и на изгиб, и на кручение) победит цельнометаллический, однозначно. Эта байка насчет того, что труба прочнее сплошного металла из-за путаницы термина – площадь сечения.
В трубе площадь сечения часто считают из внешнего диаметра, при этом забывая вычесть из этой площади внутреннюю полость.
- wowan и Поджарый это нравится
- Наверх
- ↓
- ↑
#7 ВНЕ САЙТА Sanya
Отправлено 24 September 2015 – 12:30
Дмитрий Амиров полностью прав: Цельный квадратный пруток всегда прочнее пустотелого,но незначительно,т.к. внутренние
слои металла практически не работают на изгиб и кручение.
- Наверх
- ↓
- ↑
#8 ВНЕ САЙТА rut
Отправлено 24 September 2015 – 12:44
Дмитрий Амиров полностью прав: Цельный квадратный пруток всегда прочнее пустотелого,но незначительно,т.
слои металла практически не работают на изгиб и кручение.
к. внутренниеТочно так. Делают их полыми только по 2м причинам – экономия материала и уменьшение веса. Но за счет небольшого снижения прочности, типа уменьшили вес на 80%, но получили уменьшение прочности на 10% (цифры приблизительные, просто чтобы порядок показать).
- Наверх
- ↓
- ↑
#9 ВНЕ САЙТА победа
Отправлено 24 September 2015 – 13:13
Из жизни…
Разборные каркасы спальников из люминиевой квадратной трубы 25х25х2,благополучно выдерживают своих хозяев(под 100кг и за 100кг),уже второй год в 80-х кукурузерах .Самые длинные перемычки 900мм.
Изначально каркас был стальной 20х20х1.5,общий вес 23кг-надоело перекладывать такую тяжесть.
Люминиевый=7кг,намного приятнее),делайте спальник из крылатого металла и не вспоминайте за сапромат,не тот случай.
- Наверх
- ↓
- ↑
#10 ВНЕ САЙТА Igorek
Отправлено 24 September 2015 – 14:11
Алюминиевые профиля хорошо, но с ними сварка не так проста как с железом.
- Наверх
- ↓
- ↑
#11 ВНЕ САЙТА Sanya
Отправлено 24 September 2015 – 14:52
Сопромат-это хитрая наука,которая позволяет сделать конструкцию максимально прочной,дешёвой и лёгкой.
Алюминий легче,но дороже в пять раз и нагрузки держит меньше стали.Титан легче стали и такой же прочный и т.д.
Цельный пруток незначительно прочнее полой трубы. Но использовать цельный пруток нежелательно.
Для примера: вес стального прутка длиной 1 м и диаметром 20 мм -2,5 кг.
вес стальной метровой трубы диаметром 37 мм и стенкой 3 мм тоже 2,5 кг.
Попробуйте угадать,что прочнее.
- Rulse это нравится
- Наверх
- ↓
- ↑
#12 ВНЕ САЙТА Student
Отправлено 24 September 2015 – 14:58
Труба диаметром 37 мм и стенкой 3 мм будет прочнее на изгиб. У нее момент инерции больше.
- Наверх
- ↓
- ↑
#13 ВНЕ САЙТА Igorek
Отправлено 24 September 2015 – 15:05
Цельный пруток незначительно прочнее полой трубы.
Для примера: вес стального прутка длиной 1 м и диаметром 20 мм -2,5 кг.
вес стальной метровой трубы диаметром 37 мм и стенкой 3 мм тоже 2,5
Попробуйте угадать,что прочнее.
Но использовать цельный пруток нежелательно. Убедительные аргументы, пожалуй труба будет прочнее.
- Наверх
- ↓
- ↑
#14 ВНЕ САЙТА Амиров
Отправлено 24 September 2015 – 15:25
вес стального прутка длиной 1 м и диаметром 20 мм -2,5 кг.
вес стальной метровой трубы диаметром 37 мм и стенкой 3 мм тоже 2,5 кг.
Попробуйте угадать,что прочнее.
труба, в 6 раз
- Наверх
- ↓
- ↑
#15 ВНЕ САЙТА победа
Отправлено 24 September 2015 – 17:00
Сопромат-это хитрая наука,которая позволяет сделать конструкцию максимально прочной,дешёвой и лёгкой.
Алюминий легче,но дороже в пять раз и нагрузки держит меньше стали.Титан легче стали и такой же прочный и т.д…
Люминь легче стали почти в три раза.
Насчет цены Вы очень заблуждаетесь, сегодня метр Аl трубы 25х25х2 стоит 44грн, Аl 20х20х2=27грн метр. Стальная 30х30х2=30грн метр.
Легкое усиление конструкции как наружными,так и внутренними “косынками”,”шинами”,”уголками”,”перегородками”-делает любую конструкцию желаемой прочности на любой вид нагрузки.
- Наверх
- ↓
- ↑
#16 ВНЕ САЙТА robos
Отправлено 24 September 2015 – 19:23
победа, люминь хороша конечно, но не во всех случаях, если говорить о конструкции в авто то люминь предпочтительна, а если сварить полку в гараж, то железная труба с ней гораздо проще оперировать.
- Наверх
- ↓
- ↑
#17 ВНЕ САЙТА AVIL
Отправлено 24 September 2015 – 20:29
Как по мне, то это все равно что сравнивать на прогиб ферму и такую же ферму из цельного куска металла.
Внутренний металл почти не работает.
- Kroton это нравится
- Наверх
- ↓
- ↑
#18 ВНЕ САЙТА tercuk
Отправлено 25 September 2015 – 10:26
труба, в 6 раз
Вот и я думаю что труба прочнее чем монолит, а почему потому что у прута только четыре грани, а у трубы их восемь вместе с внутренними, помните китайскую присказку про одну соломинку и пучок из десяти соломинок что нельзя сломать.
- robos это нравится
- Наверх
- ↓
- ↑
#19 ВНЕ САЙТА diman
Отправлено 27 September 2015 – 11:12
Труба и легче и прочнее, если сравнивать по примерно одинаковому весу.
Монолитный квадрат тоже часто применяемый хороший материал, но у него другое назначение, конструкции из него будут тяжелые и менее прочные.
- Наверх
- ↓
- ↑
#20 ВНЕ САЙТА rigal
Отправлено 27 September 2015 – 19:41
Хорошая тема – а ще вопрос мужики – что прочнее в конструкции квадратная труба или круглая? Сделайте подсказку, надо одну вещь сварить и думаю какой трубой лучше.
- Наверх
- ↓
- ↑
Прогиб трубы
Прогиб трубы
| ||||||||||||||
| Отвод трубы | |||
| Опубликовать Ответ | Форум | ||
| Добавил: johng 11.  07.2007, 16:25:25 Автор Профиль 30 Электронная почта | Подъемные трубы диаметром 2700 мм, толщина стенки от 50 мм до 75 мм, длина около 80.000 мм. Вес около 300 метрических тонн. Подбираем трубу в двух точках в нескольких метрах от верха и низа трубы. Grz John |
| Ответить на сообщение Рассказать другу (должен войти в систему) Предупредить администратора о сообщении | Посмотреть все | | Далее | |
| Ответы на это сообщение |
| Re: Прогиб трубы | |||
| Re: Прогиб трубы — джон | Опубликовать Ответ | Верхняя часть резьбы | Форум |
| Добавил: rconner 16. Автор Профиль 4 03093 Почта автора 40093 4 | Вы имеете в виду “80 метров” для “длины” (вместо набранного “мм”)? |
07.2007, 14:23:16 | Ответить на сообщение Рассказать другу (должен войти в систему) Предупредить администратора о сообщении | Где я? Оригинал Начало темы | | | |
| Re: Re: Прогиб трубы | |||
| Re: Re: Прогиб трубы — rconner | Опубликовать Ответ | Верхняя часть резьбы | Форум |
| Добавил: johng 16.  07.2007, 14:32:55 Автор Профиль 30 Электронная почта | 80 метров = 80 000 мм. гз Grz John |
| Ответить Рассказать другу (должен войти в систему) Предупредить администратора о сообщении | Где я? Оригинал Начало темы |
| Re: Прогиб трубы | |||
| Re: Прогиб трубы — джон | Опубликовать Ответ | Верхняя часть резьбы | Форум |
| Автор: andrewjmorin 12. Профиль автора Автор электронной почты Редактировать | как это?
|
07.2007, 16:32:23 | Ответить Рассказать другу (должен войти в систему) | Где я? Оригинал Начало темы | | | |
| Re: Re: Прогиб трубы | |||
| Re: Re: Прогиб трубы — andrewjmorin | Опубликовать Ответ | Верхняя часть резьбы | Форум |
| Добавил: johng 16.  07.2007, 14:11:25 Автор Профиль 30 Почта | В какой программе вы это вычислили? грн Grz John |
| Ответить на сообщение Рассказать другу (должен войти в систему) Предупредить администратора о сообщении | Где я? Оригинал Начало темы | | | |
| Re: Re: Re: Прогиб трубы | |||
| Re: Re: Re: Изгиб трубы — Джон | Опубликовать Ответ | Верхняя часть резьбы | Форум |
| Автор: andrewjmorin 17. Профиль автора Электронная почта автора Редактировать | что было сделано в ansys |
07.2007, 17:18:55 | Ответить на сообщение Рассказать другу (должен войти в систему) Предупредить администратора о сообщении | Где я? Оригинал Начало темы |
| Re: Re: Прогиб трубы | |||
| Re: Re: Прогиб трубы — andrewjmorin | Опубликовать Ответ | Верхняя часть резьбы | Форум |
| Добавил: johng 16.  07.2007, 14:01:07 Автор Профиль 303498 Электронная почта | Это здорово, но я уже сделал лист Excel для расчета центра тяжести или длинной трубы. На этом листе Excel я хотел бы реализовать прогиб и напряжения. Grz John Grz John |
| Ответить на сообщение Рассказать другу (должен войти в систему) Предупредить администратора о сообщении | Где я? Оригинал Начало темы | | | |
| Re: Re: Re: Прогиб трубы | |||
| Re: Re: Re: Прогиб трубы — джон | Опубликовать Ответ | Верхняя часть резьбы | Форум |
| Добавил: andrewjmorin 17. | На самом деле этот график представляет собой вертикальное отклонение в мм. Если вам нужно решение в виде электронной таблицы, у вас будет много работы, даже если вы ограничите свои расчеты одномерным анализом отклонения луча. На этой странице есть полезная информация и основная формула для прогиба балки под действием собственного веса: Проблема в том, что вам потребуется другое решение с разными условиями поддержки и нагрузками для каждой из ваших труб. разные сегменты. Вы прошли обучение на инженера? Если да, то прошу прощения за урок прикладной механики. |
07.2007, 17:29:13 | Ответить на сообщение Рассказать другу (должен войти в систему) Предупредить администратора о сообщении | Где я? Оригинал Начало темы |
| Re: Прогиб трубы | |||
| Re: Прогиб трубы — джон | Опубликовать Ответ | Верхняя часть резьбы | Форум |
| Добавил: Келли Брамбл 11. Профиль автора Автор электронной почты Редактировать | Возможно, для оценки массы трубы. Затем примените расчет напряжения, деформации и прогиба. |
07.2007, 17:45:15 | Ответить на сообщение Рассказать другу (должен войти в систему) Предупредить администратора о сообщении | Где я? Оригинал Начало темы | | | |
| Re: Re: Прогиб трубы | |||
| Re: Re: Прогиб трубы — Келли Брамбл | Опубликовать Ответ | Верхняя часть резьбы | Форум |
| Добавил: johng 16.  07.2007, 14:09:47 Автор Профиль 3034098 Электронная почта | Масса, длина и т.д. известны. Но какой расчет я могу использовать. | Grz John Изменено johng в пн, 16 июля 2007 г., 14:35:14 |
| Отправить ответ ) Предупредить администратора о сообщении | Где я? Оригинал Начало темы |
Создано инженерами Edge
© Copyright 2000–2023, Engineers Edge, LLC.
Все права защищены. Отказ от ответственности
Понимание влияния жесткости труб на долговременные деформации
Жесткость труб в трубной промышленности является стандартным испытанием, которое проводится на реальных образцах труб для определения их кольцевой жесткости. Многие спецификации продукции в трубной промышленности требуют достижения минимальной заданной жесткости трубы в качестве требования этого стандарта.
Жесткость труб обычно проверяется в соответствии с требованиями ASTM D2412. Упрощенно, в этом тесте относительно короткий образец ствола трубы помещается между двумя параллельными стальными пластинами. Затем пластины стягиваются с заданной скоростью, тем самым сжимая трубу до овальной формы. Трубу деформируют до тех пор, пока она не сожмется до 95% своей первоначальной высоты. Нагрузка, необходимая для сжатия трубы до этого размера, записывается и используется для расчета жесткости трубы.
Этот метод испытаний описывает размер образцов труб, которые будут использоваться в испытании, кондиционирование трубы при подготовке к испытанию, оборудование, которое следует использовать в испытании, методологию, которой следует придерживаться во время испытания, и как оценить результаты испытаний для определения заявленной жесткости трубы.
Это широко распространенный стандарт испытаний, который используется для многих трубных изделий, в первую очередь в производстве пластиковых труб. Полученные значения жесткости трубы часто обсуждают инженеры трубной промышленности, но иногда возникает некоторая путаница в отношении того, как рассчитываются значения жесткости и как жесткость, измеренная в лаборатории, соотносится с полевыми установками.
Все индексные тесты должны предписывать условия, влияющие на результаты тестов, чтобы они были воспроизводимыми. Для испытания труб на жесткость некоторые из важных условий окружающей среды, которые необходимо контролировать для получения воспроизводимых результатов, — это температура испытуемого образца и испытательной лаборатории, минимальная длина образца и скорость, с которой проводится испытание. Если какая-либо из этих переменных изменится, то результаты теста могут значительно измениться.
Разница между лабораторными и полевыми условиями может привести к существенно разным результатам.
Например, трубы, подлежащие испытанию в соответствии с D2412, должны быть кондиционированы в среде с температурой 73 градуса по Фаренгейту +/- 4 градуса и испытаны в лаборатории при той же температуре. Однако посмотрите, как измеренная жесткость труб различных типов зависит от температуры:
Как видно из диаграммы, трубы, изготовленные из разных материалов, по-разному реагируют на испытания при более высоких температурах, чем 73°F, используемые в лаборатории. Кольцевая жесткость полиэтиленовой трубы уменьшилась примерно на 49% при 120 градусах по сравнению с лабораторным значением. Гофрированный полипропилен показал аналогичные результаты, где кольцевая жесткость снизилась примерно на 46% при 120 градусах по сравнению со значением, проверенным в лаборатории. Трубы из ПВХ уменьшились примерно на 23%. Поскольку сталь имеет значительно более высокую температуру плавления по сравнению с изделиями из термопластов, гофрированная стальная труба потеряла лишь около 5,5% своей жесткости, а труба из ПЭВП, армированного сталью, оказалась между ними с потерей кольцевой жесткости около 18,4%.
Это важно, учитывая, что стенки трубы могут достигать 140 градусов и более под прямыми солнечными лучами.
Кратковременные и долговременные деформации
Кратковременные деформации гибких труб возникают в основном в процессе монтажа. Гибкие трубы могут быть деформированы в результате различных действий в процессе установки. Секции труб, как правило, упаковываются в пакеты и перевозятся на большие расстояния, чтобы добраться до рабочей площадки. Затем их снимают с грузовиков и обычно хранят где-то на месте, где их обычно поднимают и обрабатывают еще несколько раз, прежде чем они достигнут места, где они должны быть размещены.
Хотя обычный подъем и перемещение не приводят к деформации труб, из-за размера и мощности строительного оборудования, используемого при прокладке труб, могут возникнуть непреднамеренные деформации труб. Кроме того, после размещения труб на их окончательном месте начинается процесс обратной засыпки. Во время этого процесса засыпной материал обычно сбрасывается поверх труб, которые в основном не поддерживаются.
Затем засыпку обычно сгребают лопатой и распределяют по месту, чтобы можно было начать уплотнение. Уплотнение засыпки рядом с трубами и над ними может привести к значительным нагрузкам, которым должна противостоять труба. Наконец, даже после того, как труба засыпана, нередки случаи, когда интенсивный строительный транспорт работает над трубами до того, как будет установлено окончательное покрытие или дорожное покрытие. Как правило, нагрузки, которые оказывает строительная техника при строительстве объекта, превышают нагрузки, которые испытывают трубы в течение остального срока их службы.
Сопротивление прогибу при транспортировке и монтаже – это то, где кольцевая жесткость продукта играет наибольшую роль в контроле прогиба трубы. До тех пор, пока труба не поддерживается защитной оболочкой вокруг нее, кольцевая жесткость трубы является основным средством уменьшения прогиба трубы.
Другим существенным фактором кратковременного прогиба гибких труб является уплотнение грунтовой оболочки непосредственно вокруг трубы.
Даже уплотненные материалы для обратной засыпки обычно испытывают некоторое уплотнение в течение первых нескольких недель после строительства. Гибкие трубы просто отражают эту консолидацию посредством прогиба трубы. Другими словами, если грунты, непосредственно прилегающие к гибкой трубе, перемещаются либо за счет упругой деформации массива грунта, либо за счет уплотнения засыпки, то труба отразит это движение, отклонившись на равную величину.
Влияние жесткости трубы на долговременные прогибы
Сопротивление долговременным прогибам гибкой трубы зависит как от жесткости грунтового массива вокруг трубы, так и от кольцевой жесткости самой трубы. Однако вклад в жесткость между двумя элементами, как правило, далеко не одинаков. В конструкции гибких труб жесткость грунтовой насыпи, окружающей трубу, гораздо важнее для контроля долговременных прогибов, чем жесткость самой трубы.
Чтобы проиллюстрировать это, широко распространенной методологией прогнозирования долговременных прогибов труб является формула Айовы.
В основе формулы лежит довольно простой подход, согласно которому прогиб трубы можно оценить с помощью следующего математического подхода:
Модифицированная версия формулы штата Айова была разработана Бюро мелиорации США. Эта модифицированная формула выглядит следующим образом:
Из знаменателя уравнения видно, что жесткость трубы в первую очередь определяется жесткостью стенки трубы (EI). Модуль упругости (Е) зависит от материала, из которого изготовлена труба (ПЭВП, сталь и т. д.). Момент инерции (I) зависит от геометрии стенки трубы. Жесткость грунта в первую очередь контролируется модулем реакции грунта (E’) засыпки, окружающей трубу. Этот модуль описывает, как грунт реагирует на нагрузку. Чем выше значение E’, тем большую поддержку оказывает грунт на трубу, чтобы противостоять прогибу. Репрезентативный диапазон значений E’ для материалов обратной засыпки выглядит следующим образом (рис. 2):
С помощью этой методики можно провести сравнение рассчитанных долговременных прогибов труб для труб с различной жесткостью.
Жесткость большинства гибких дренажных труб составляет от 5 до 75, что обычно зависит от диаметра и материала/конструкции трубы. Сравнение рассчитанных долговременных прогибов труб на основе диапазона значений жесткости труб показано на следующей диаграмме:
Как показано на этой диаграмме (Рисунок 3), жесткость трубы оказывает большее влияние на низкомодульные грунты, чем на относительно высокомодульные грунты. Для материала обратной засыпки с относительно умеренным модулем упругости 2000 фунтов на квадратный дюйм даже 15-кратное увеличение жесткости с 5 до 75 увеличивает долговременный прогиб трубы только примерно на 1%. Для трубы диаметром 36 дюймов это чуть меньше 3/8 дюйма. Даже для очень низкомодульного грунта увеличение жесткости трубы в 3 раза приводит к увеличению прогиба трубы чуть более чем на 1%.
На рис. 3 показано, что жесткость грунта является важнейшим фактором, влияющим на долговременный прогиб трубы. Труба с жесткостью трубы 5 будет работать аналогично трубе с жесткостью трубы 75 в песчаной обратной засыпке, если требования к плотности будут увеличены с 90% до 95%.
При использовании высококачественных наполнителей влияние жесткости трубы практически не имеет значения, поскольку разница в характеристиках у всех труб одинакова.
Жесткость трубы — характеристика, которую следует учитывать при выборе гибкой трубы. Труба должна иметь достаточную жесткость, чтобы выдерживать погрузочно-разгрузочные и строительные нагрузки, которым она будет подвергаться во время установки. При засыпке более низкого качества это может иметь некоторое влияние на долговременные прогибы установки. Однако при использовании качественных тампонажных материалов на уровне уплотнения 90% или выше, даже труба с гораздо более высокой жесткостью не имеет существенной разницы в производительности, когда речь идет о контроле долговременных деформаций.
АВТОР
Даррелл Сандерс, ЧП, главный инженер Contech Engineered Solutions. Даррелл имеет B.S. имеет степень в области гражданского строительства Университета Цинциннати и степень магистра делового администрирования Дейтонского университета, а также имеет лицензию профессионального инженера в нескольких штатах.
