Что прочнее – профильная или круглая труба
Сравнение показателей прочности круглых и квадратных труб
Металлические столбы и прожилины простоят минимум 50 лет в то время, как деревянный каркас забора за этот период вам придется заменить 3-4 раза со всеми вытекающими расходами. С точки зрения науки, изучающей сопротивление материалов (сопромат), наиболее выгодным является круглое сечение трубы. При минимуме материала оно обеспечивает максимальную жесткость. Если учесть удобства монтажа, то круглые трубы уступают профильным.
Сразу ответить на вопрос «какая труба прочнее круглая или профильная?» невозможно в виду очень разных условий использования такой продукции. Как физический параметр, прочность определяется как способность конструкционного материала, в нашем случае круглой и профильной трубы, сопротивляться разрушению и деформации из-за напряжений, возникающих под воздействием внешних сил. В зависимости от условий эксплуатации это могут напряжения:
Если рассматривать равнозначные материалы квадратной и круглой формы, то при равной массе на каждый погонный метр параметры их прочности имеют сравнимые значения. Что касается радиуса инерции, то в цилиндрических изделиях он значительно превышает аналогичный показатель квадратных труб. Среди других различий стоит отметить:
Профильные трубы, применяемые в качестве конструкционных деталей и строительных элементов, производятся в виде полых стержней, обладающих квадратным или прямоугольным сечением. Профильная труба по своим качествам аналогична металлическому брусу, но благодаря меньшему весу и четырем ребрам жесткости находит боле широкое применение. При изгибе основная нагрузка воздействует на крайние участки изделия, а сердцевина бруса не подвергается значительным деформациям, поэтому прочность профильной трубы на изгиб не отличается от показателей сплошного изделия аналогичного сечения.
Большинство профильных труб имеют исключительно производственное и специализированное предназначение. По этой причине в данной статье будем сравнивать круглую и профильную трубу с квадратным и прямоугольным поперечным сечением, так как именно они находят массовое применение в быту, строительстве и промышленности. Для объективности сравнения будем исходить из того, что трубные профили выполнены из углеродистой стали Ст3пс или ее европейского аналога S235JR, имеют продольный сварной шов и постоянную толщину стенки. Это позволит исключить дополнительные отличия, обусловленные свойствами материала, особенностями формы и методом производства.
Теперь представьте стальную профильную трубу. Углы и грани придают конструкции жёсткость, превращая её в неприступную цитадель, особенно когда речь идёт о боковых нагрузках. Профильная труба — это мастер устойчивости к изгибам и деформациям, её плоские стороны и углы — это те элементы, которые обеспечивают прочность каркаса вашего проекта. Она легко соединяется, экономит материал и выдерживает любые испытания, становится вашим надёжным союзником в строительстве.
Профильная труба: непоколебимая устойчивость
Прямоугольные стойки и прогоны удобнее резать и стыковать с помощью сварки. Плоская поверхность контакта позволяет плотнее и жестче фиксировать все элементы забора, чем круглая. Как мы уже говорили, круглая труба при одинаковом весе прочнее профильной на изгиб. Поэтому, решив купить для забора стойки круглого сечения, вы сэкономите за счет уменьшения веса металла. Кроме этого, в мягкий грунт круглую трубу удобнее ставить методом вкручивания с помощью ворота.
Таким образом, в плане механической и конструктивной прочности на уровне обывателя вряд ли можно говорить о том, что круглая труба более прочная, чем профильная, и наоборот. В каждом конкретном случае необходимо выполнять расчеты с учетом формы и площади сечения, а также толщины стенки трубы, реальных и вероятных нагрузок. Зато по отношению к продольному кручению более стойкой будет круглая труба, а менее стойкой – прямоугольная.
Нужно отметить, что оба вида продукции могут производиться из одинаковых марок стали (обычно – AISI 304 или AISI 316), однако прочность профильных труб во многом зависит от их типа сечения. В частности, прямоугольные более прочны на изгиб вдоль своей широкой грани, а квадратные обладают равнозначным сопротивлением по любой из своих сторон.
Профильные трубы имеют ряд преимуществ перед круглыми при эксплуатации в качестве несущего элемента конструкций. Применение квадратных труб позволяет уменьшить площадь поверхности конструкции и снизить вес изделия, что обеспечивает их эффективное использование в составе соединительных и каркасных частей строений и дает возможность создавать более сложные инженерные конструкции с минимальными затратами материала.
Круглая труба имеет одинаковую толщину стенки по всему периметру. При этом по внутреннему и наружному диаметру ее стенка равноудалена от центра тяжести. Благодаря этому распределение веса и сил в теле круглой трубы происходит равномерно. Такая способность обуславливает ее высокую жесткость к кручению и сжатию и делает идеальным профилем для колонн и сжатых стержней металлоконструкций, строений и механизмов.
Стальная круглая труба — это воплощение симметрии и равновесия. Её идеальная форма равномерно распределяет нагрузку по всей поверхности, как шар выдерживает давление с любой стороны. Когда нужно бороться с силами сжатия и растяжения, круглая труба выходит на арену, не зная поражений. Её устойчивость к внешним воздействиям и деформациям делает её незаменимой в проектах, где на карту поставлены стабильность и долговечность. Ваша стальная крепость будет стоять веками, если выберете круглую трубу.
Профильная труба (в европейском стандарте EN 10219 и его гармонизированном украинском аналоге ДСТУ EN 10219 такие изделия называют сварными полыми профилями) более фактурная, но менее стойкая к гидроударам. Но ее и не используют для создания трубопроводов и не нарезают на ней резьбу. За счет наличия продольных ребер жесткости труба некруглого сечения:
У круглой трубы жесткость при кручении в десятки раз выше чем у любого открытого профиля: тавра, двутавра, швеллера. В фермах ее применение обеспечивает экономию металла до 30%. Она обеспечивает равномерное распределение внутренних напряжений и с точки зрения гидродинамики является безупречным профилем для транспортировки жидких и газообразных сред. По сравнению с профильной трубой, круглая труба:
Круглая труба: сила в идеальной форме
В различных проектах часто становится непростым выбор между круглой и профильной трубой. Вопрос не из лёгких, ведь от правильного выбора зависит устойчивость всей конструкции. Предлагаем рассмотреть, какие особенности имеют та и другая разновидность труб, чтобы разобраться, какая из них обеспечит надежность и прочность в различных условиях эксплуатации.
При равных показателях площади сечения, диаметров и толщины стенок для изгиба квадратной трубы требуется приложить большее усилие. При условии равнопрочности материалов и равной удельной тяжести изделий на погонный метр показатели прочности на изгиб сечения квадратных и круглых труб имеют сравнимые значения, при этом радиус инерции круглого сечения превышает данный показатель для квадратного сечения.
Определение показателя прочности на изгиб выполняется с учетом поперечного момента инерции. За счет равномерности распределения металла по периметру профиля квадратные трубы характеризуются высокими показателями радиусов инерции по отношению к их площади поперечного сечения, что обеспечивает эффективность их использования для изготовления сжато-изогнутых и сжатых стержней.
Металлические трубы сочетают в себе прочность, стойкость к продольному сжатию и конструктивную эффективность. Их можно применять для транспортировки жидких, сыпучих и газообразных материалов и веществ, а также использовать в качестве несущих стержней и конструктивных элементов различных металлоконструкций, сооружений, механизмов и агрегатов. Все вышеперечисленное обуславливает потребность в трубах разного сечения. И если еще 100 лет назад в основном использовалась лишь круглая труба, то сегодня промышленность выпускает колоссальное количество сварных профилей различных форм и размеров.
Профильная и круглая труба, выполненные из одной и той же марки углеродистой стали, в одинаковой степени склонны к атмосферной, химической и электрохимической коррозии. Поэтому при использовании в условиях повышенной агрессивности окружающей среды такие изделия требуют применения различных видов покрытий и технологий защиты. Они хорошо окрашиваются, режутся и свариваются (у труб, выполненных из одной и той же марки стали, свариваемость будет одинаковой).
При профилировании трубных профилей ориентировочно 50 процентов периметра идет на вытяжку и 50 процентов – на утолщение угловой зоны. За счет радиусного закругления по внешней и внутренней стороне в углах по сравнению с серединой граней происходит утолщение металла. Таким образом, квадратные и прямоугольные трубы имеют четыре ребра жесткости с повышенной толщиной металла. Они делают профиль более стойким к сжимающим нагрузкам, но одновременно аккумулируют в себе повышенные напряжения. Плоские грани при этом менее прочные и более подвержены деформации.
