Что крепче уголок или профильная труба

Что прочнее – профильная труба или круглая труба?

Они относятся к наиболее экономичным типам металлопроката и обладают повышенной прочностью на изгибающие нагрузки. Однако перед покупкой изделий у многих людей возникает вопрос: что прочнее – круглая или профильная труба, размеры которых имеют эквивалентные значения?

С точки зрения Сопромата, наиболее выгодными в плане устойчивости к изгибу являются круглые трубы. При минимальном количестве материала они обеспечивают максимальную жесткость конструкции и в то же время легко изгибаются, что позволяет создавать изделия криволинейной формы. Чтобы согнуть профильную трубу, требуется применить больше усилий. К тому же обычно для ее сгибания используется специальное оборудование.

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.

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:

• Круглая труба способна выдерживать более высокое давление, поэтому квадратные изделия используют только в трубопроводных системах со слабой нагрузкой.
• При одинаковом весе профильной трубы и цилиндрической трубы последняя характеризуется лучшей проходимостью, так как обладает большим внутренним объемом.
• Изделия с квадратным или прямоугольным сечением изготавливаются только по сварной технологии и имеют такую уязвимость, как сварной шов. С течением времени он начинает корродировать, что негативно сказывается на жесткости всей конструкции.
• Профиль более сложен в производстве, поэтому обходится дороже аналогичного круглого. В среднем у трубы профильной цена примерно на 30 % выше, чем у цилиндрической.

В то же время квадратные и прямоугольные изделия имеют ряд преимуществ при их использовании в качестве несущего компонента. С их помощью можно свести к минимуму поверхностную площадь всей конструкции, поэтому они более эффективны при сооружении каркасов и соединительных элементов сооружения.

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:

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.

Что прочнее – профильная труба или круглая труба?

Они относятся к наиболее экономичным типам металлопроката и обладают повышенной прочностью на изгибающие нагрузки. Однако перед покупкой изделий у многих людей возникает вопрос: что прочнее – круглая или профильная труба, размеры которых имеют эквивалентные значения?

С точки зрения Сопромата, наиболее выгодными в плане устойчивости к изгибу являются круглые трубы. При минимальном количестве материала они обеспечивают максимальную жесткость конструкции и в то же время легко изгибаются, что позволяет создавать изделия криволинейной формы. Чтобы согнуть профильную трубу, требуется применить больше усилий. К тому же обычно для ее сгибания используется специальное оборудование.

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.

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:

• Круглая труба способна выдерживать более высокое давление, поэтому квадратные изделия используют только в трубопроводных системах со слабой нагрузкой.
• При одинаковом весе профильной трубы и цилиндрической трубы последняя характеризуется лучшей проходимостью, так как обладает большим внутренним объемом.
• Изделия с квадратным или прямоугольным сечением изготавливаются только по сварной технологии и имеют такую уязвимость, как сварной шов. С течением времени он начинает корродировать, что негативно сказывается на жесткости всей конструкции.
• Профиль более сложен в производстве, поэтому обходится дороже аналогичного круглого. В среднем у трубы профильной цена примерно на 30 % выше, чем у цилиндрической.

В то же время квадратные и прямоугольные изделия имеют ряд преимуществ при их использовании в качестве несущего компонента. С их помощью можно свести к минимуму поверхностную площадь всей конструкции, поэтому они более эффективны при сооружении каркасов и соединительных элементов сооружения.