Маса сталевої труби: як правильно розрахувати

1. Навіщо це потрібно?
2. Розрахунок кількості труб при закупівлі
3. згадуємо геометрію
4. Розрахунок маси квадратної труби
5. Розрахунок маси прямокутної труби
6. користуємося формулами
7. кругла труба
8. квадратна труба
9. прямокутна труба
10. Ліземо в стандарти
11. висновки

У статті ми постараємося розібратися, в яких випадках необхідний розрахунок маси труби і як це робиться.

Ці труби не відміряють рулеткою. їх зважують

Навіщо це потрібно?

розрахунок металоконструкцій

Перш, ніж почати виготовляти будь-яку металоконструкцію - потрібно виконати розрахунок міцності.

• Якщо мова йде про трубопровід - необхідно знати, з якою частотою потрібно ставити опори, щоб труба не провисала.
  Причому маса трубопроводу - це не тільки вага рідини, що транспортується, а й маса сталевих труб, з яких він складається.

Розрахунок міцності металоконструкції повинен враховувати і її власну вагу

• Коли ми говоримо про несучому каркасі офісного будівель, спортивного комплексу або виставкового залу - нам знову-таки необхідний розрахунок ваги конструкції.
  Адже на фундамент і опори будуть тиснути своєю вагою не тільки знаходяться в будівлі люди.
  Фактично, вага сталевого каркаса будівлі з сенвіч-панелей становить більшу частину повної маси будівлі разом з усім вмістом.

Зверніть увагу: в якості основи для перекриттів куди частіше труби (найчастіше квадратної або профільної) застосовується швелер або двотаврова балка. Вони забезпечують більшу міцність при тому ж питомій вазі.

Розрахунок кількості труб при закупівлі

Припустимо, ви склали проект трубопроводу або металоконструкції і розрахували, що вам необхідно закупити 1200 метрів труби з товщиною стінок 4 міліметри і з зовнішнім діаметром 100 міліметрів.

Однак на металобазі вас чекатиме сюрприз: оптові партії труб продаються не метрами, а тоннажем. Раз так, єдиний вихід - перерахувати необхідну вам кількість труб з метрів в тонни.

Це пристрій поштучно зважує труби великого діаметра

згадуємо геометрію

Розрахунок маси круглої труби

1. Розраховуємо довжину окружності труби. Вона дорівнює добутку зовнішнього діаметра труби на число пі.
2. розраховуємо площа поверхні погонного метра труби . Вона дорівнює добутку довжини кола на ... той самий один метр.
3. Розраховуємо обсяг речовини в погонному метрі труби. З достатньою точністю його можна вважати рівним добутку площі на товщину стінки.
4. Розраховуємо масу погонного метра труби. Сталь має щільність 7850 кг / м3. Маса погонного метра буде дорівнює добутку цього числа на розрахований нами обсяг речовини труби.
5. Множимо отриману масу погонного метра на довжину трубопроводу. У метрах, зрозуміло. Святкуємо перемогу.

Давайте як приклад розрахуємо масу тих самих тисячі двохсот метрів труби діаметром 100 мм і зі стінками товщиною 4 мм.

1. 0,1 * 3,14159265 = 0,314159265 м.
2. 0,314159265 * 1 = 0,314159265 м2. Чесно кажучи, цю операцію можна було і пропустити 🙂
3. 0,314159265 * 0,004 = 0,00125663706 м3.
4. 0,00125663706 * 7850 = 9,864600921 кг.
5. 9,864600921 * 1200 = 11837,5211052 кг.

Разом з урахуванням похибок, відходів при обрізку і інших недоречностей нам є сенс закупити 12 тонн заповітної труби.

Підкажемо: чим товще стінки труби і чим менше її діаметр, тим більшу похибка дає ця формула

Розрахунок маси квадратної труби

Тут алгоритм розрахунку трохи відрізняється.

Але саме трохи.

1. Розраховуємо довжину периметра перетину труби. Вона дорівнює добутку розміру стінки квадратної труби на чотири.
2. Розраховуємо площу погонного метра труби. Як неважко здогадатися, отримане на попередньому етапі число множиться на один метр; в результаті виходить воно ж, але вже не в погонних, а в квадратних метрах.
3. Розраховуємо обсяг речовини труби в погонному метрі, знову-таки множачи площа поверхні погонного метра труби на товщину стінки.
4. Множимо цей обсяг на щільність сталі (7850кг / м3, пам'ятаєте?).
5. Розраховуємо вага необхідної нам труби, множачи масу одного погонного метра на метраж.

Порахуємо масу тих же самих 1200 метрів труби з тієї ж товщиною стінок в 4 мм і розміром стінки 100 мм.

Заодно ми зрозуміємо, як співвідноситься маса круглої і квадратної труби при таких близьких розмірах.

1. 0,1 * 4 = 0,4 м.
2. 0,4 * 1 = 0,4м2.
3. 0,4 * 0,004 = 0,0016 м3.
4. 0,0016 * 7850 = 12,56 кг.
5. 12,56 * 1200 = 15072 кг, або трохи більше п'ятнадцяти тонн.

Зрозуміло, ніхто не заважає просто вимірювати довжину труби і їх кількість в пакеті і попросити занурити певну кількість упаковок. Але їх все одно зважать

Розрахунок маси прямокутної труби

І тут різниця невелика:

1. Периметр перетину труби розраховується як подвоєна сума її сторін;
2. Площа поверхні погонного метра так само виходить множенням периметра труби на одиницю;
3. Обсяг речовини в погонному метрі труби як і раніше дорівнює добутку площі його поверхні на товщину стінки (приблизно, зрозуміло);
4. Масу погонного метра отримуємо множенням обсягу з попереднього пункту на 7850;
5. Результат в кілограмах необхідно помножити на протяжність трубопроводу, щоб отримати сумарна вага труби.

Гуляти так гуляти: давайте розрахуємо, якою буде маса труби сталевий прямокутної довжиною 18 кілометрів, розмірами 180х145 міліметрів і з двадцатімілліметровимі стінками.

Такий монстр реально виробляється і використовується в якості несучого елемента там, де потрібні висока міцність на вигин.

1. (0,180 + 0,145) * 2 = 0,65 м.
2. 0,65 * 1 = 0,65 м2.
3. 0,65 * 0,02 = 0,013 м3.
4. 0,013 * 7850 = 102,05 кг. Однак, метр такої труби зможе відірвати від підлоги не всякий.
5. 102,05 * 18000 = 1836900 кг, або 1836,9 тонни труби.

Профільні труби великих розмірів часто використовуються в складних несучих конструкціях. Тут неточності розрахунків можуть бути фатальними. На щастя, запасу міцності не скасовували

профільні труби великих розмірів часто використовуються в складних несучих конструкціях. Тут неточності розрахунків можуть бути фатальними. На щастя, запасу міцності не скасовували.

користуємося формулами

Зрозуміло, це не єдиний спосіб розрахунку. У металургів існують спеціальні формули, що дозволяють з мінімальними витратами часу розрахувати, яка маса труб сталевих з заданими розмірами.

Зверніть увагу: наш геометричний спосіб кілька громіздкий, проте він значно більш універсальний, ніж спеціалізовані формули.

Підставте замість щільності стали щільність, скажімо, поліетилену або алюмінію - і ви будете мати можливість розрахувати масу труб з цих матеріалів.

кругла труба

Формула в її випадку має вигляд:

(Д - Т) * Т * 0,025

Де Д - зовнішній діаметр в міліметрах (зверніть увагу, в міліметрах!), А Т - товщина стінки.

Схоже, у нас є прекрасна можливість порівняти різні методи розрахунку. Візьмемо круглу трубу з нашого попереднього прикладу:

1200 * (100-4) * 4 * 0,025 = 11520 кг. Різниця з першим методом, як бачите, є, але вельми невелика (зрозуміло, в процентному відношенні до загальної маси).

Чуть-чуть різні результати

квадратна труба

для квадратної труби маса погонного метра в кілограмах розраховується за іншою формулою:

(Ш - Т) * Т * 0,0316

Т - як і раніше товщина стінки квадратної труби, а Ш - ширина її боку. Обидва значення в міліметрах.

І знову порахуємо вагу метра труби з нашого попереднього прикладу, щоб порівняти результати двох формул:

1200 * (100-4) * 4 * 0,0316 = 14561,28.

Різниця з попереднім методом обчислень знову є і знову невелика.

Однак вже трохи більше

прямокутна труба

Для прямокутних труб теж своя формула:

(Ш1 + Ш2 - 2Т) * Т * 0,0158,

Де Ш1 і Ш2 - сторони труби, а Т - товщина її стінки.

Візьмемо нашу трубу 180 * 145 * 20 мм довжиною 18 кілометрів:

18000 * (180 + 145-2 * 20) * 20 * 0,0158 = 1621080 кг або 1621,08 тонни.

Минулого разу у нас вийшло 1836,9 тонни. Різниця стає досить вагомою, щоб замислитися над питанням: яка формула бреше?

Щось не сходиться

Ліземо в стандарти

Зізнатися, є спосіб уникнути скільки-небудь складних розрахунків в принципі. Справа в тому, що маса погонного метра труби прописана в таблиці сортаменту, яка, в свою чергу, є частиною стандарту на кожен з видів труб.

Так, сталеві прямокутні труби виробляються за ГОСТ 8645-68. Заповітна труба розмірами 180х145х20 міліметрів знаходиться в самому кінці таблиці (вона в додатку до статті), в розділі «спеціальні розміри». І що ми там бачимо?

Погонний метр труби важить 84,1 кг. Відповідно, 18 кілометрів труби матимуть масу 18000 * 84,1 = 1513800 кг, або 1513,8 тонни.

У наявності розбіжність з обома результатами. Рвемо волосся на організмі і б'ємося головою об стіну в розпачі.

Він теж вважав масу труби різними способами

висновки

Їх, власне, кілька.

• Різні методики розрахунку дають досить помітний розкид результатів. Якщо при розрахунку міцності металоконструкцій запас міцності в будь-якому випадку покриє з надлишком відхилення від розрахункового ваги, то при закупівлі великої кількості труб реальні шанси помилитися в більшу або меншу сторону, що призведе до повторної закупівлі або перевитрати бюджету;
• При закупівлі труб розумніше спиратися на цифри з ГОСТ. Виключно тому, що в спірній ситуації ваша позиція буде більш аргументованою: якщо згідно ГОСТ в тонні труби повинно бути 100 метрів, а там виявилося 110 - значить, виробник труби заради економії відступив від стандартів.
• Якщо докупити трубу не буде великою проблемою - краще орієнтуватися на мінімальне з розрахованих значень. Просто з міркувань економії.

Успіхів!

додаток