Les tubes profilés sont un matériau de construction de plus en plus prisé. Ils servent à la réalisation d'éléments structuraux tels que les planchers, les charpentes porteuses et les poutres. Leur utilisation répandue s'explique principalement par la facilité de mise en œuvre, d'utilisation et d'entretien de ces structures, ainsi que par la légèreté des produits.
Il est toutefois important de rappeler que le profilé du tube doit présenter une résistance à la flexion accrue, et la manière de la calculer sera abordée plus loin dans cet article.
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Caractéristiques et propriétés des produits de profilage
Les tubes profilés sont des tubes dont la section transversale n'est pas circulaire. Les plus courants sont les tubes rectangulaires et carrés. Comme mentionné précédemment, la popularité de ce type de tube tient à l'un de ses principaux atouts : sa légèreté.
De plus, leur forme unique simplifie considérablement la fixation entre les éléments et sur d'autres surfaces. Ce type de produit de construction, conforme aux normes GOST, est fabriqué à partir d'une large gamme de métaux et d'alliages. Cependant, les plus couramment utilisés sont les tubes profilés en acier au carbone et en acier faiblement allié.
Chaque métal possède une propriété naturelle importante : son point de résistance. Celui-ci peut être minimal ou maximal. Ce dernier, par exemple, est à l’origine de la déformation des structures érigées, entraînant leur flexion et, par conséquent, leur rupture.
Lors du pliage, il est important d'évaluer des caractéristiques telles que la taille, la section transversale, le type de produit, sa densité, ainsi que la rigidité et la flexibilité du matériau. La connaissance de toutes ces propriétés générales du métal nous aide à comprendre comment la structure se comportera en service.
Il est important de se rappeler que lorsqu'on plie un produit, les parties internes de sa structure se compriment, leur densité augmente et leur taille diminue. La couche externe, par conséquent, s'allonge, devient moins dense, mais plus extensible.
De plus, les parties centrales conservent leurs caractéristiques d'origine même après la fin du processus. Par conséquent, il faut toujours garder à l'esprit que dans Lors du processus de pliage, des tensions apparaîtront inévitablement, même dans les zones les plus éloignées possible de la zone neutre.La pression maximale se situera dans les couches très proches de cet axe neutre.
Rayons de courbure admissibles en fonction de la résistance du matériau
Les normes GOST réglementent en détail les propriétés et caractéristiques des éléments, ainsi que leurs procédés de transformation. Elles définissent notamment le rayon de courbure minimal des tubes profilés, en fonction des conditions de cintrage. Lors d'un cintrage avec du sable à l'intérieur du tube ou par chauffage, le diamètre extérieur doit être d'au moins 3,5 DN.
Si le maître a la capacité d'appliquer équipement spécialisé (par exemple, une cintreuse de tubes), ce qui permet d'effectuer les opérations nécessaires sans chauffage ni autres actions supplémentaires, alors dans ce cas le diamètre doit être d'au moins 4DN.
Si vous souhaitez réaliser un coude assez prononcé, par exemple pour créer une dérivation d'égout ou une canalisation courbée, le diamètre doit être d'au moins 1DN, car le cintrage sera effectué par d'autres méthodes, principalement à l'aide de hautes températures.
Bien entendu, les valeurs stipulées par les normes d'État peuvent être légèrement réduites, mais dans ce cas, la résistance à la flexion du tuyau doit être calculée avec une grande précision. Si la méthode de cintrage autorise une réduction de l'épaisseur de paroi de 15 % par rapport à l'épaisseur initiale, des écarts par rapport à la norme GOST sont possibles, et le cintrage lui-même peut être effectué en deçà des valeurs spécifiées, ce qui n'affectera pas significativement la résistance finale.
Formules et tableaux utilisés
Pour calculer avec précision la flèche d'un tuyau sans complications imprévues, il faut déterminer sa longueur. Cette valeur se calcule à l'aide d'une formule simple :
L = 0,0175 × r × α + I
Dans cette expression, les principaux indicateurs sont représentés par les expressions alphabétiques suivantes :
- r – rayon de courbure du tube profilé (mm) ;
- α correspond à l'angle que vous souhaitez finalement obtenir ;
- I – distance de 100/300 utilisée lors de l'utilisation d'équipements spéciaux pour maintenir la pièce à usiner.
Lors du calcul de la déformation d'un tuyau, une étape importante consiste à calculer l'élément de flexion.
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Pour établir un devis, il faut estimer la longueur de la section à cintrer. La formule est extrêmement simple et se présente comme suit :
U = π × α / 180 (r + DH / 2)
Les éléments inclus dans la formule peuvent être représentés comme suit :
- Dans ce cas, π est considéré comme égal à 3,14 ;
- α – représente l’angle de flexion, exprimé en degrés ;
- r – rayon de courbure (mm) ;
- DH – diamètre extérieur.
Pour la commodité du maître d'œuvre et pour une sécurité maximale pendant le travail, ainsi que lors de l'exploitation des structures érigées en cuivre et en laiton, les normes GOST contiennent les valeurs minimales pour les principales caractéristiques utilisées pour calculer la résistance à la flexion d'un tube profilé.
Pour votre commodité, les principales caractéristiques nécessaires à la détermination de la résistance à la flexion d'un tube profilé sont présentées dans le tableau.
Tableau 1.
Alors que le tableau précédent contenait principalement des valeurs fixes pour les éléments en cuivre et en laiton, le tableau suivant présente les données relatives aux éléments en acier. Ce tableau permet d'estimer la charge de flexion d'un tube profilé (GOST n° 3262/75).
Tableau 2.
Comme indiqué précédemment, l'épaisseur de paroi joue un rôle essentiel dans le calcul de la résistance à la flexion d'un tube carré (ainsi que d'un tube rond). Par conséquent, le tableau suivant permet de prendre en compte à la fois l'épaisseur de paroi et le diamètre dans les calculs.
Tableau 3.
Technologie de pliage
Comme cela a déjà été justement souligné, toute déformation d'une structure métallique engendre des contraintes supplémentaires sur ses parois. Sur la couche interne, cela est dû à une augmentation de la densité du métal par compression, tandis que sur la couche externe, c'est l'inverse : une tension diminue la densité du métal.
Lors du cintrage, la forme de la section transversale se modifie comme prévu. Ceci s'applique aux tubes ronds, rectangulaires et carrés. Pour les deux derniers, ces modifications sont peu marquées, contrairement aux tubes ronds.
C’est ainsi que le profil de l’anneau devient ovale. Il est à noter que le changement de forme le plus important s’observe directement au niveau du pli, et que plus on s’en éloigne, plus la section transversale reste proche de sa forme initiale.
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Il est toutefois important d'évaluer précisément la force de l'impact et le degré de déformation du tuyau afin d'éviter les fractures et les déformations inutiles. Pour une pièce d'un diamètre maximal de 20 mm, le degré de déformation ovale ne doit pas dépasser 15 %.
À mesure que le profil augmente, la valeur diminue encore, pour n'atteindre que 12,5 %. Un autre facteur important est la présence de plis (les produits à parois minces y sont particulièrement sensibles). Ce facteur est crucial si la structure cintrée sert de canalisation.
Les plis ainsi formés réduisent le débit, augmentent la résistance à l'écoulement du fluide et favorisent le colmatage. Par conséquent, lorsqu'on utilise un tuyau flexible à ces fins, il convient de choisir avec soin l'épaisseur de sa paroi.
Quelle charge s'exerce sur les tubes profilés ?
Le calcul de la résistance à la flexion d'un tuyau se résume à déterminer la contrainte maximale en un point donné de sa structure. Il est essentiel de connaître le matériau qui compose le profilé, car chaque matériau possède sa propre limite de résistance.
Pour effectuer le calcul correctement, il faut utiliser la formule appropriée. Dans ce cas, la loi de Hooke s'applique ; elle stipule que la force élastique est directement proportionnelle à la déformation. L'expression du calcul est la suivante :
TENSION = M / W , où :
- M est la valeur du degré de flexion le long de l'axe selon lequel la force agit ;
- W est la valeur de la résistance à la flexion prise le long du même axe.
Comment puis-je vérifier l'exactitude de mes calculs ?
Comme mentionné précédemment, chaque métal ou alliage possède ses propres valeurs de contrainte normale. La détermination de ces valeurs est l'une des principales tâches à accomplir lors de la construction d'une structure à l'aide de profilés.
Pour garantir l'exactitude des résultats, il est nécessaire de connaître plusieurs règles importantes et, bien sûr, de les respecter.
- Effectuez tous les calculs avec précision, soin et sans précipitation. À chaque étape, suivez les formules appropriées, sans chercher à modifier les valeurs selon vos besoins.
- Après avoir calculé la résistance à la flexion d'un tube profilé, il convient de veiller à ce que les valeurs obtenues ne dépassent pas les valeurs maximales établies.
- Tenez compte du matériau dont est fait le profilé, de l'épaisseur des parois, afin d'éviter sa destruction ou sa déformation, ce qui entraverait le fonctionnement de la structure à l'avenir.
- Avant d'effectuer les calculs, il est nécessaire de réaliser un schéma de l'élément à réaliser. Ce dessin technique permettra des calculs plus précis, évitant ainsi les erreurs liées à une mauvaise interprétation de la forme de la structure.
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En respectant scrupuleusement toutes les règles et consignes de sécurité, même un non-professionnel peut avoir la certitude que tous les calculs de résistance au cintrage des tubes seront précis et que le résultat sera concluant. La vérification constante des calculs et le suivi de chaque étape des travaux sont essentiels à la réussite de l'opération.
