I tubi profilati stanno diventando un materiale da costruzione sempre più diffuso. Vengono utilizzati per realizzare elementi strutturali come solai, telai portanti e travi. Questa ampia diffusione è dovuta principalmente alla facilità di costruzione, utilizzo e manutenzione delle strutture, nonché alla leggerezza dei prodotti stessi.
Tuttavia, è importante ricordare che il tubo profilato deve avere una maggiore resistenza alla flessione, e il modo in cui calcolarla verrà discusso più avanti nell'articolo.
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Caratteristiche e proprietà dei prodotti di profilo
I tubi profilati sono tubi con una sezione trasversale diversa da quella circolare. Le forme più comuni sono rettangolare e quadrata. Come accennato in precedenza, la particolare popolarità di questa tipologia è dovuta a uno dei suoi principali vantaggi: la leggerezza.
Inoltre, la loro forma particolare semplifica notevolmente il fissaggio sia tra di loro che ad altre superfici. Questo tipo di prodotto edile, secondo le norme GOST, è realizzato con una vasta gamma di metalli e leghe. Tuttavia, i più comunemente utilizzati sono i tubi profilati in acciaio al carbonio e a bassa lega.
Ogni metallo possiede un'importante proprietà naturale: il suo punto di resistenza. Questo può essere minimo o massimo. Quest'ultimo, ad esempio, è la causa della deformazione nelle strutture erette, che porta a flessioni e, di conseguenza, alla frattura.
Durante la piegatura, è importante valutare caratteristiche quali le dimensioni, la sezione trasversale, il tipo di prodotto, la sua densità, nonché la rigidità e la flessibilità del materiale. Conoscere tutte queste proprietà generali del metallo ci aiuta a capire come si comporterà la struttura durante l'utilizzo.
È importante ricordare che quando si piega un prodotto, le parti interne della struttura vengono compresse, la loro densità aumenta e le loro dimensioni diminuiscono. Lo strato esterno, di conseguenza, diventa più lungo, meno denso, ma più estensibile.
Inoltre, le sezioni centrali mantengono le loro caratteristiche originali anche dopo il completamento del processo. Pertanto, bisogna sempre ricordare che in Durante il processo di piegatura, si genererà inevitabilmente tensione anche nelle zone più distanti dalla zona neutra.La pressione massima si concentrerà negli strati più vicini a questo asse neutro.
Raggi di curvatura ammissibili in base alla resistenza del materiale
Le norme GOST regolamentano in modo molto dettagliato sia le proprietà e le caratteristiche degli elementi, sia le relative procedure di trasformazione. Ciò include il raggio di curvatura minimo di un tubo profilato, determinato in base alle condizioni di curvatura. In caso di curvatura con riempimento di sabbia o mediante riscaldamento, il diametro esterno deve essere almeno di 3,5 DN.
Se il maestro ha la capacità di applicare attrezzature specializzate (ad esempio, una piegatubi), che consente di eseguire le operazioni necessarie senza riscaldamento o altre azioni aggiuntive, in questo caso il diametro dovrebbe essere almeno 4DN.
Se si desidera realizzare una curva piuttosto ripida, ad esempio per creare una diramazione o una condotta fognaria curva, in questo caso il diametro dovrebbe essere almeno 1DN, poiché la curvatura verrà effettuata con altri metodi, principalmente mediante l'utilizzo di alte temperature.
Naturalmente, i valori prescritti dalle norme statali possono essere leggermente ridotti, ma in questo caso la resistenza alla flessione del tubo deve essere calcolata con molta attenzione. Se il metodo di piegatura consente una certa riduzione dello spessore della parete del 15% rispetto all'originale, sono possibili delle deviazioni dalla norma GOST e la piegatura stessa può essere eseguita al di sotto dei valori specificati, il che non influirà in modo significativo sulla resistenza successiva.
Formule e tabelle utilizzate
Per calcolare con successo la flessione di un tubo senza complicazioni impreviste, è necessario determinarne la lunghezza. Questo valore si calcola utilizzando una semplice formula:
L = 0,0175 × r × α + I
In questa espressione, gli indicatori principali sono rappresentati dalle seguenti lettere:
- r – raggio di curvatura del tubo profilato (mm);
- α - corrisponde all'angolo che si desidera ottenere in definitiva;
- I – distanza di 100/300 utilizzata quando si lavora con attrezzature speciali per il fissaggio del pezzo.
Nel calcolo della flessione di un tubo, una fase importante del lavoro è il calcolo dell'elemento di flessione.
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Quando si effettua un preventivo, è necessario stimare la dimensione della sezione da piegare. La formula per farlo è estremamente semplice e si presenta così:
U = π × α / 180 (r + DH / 2)
Gli elementi inclusi nella formula possono essere rappresentati come segue:
- In questo caso π viene considerato uguale a 3,14;
- α – rappresenta l'angolo di flessione, espresso in gradi;
- r – raggio di curvatura (mm);
- DH – diametro esterno.
Per la comodità del professionista e per la massima sicurezza durante il lavoro, nonché durante l'esercizio delle strutture erette in rame e ottone, le norme GOST contengono i valori minimi per le principali caratteristiche utilizzate per calcolare la resistenza alla flessione di un tubo profilato.
Per vostra comodità, nella tabella sono riportate le principali caratteristiche necessarie per determinare la resistenza alla flessione di un tubo profilato.
Tabella 1.
Mentre la tabella precedente conteneva principalmente valori fissi per elementi in rame e ottone, la prossima tratterà i dati relativi agli elementi in acciaio. Questa tabella consente di stimare il carico di flessione di un tubo profilato (GOST n. 3262/75).
Tabella 2.
Come accennato in precedenza, lo spessore della parete gioca un ruolo chiave nel calcolo della resistenza alla flessione di un tubo quadrato (così come di un tubo tondo). Pertanto, la tabella seguente consente di considerare sia lo spessore della parete che il diametro nei calcoli.
Tabella 3.
Tecnologia del processo di piegatura
Come già giustamente osservato, qualsiasi deformazione di una struttura metallica provoca sollecitazioni aggiuntive sulle pareti della struttura stessa. Nello strato interno, ciò è dovuto a un aumento della densità del metallo per compressione, mentre nello strato esterno si verifica il contrario: tensione, che riduce la densità del metallo.
Durante la piegatura, la forma della sezione trasversale cambia come previsto. Ciò vale per tubi di forma rotonda, rettangolare e quadrata. Per questi ultimi due, tali cambiamenti non sono molto pronunciati, a differenza di quanto accade per i tubi rotondi.
È così che il profilo dell'anello assume una forma ovale. È interessante notare che il cambiamento di forma più significativo si osserva proprio in corrispondenza della curvatura, mentre più ci si allontana da essa, più la sezione trasversale manterrà la sua forma originale.
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Tuttavia, è importante valutare con precisione la forza d'impatto e il grado di deformazione del tubo per evitare fratture e distorsioni inutili. Per un componente con un diametro fino a 20 mm, il grado di deformazione ovale non deve superare il 15%.
Man mano che il profilo aumenta, il valore diminuisce ulteriormente, raggiungendo solo il 12,5%. Un altro fattore importante è la presenza di pieghe (i prodotti a parete sottile sono particolarmente soggetti a questo). Questo fattore è particolarmente importante se la struttura curva deve fungere da conduttura.
Le pieghe che si formano riducono il flusso, aumentano la resistenza al passaggio del fluido e favoriscono l'intasamento. Pertanto, quando si utilizza un tubo flessibile per questi scopi, è necessario valutare attentamente lo spessore della parete.
Quali carichi agiscono sui tubi profilati?
Il calcolo della resistenza alla flessione di un tubo si riduce semplicemente alla determinazione della sollecitazione massima in un dato punto della struttura. È importante comprendere il materiale di cui è composto il profilo, poiché ogni materiale ha una propria classificazione di resistenza.
Per calcolare correttamente, è necessario utilizzare la formula corretta. In questo caso, si applica la legge di Hooke, che afferma che la forza elastica è direttamente proporzionale alla deformazione. L'espressione di calcolo è la seguente:
TENSIONE = M / W , dove:
- M è il valore del grado di flessione lungo l'asse lungo il quale agisce la forza;
- W è il valore della resistenza alla flessione misurato lungo lo stesso asse.
Come posso verificare se i miei calcoli sono corretti?
Come accennato in precedenza, ogni metallo o lega ha i propri valori di sollecitazione normale. Determinare questi valori è uno dei compiti principali da affrontare quando si decide di costruire una struttura utilizzando profilati.
Per essere certi della correttezza dei risultati, è necessario conoscere alcune regole importanti e, naturalmente, rispettarle.
- Eseguite tutti i calcoli con precisione, attenzione e senza fretta. In ogni fase, seguite le formule appropriate, senza cercare di adattare i valori alle vostre esigenze.
- Dopo aver calcolato la resistenza alla flessione di un tubo profilato, occorre assicurarsi che i valori ottenuti non superino i valori massimi stabiliti.
- Bisogna tenere conto del materiale di cui è composto il profilo e dello spessore delle pareti, al fine di prevenire la sua distruzione o deformazione, che potrebbero compromettere il funzionamento della struttura in futuro.
- Prima di eseguire i calcoli, è necessario disegnare uno schema dell'elemento futuro. Questo disegno tecnico consentirà calcoli più precisi, prevenendo errori dovuti a un'errata interpretazione della forma della struttura.
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Seguendo tutte le norme e le precauzioni di sicurezza necessarie, anche un non professionista può essere certo che tutti i calcoli relativi alla resistenza alla flessione dei tubi saranno accurati e che il risultato sarà positivo. Verificare costantemente i calcoli e monitorare ogni fase del lavoro è fondamentale per un esito positivo.
