Площадь поперечного сечения квадратной трубы

Труба – это длинное пустотелое промышленное изделие на основе полого профиля постоянного сечения, предназначенная для транспортировки жидкостей или газов.

Сечение трубы – это изображение фигуры, образованной рассечением трубы плоскостью в поперечном направлении.

Формула для расчета площади поперечного сечения трубы:

S = π * (Dн 2 – Dв 2 ) / 4, где

Dн – наружный диаметр трубы;
Dв – внутренний диаметр трубы.

Быстро выполнить эту математическую операцию можно с помощью нашей онлайн программы. Для этого необходимо в соответствующее поле ввести исходное значение и нажать кнопку.

На этой странице представлен самый простой онлайн калькулятор расчета площади поперечного сечения трубы, если известны наружный и внутренний диаметр трубы. С помощью этого калькулятора вы в один клик сможете рассчитать площадь поперечного сечения трубы.

Фасонный прокат широко применяется в машиностроении, изготовлении металлических конструкций, строительстве и водоснабжении. Самый популярный вид конструкционного стального профиля — квадрат. Сортамент стальных квадратных труб очень широк и многообразен. Они гораздо прочнее круглых. Очень важно знать свойства популярного вида стального проката. Кроме того, необходимо научиться правильно вычислять вес мерного отрезка готовой продукции. Обо всём этом можно узнать из данной статьи.

Основные характеристики и назначение квадратного профиля

Трубы квадратного сечения изготавливаются на металлургических заводах. Технология производства — вальцовка выпуклых заготовок (ГОСТ 8639-82). Отличительные особенности:

  • большая прочность;
  • высокая степень устойчивости к изгибным нагрузкам.

Основной материал для изготовления — углеродистые (ГОСТ 9045, 380, 1050) и низколегированные (ГОСТ 19281 – 10ХСНД, 09Г2С; ГОСТ 4543 – 30ХГСА, 10Г2) марки стали. В качестве легирующих добавок применяются различные химические элементы. В стандартах содержатся требования к квадратным готовым изделиям:

  • химический состав;
  • внешний вид;
  • класс точности изготовления;
  • предельные нагрузки.

Условные обозначения размеров

Для квадрата критически важным является соблюдение принципа равномерности при распределении нагрузок по сечению заготовки. Его прочностные характеристики, несмотря на полую внутреннюю структуру, гораздо выше, чем у других видов проката. Квадратный профиль прочнее других, так как у него высокие показатели радиуса инерции по периметру, а также площади поперечного сечения готового изделия.

Формулы расчёта радиуса и момента инерции

Главный физический показатель, отражающий отношение изгибной жёсткости к аналогичному показателю при сжатии, — радиус инерции квадратного профиля. Наиболее экономичны профили с равными друг другу наименьшим/наибольшим радиусами инерции. Равенство центральных моментов инерции — гарантия отличного показателя прочности.

Важной физической характеристикой равностороннего профиля является момент сопротивления. Его правильный расчёт поможет избежать ошибок в процессе монтажа конструкции. Для широкостенных труб моментом инерции является разность между четвёртой степенью длины внешней/внутренней стенок, разделённая на шесть длин внешней стенки. Момент сопротивления тонкостенной трубы – это квадрат внешней длины, умноженный на 4/3 её толщины.

Читайте также:  Тягопрерыватель газового котла аогв

Сортамент выпускаемой продукции

Равносторонний по длине/ширине стальной профиль бывает трёх видов:

1) Холоднодеформированный бесшовный.

Изделия, изготавливаемые таким способом из углеродистой стали, не отличаются высоким качеством. Наиболее привлекательная характеристика таких изделий – низкая себестоимость. Сортамент включает 17 типоразмеров. Размер стороны может колебаться от 10 до 120 мм. Каждый из типоразмеров может иметь различную толщину стенки – от 1 до 8 мм.

Стан для прокатки квадрата

2) Горячедеформированный бесшовный.

Методом температурной деформации получают готовую продукцию типоразмеров от 30 до 160 мм. Кристаллическая структура металла при нагреве не изменяется, а качество намного выше, чем при холодной деформации. Стенки могут иметь толщину от 4 до 14 мм.

Труба профильная равносторонняя с прямым сварным швом, изготавливаемая с применением высокочастотной автоматической электросварки, имеет 15 типоразмеров. Толщина стенки колеблется от 1 до 5 мм. Профиль может иметь сечение сторон от 10 до 100 мм.

Для нужд заказчиков порезка готовых изделий производится на два типа:

  • немерная длина – от 4,0 м до 12,5 м (горячедеформированные бесшовные), от 1,5 м до 9,0 м (холоднодеформированные бесшовные и электросварные);
  • мерная длина – от 4,0 м до 12,5 м (горячедеформированные бесшовные), от 4,5 м до 11,0 м (холоднодеформированные бесшовные), от 5,0 м до 9,0 м (электросварные).

Все вышеуказанные показатели длин мерных/немерных отрезков строго регламентируются требованиями стандарта.

Согласно ГОСТ 19903-2015 готовая продукция равностороннего сечения может иметь следующие предельные величины отклонений:

  • для профиля шириной менее 100 мм — ±1,0, но не менее ±0,5 мм.
  • для профиля шириной более 100 мм — ±0,8 мм.

Также применяются допуски:

  • на радиус внешнего закругления t;
  • на отклонение от прямого угла 90 о .

Сфера применения труб квадратного сечения

Подавляющее большинство стального проката с равными гранями используется в строительстве. Он применяется при возведении каркасных металлических конструкций различного типа:

Благодаря равным сторонам мерные отрезки очень удобно соединяются между собой. При креплении можно использовать муфтовые или болтовые соединения. Кроме того, полый квадрат с равными гранями может применяться в качестве усиленного крепления опалубки для застывания бетонной массы.

Профиль широко применяется для изготовления стеллажей

В промышленности из стального квадрата изготавливают различные рамные конструкции. Например, из отрезки небольшого сечения используются для монтажа каркасов тентованых грузовых автомобилей. С появлением большого количества различных видов фурнитуры квадрат стал широко применяться при изготовлении мебели. Профиль при этом проходит дополнительную обработку:

  • хромирование;
  • цинкование;
  • нанесение полимерного покрытия.

Как рассчитать вес погонного метра трубы из квадратного профиля

Важнейшую роль для соблюдения параметров прочности конструкций играет правильный расчёт веса металлопроката. Он нужен для того, чтобы спланировать расходы. Если прокат реализуется в погонных метрах, то при математических расчётах прочности используется исключительно характеристика веса в килограммах или тоннах. В зависимости от того, каков расчётный вес профиля, можно легко определить наиболее удобный способ его транспортировки.

Читайте также:  Схема подключения электрокотла зота

Существуют три способа расчёта веса металлического профиля:

Все способы расчёта основаны на постоянной величине плотности готовой стали – 7850 кг/м 3 . Табличный расчёт основан на ранее произведённых и включённых в состав ГОСТ расчётах с использованием постоянных величин. На самом деле данные о размерах заготовки, толщине стенок и радиусе кривизны углов могут различаться для каждого отдельно взятого образца. Поэтому данный способ считается теоретическим, и не позволяет получить информацию о точном о весе мерного отрезка.

Типичный внешний вид интерфейса компьютерного металлического калькулятора

Для удобства расчёта веса металлической конструкции применяется онлайн калькулятор. Это специальная программа для осуществления инженерных расчётов. Найти её в Интернете очень просто. Она, как правило, учитывает все нюансы. Для начала работы требуются три основных параметра мерного отрезка готовой продукции:

Программа самостоятельно рассчитывает три показателя:

  • радиус инерции;
  • момент инерции;
  • момент сопротивления.

Задачей расчёта является установление веса отрезка квадрата заданной длины.

Наиболее точным с математической точки зрения является формульный расчёт. Вес 1 метра квадратной трубы составляет:

В данной формуле

m – масса одного метра, кг.

h – толщина стенки профиля, м.

A и B – равные друг другу величины высоты и ширины, м.

q – величина плотности стали, кг/м 3 .

Таблица определения размеров и веса профильной трубы квадратного сечения

Как правило, результат формульного расчёта отличается от данных, которые указываются в таблице. Это объясняется тем, что в формулу не включены радиусы искривления внутри/снаружи мерного отрезка. Стального профиля с идеально прямыми углами не бывает. Более точно учитывают все нюансы формы и размеров при расчёте веса 1 метра таблицы ГОСТ. Очень важно правильно подобрать онлайн калькулятор.

Преимущества и недостатки квадратного стального профиля

Металлическим конструкциям, которые монтируются с применением готовых изделий квадратного сечения из низколегированных сталей, характерны следующие эксплуатационные качества:

  • механическая прочность.
  • долговечность.
  • высокая коррозионная стойкость.
  • небольшая материалоёмкость.
  • удобство обработки и монтажа.

Большой сортамент изделий, изготовленных в соответствии с ГОСТ 8639-82, позволяет выбрать необходимые мерные отрезки для монтажа самых сложных конструкций. Квадрат имеет очень хорошие показатели на противодействие изгибу и скручиванию. Трубы квадратного сечения эксплуатируются в различных условиях.

Недостатком готовой продукции является высокая подверженность коррозии труб, изготовленных из нелегированных марок стали методом холодной деформации. Кислород оказывает негативное влияние на равносторонние стальные трубы. Для противодействия коррозии, их необходимо подвергать дополнительной обработке.

Применение квадратного профиля существенно облегчает производственный процесс. Сборка каркасных конструкций производится гораздо быстрее. Прочность таких соединений находится на очень высоком уровне благодаря прогрессивным методам изготовления и последующей термической и термохимической обработки.

Трубы разного вида и рода настолько привычный элемент нашего быта, что замена их кажется самым простым делом. Нужно всего лишь выбрать материал – полипропилен, сталь, чугун, и подобрать диаметр, соответствующий выбранной сантехнике, например. На деле любой трубопровод – система сложная, и даже при совсем небольших отклонениях функционировать не станет.

Читайте также:  Приклеить полиэтилен к дереву

Геометрические параметры

Изготовители предлагают, конечно, продукцию не произвольных размеров, а вполне типовых – иначе замена поврежденных участков была бы невозможна, а система оказалась не ремонтоспособной. К параметрам, которые необходимо учитывать в расчетах, относятся:

  • внешний диаметр – требуется при вычислении реального объема, который занимает трубопровод и расчета площади поверхности;
  • внутренний диаметр – решающая характеристика, определяющая физическое рабочее сечение или площадь;
  • толщина стенки – при стыковке фрагментов с одинаковой площадью поперечного сечения трубы и из того же материала должна быть одинаковой. При соединении водоводов из разных материалов – нет;
  • живое сечение – площадь окружности, но отличная от физического поперечного сечения трубы, так как учитывает давление воды. Она носит несколько условный характер, но значительно облегчает дело при расчетах пропускной способности всей системы;
  • длина – как величина отрезков, предлагаемых производителем, так и общая протяженность коммуникации.

Часть такого рода данных можно почерпнуть в таблицах сортамента. Но такой вариант возможен лишь в том случае, если продукция выпускается в полном соответствии с ГОСТ. При других обстоятельствах замерять порой приходится самостоятельно и самостоятельно же производить расчет площади сечения трубы.

Зачем нужны расчеты

  • Проходимость трубопровода – основополагающий показатель рабочего состояния системы. Вода – горячая или холодная, перемещается по стальной трубе под давлением или самотеком. Если исходить из чисто геометрических параметров, то при одинаковом поперечном сечении трубы пропускная способность будет одинаковой.

На практике полученная величина будет условной, так как вода под давлением перемещается с куда большей скоростью. Однако при этом оказывает и большее давление на внутреннюю поверхность трубопровода. Поэтому для напорных и безнапорных систем выбираются изделия с одинаковым рабочим объемом, но разной толщиной стенок, а, значит, с разным внешним диаметром.

  • Расчет теплоотдачи – особенно актуален при установке системы теплого пола, например. Здесь потребуется высчитать общую поверхность трубопровода. На фото – система отопления.
  • Теплоизоляция – стальной трубопровод горячего водоснабжения и отопления должен быть изолирован, чтобы тепло не терялось при передаче от котла к радиаторам. Не меньше в теплоизоляции нуждается система холодного водоснабжения – из-за угрозы образования конденсата. Для вычислений поверхности по формуле потребуется величина поперечного сечения трубы.

Расчет площади поперечного сечения трубы

Производятся вычисления с помощью простых школьных формул. Так как речь идет о круглой стальной трубе, то сечение представляет собой окружность. Для расчетов используется величина внутреннего диаметра.

Площадь поперечного сечения трубы находят по следующей формуле:

  • S – искомая величина;
  • π – 3,14. Если требуется более точный расчет, увеличивают число знаков после запятой;
  • D – внутренний диаметр трубопровода.

Если зачнете внутреннего диаметра неизвестно, но есть значение толщины стенки, используется несколько видоизмененная формула:

S= π*(D/2-h)2, где h – толщина стенки.

В параметрах изделия обычно указывается именно внешний диаметр и толщина, так как эти величины считаются определяющими.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *