Разница в поведении гнутых и прокатных профилей при статических нагрузках

04.05.2025

При выборе элементов для несущих конструкций важно учитывать не только размеры сечений, но и способ их изготовления. Профили, полученные методом гибки, имеют иной характер распределения остаточных напряжений по сравнению с цельнопрокатными элементами. В гнутом исполнении металл подвергается локальным деформациям в местах изгиба, что влияет на общую геометрию и устойчивость.

Так, при холодной гибке угол между стенкой и полкой редко остается строго прямым, особенно при толщине менее 2 мм. Нормативы ГОСТ 30245 допускают отклонения до 2°, что при длине более 3 м приводит к значительным погрешностям в геометрии конструкции. В случае с прокатными аналогами, угол сохраняется в пределах 90° ±0,5°, благодаря высокой температуре обработки и равномерному распределению напряжений.

Сопротивление изгибу гнутого профиля зависит не только от размеров, но и от направления действия усилия. При поперечном воздействии на плоскость, в которой находится шов, элемент деформируется быстрее из-за смещения нейтральной оси.

Это особенно заметно в тонкостенных гнутых балках высотой более 200 мм, где отклонения от проектной формы могут составлять до 5 мм при нагрузке в 1,5 кН на погонный метр.

Модуль упругости, применяемый при расчётах, остается одинаковым — около 2·10^5 МПа для стали марок С255 и С345. Однако инерционные характеристики у гнутых элементов уменьшаются из-за сглаживания углов, что снижает момент инерции до 10% по сравнению с прокатным сечением той же геометрии. Для Z-образных профилей потери составляют до 12%, особенно при радиусе гиба менее 5 мм.

Профили из стали с пределом текучести 355 МПа при холодной деформации часто имеют остаточные напряжения, превышающие 150 МПа в зонах изгиба. Это снижает расчетную прочность при статических воздействиях, особенно при изгибе в направлении полки.

Стандарт СП 16.13330 указывает на необходимость корректировки расчетов для таких элементов коэффициентом φ = 0,9, если остаточные напряжения превышают 30% от предела текучести.

В случае с прокатными элементами структура металла более однородна. Прокат при температуре свыше 1100°C позволяет исключить локальные зоны упрочнения. Из-за этого устойчивость сечения сохраняется лучше, особенно при внецентренной нагрузке.

Профиль сохраняет форму вплоть до предельного значения изгибающего момента. Это важно при монтаже длинномерных элементов, когда возможно местное смятие стенок при точечной нагрузке.

Для практики монтажа в условиях площадки характерно использование гнутых профилей из-за меньшей массы. Однако при расчётах стоек высотой более 3 м сечением 100×50×3 мм появляется риск потери устойчивости при нагрузке свыше 8 кН.

Прокатный аналог выдерживает усилие до 10,5 кН без потерь формы, что подтверждено испытаниями по методике ГОСТ 24045. При этом деформация гнутого изделия достигает 12 мм, в то время как прокат отклоняется не более чем на 7 мм при той же длине.

Момент сопротивления у прокатных профилей с симметричной формой сечения сохраняется равномерным по всей длине. У гнутых образцов он может колебаться на 5–8% из-за отклонений от номинальной толщины по краям изгиба. Это критично при расчете ферм, где каждый миллиметр влияет на поведение всей системы.

При проектировании кровельных ферм с пролетом 6 м гнутые профили 150×60×2 мм теряют жёсткость при увеличении нагрузки до 2,2 кН на метр. Прокат аналогичных размеров сохраняет несущую способность до 2,9 кН/м.

Особенности поведения проявляются и при соединении элементов. При болтовом креплении гнутого профиля к опоре в зоне изгиба возможна локальная потеря формы, особенно при шаге крепежа более 500 мм. Для устранения этого применяют усиливающие накладки длиной не менее 150 мм. У цельнокатаных элементов такая проблема возникает реже благодаря однородной структуре сечения.

Рекомендуется применять гнутые профили только в случаях, где нагрузка не превышает 70% от расчётной несущей способности аналогичного прокатного изделия. При расчете по методике СП 260.1325800 коэффициент надежности по материалу для гнутого элемента принимается равным 1,1, против 1,05 для прокатного. Это связано с неоднородностью сечения и возможной нестабильностью формы.

Стоит избегать использования гнутых профилей при проектировании опорных рам зданий в сейсмоопасных районах. Поведение в условиях кратковременного перегруза непредсказуемо из-за возможной локальной потери устойчивости стенки. При испытаниях по ГОСТ 22701 выяснено, что профили с толщиной 2 мм теряют жёсткость при двукратной кратковременной нагрузке, в то время как прокат выдерживает до 2,5-кратной перегрузки без остаточных деформаций.

При сварке элементов из гнутых профилей необходимо учитывать деформации, вызванные термическим воздействием. В зоне шва могут появляться напряжения до 200 МПа, что снижает общую устойчивость конструкции. При сварке прокатных изделий структура металла восстанавливается быстрее, что повышает сопротивление к образованию трещин.

Для стенок с высотой более 300 мм применение гнутых профилей приводит к появлению волнистости, особенно при шаге поперечных связей свыше 1,5 м. Прокатные аналоги сохраняют форму вплоть до длины пролета 4 м без дополнительных усилений. При этом допустимая нагрузка составляет до 4 кН на метр, что подтверждается лабораторными испытаниями.

При использовании гнутых профилей в лестничных маршем или ограждающих конструкциях необходимо применять элементы с минимальным числом изгибов и радиусами не менее 8 мм. Меньшие значения приводят к локальной пластической деформации, особенно при частичной разгрузке, и формируют остаточную кривизну. У прокатных аналогов подобных дефектов не наблюдается.

Рассказать друзьям:

Комментарии

Пока нет комментариев