Гнутые профили

С помощью холодной гибки из тонкого листового металла можно получать сечения любой формы. Толщина стенок профилей с таким сечением чаще всего одинакова и только на некоторых отрезках может быть двойной. Путем дуговой точечной сварки или склеивания из отдельных профилей можно получить сложные профили. В таких профилях толщина стенок на отдельных отрезках чаще всего различна.

В легких строительных конструкциях применяют профили со сплошными или перфорированными стенками. Профили со сплошными стенками имеют открытые, замкнутые или замкнуто-открытые сечения. У профилей со сплошными или перфорированными стенками могут быть условно-открытые, условно-замкнутые или условно-замкнуто-открытые сечения. Перфорированные стенки получаются выполнением отверстий в сплошных стенках, причем края отверстий могут быть дополнительно отогнуты. Перфорированной стенкой считается также плоскость между двумя сплошными стенками, которая получается вырезанием соединительных планок или решетки. От видов сечения в значительной мере зависит статическая работа тонкостенного профиля.

Профили с открытыми или условно-открытыми сечениями могут иметь стандартные или нестандартные сечения и размеры.

Профили со стандартными сечениями и размерами в зависимости от планируемой величины годового потребления изготовляют и складируют как горячекатаные, с нестандартными сечениями—по индивидуальным заказам.

Профили с замкнутыми сечениями, в частности квадратные и прямоугольные трубы, очень удобны для конструктивных решений, использующих заранее установленный сортамент, если только он представляет широкий выбор. Тогда достаточна продукция стандартных профилей.

Профили с иным сечением имеют размеры, зависящие в значительной степени от назначения и конструктивного решения строительного элемента, поэтому они не могут быть стандартизированы и их производство должно осуществляться по индивидуальным заказам.

В Польше профили стандартного сечения изготовляют в соответствии с размерами, приводимыми в нормах для равнобоких уголков, в нормах для неравнобоких уголков и   для равнобоких швеллеров. В промышленно развитых странах заводы, изготовляющие гнутые профили, стандартизируют их сечения и размеры сами, предлагая изделия по каталогам. Однако большинство этих изделий имеет определенное назначение.

 

Проектирование профилей

При конструировании элементов из гнутых профилей необходимо, как правило, проектировать сечения стержней, приспособленные для конкретного назначения. Профили стандартных сечений имеют больше недостатков, чем достоинств.

Выбирая форму сечения, следует учитывать:

Гнутые профили, изготовляемые партиями большого тоннажа при стандартных профилях или предназначенные для стандартных элементов, необходимо профилировать на роликовых прокатных станах. Профили, изготовляемые партиями малого тоннажа, выполняют на гибочных прессах или кромкозагибочных машинах. При выборе форм и размеров следует учитывать возможности оборудования, имеющегося в распоряжении будущего изготовителя.

 

К основным техническим характеристикам роликовых прокатных станов относятся: ширина и толщина исходного материала, длина профиля и требования, касающиеся свободы его выбора (например, максимальные размеры высоты или ширины готового профиля, радиус гибки, минимальные размеры прямолинейных отрезков стенок).

 

К необходимым элементам характеристики гибочных прессов и кромкозагибочных машин относятся: длина профилирования, толщина исходного материала и требования, касающиеся свободы выбора профиля (например, максимальные и минимальные размеры профилей в последовательных фазах их гибки, зависящие от размеров профилирующего оборудования и габаритных размеров машин, радиус гибки, минимальная ширина отгиба).

Ширина исходного материала (листового металла, полосового железа, полос или лент), из которого делается профиль, определяется как сумма плоских отрезков и закруглений углов.

Формула служит для расчета ширины гнутых открытых профилей, изготовляемых на волочильных и роликовых прокатных станах, гибочных прессах или кромкозагибочных машинах. Для замкнутых профилей, изготовляемых на таком оборудовании, ширину исходного материала определяют по формуле с введением поправки в зависимости от рода стыка и технологии его выполнения. Когда холодную гибку профилей выполняют не на упомянутых выше машинах, по формуле получают ориентировочную ширину, которую затем корректируют с помощью пробной гибки и соединения.

Для обеспечения прочности конструкций (ввиду опасности коррозии) необходимо помнить следующие положения:

1. Профили открытого сечения надо проектировать так, чтобы был обеспечен легкий доступ внутрь при очистке поверхностей их стенок и нанесении антикоррозионного покрытия.  Коробчатые или швеллерные профили с ужесточенными полками должны иметь такое сечение, чтобы не образовались места в форме лотков или емкостей, где может скопиться на стенках пыль с агрессивным химическим составом или вода. Этого можно достигнуть путем придания наклона некоторым стенкам или выполнения отверстий для отведения воды.

2. Внутренняя часть профилей с замкнутым сечением должна быть герметически изолирована путем установки по торцам  заглушек и выполнения непрерывного стыка, например с помощью сварки.

3. Профили сложного сечения необходимо проектировать  таким  образом, чтобы избежать получения прилегающих друг к другу стенок, при соединении которых могут образоваться канавки в местах закругленных углов.

4. В тавровых соединениях угловые швы по всей длине стыка листового металла и закругленного угла профиля надо делать так, чтобы не возникали канавки, из которых нельзя отвести воду.

Назначение легких элементов, условия их эксплуатации и способ защиты от коррозии являются главными критериями выбора вида сечения и минимальной толщины его стенок. В соответствии с проектом норы сечения профилей для элементов несущих конструкций должны удовлетворять условиям. Решение о том, отнести ли элемент к данной группе, проектировщик принимает на основе информации об условиях эксплуатации конструкций.

Во французских рекомендациях, касающихся элементов несущих конструкций и ограждающих элементов (например, стен) или архитектурно-строительных деталей (например, оконных или дверных коробок), эти вопросы разбираются более подробно. Минимальная толщина стенки профиля также зависит от роли элемента в конструкции, от воздействия корродирующего фактора на поверхность стенки и от способа защиты этой поверхности от коррозии.

В элементах, в которых не возникает опасность потери общей устойчивости, единственными условиями, ограничивающими толщину стенки, являются их прочность и возможность изготовления. В элементах, рассчитываемых с учетом общей устойчивости, толщина стенки не должна быть меньше толщины, уменьшение которой вследствие местной случайной коррозии могло бы снизить коэффициент запаса прочности элемента.

К элементам конструкций, в которых можно не опасаться потери общей устойчивости, относят элементы покрытий, обшивки легких стен, некоторые элементы жесткости, легкие балки, большинство балок перекрытий при условии, что они не играют главной роли в каркасе несущей конструкции. Все другие элементы должны иметь минимальную толщину стенки в зависимости от корродирующего фактора и способа защиты поверхности профиля. Даже при использовании эффективной защиты от коррозии и тщательной консервации нельзя избежать возможности повреждения защитного покрытия и временного местного воздействия коррозии в период между двумя циклами консервации. Потеря материала может быть тем опасней, чем тоньше стенка. Поэтому рекомендуется минимальная толщина стенок, при которой значение коэффициента запаса прочности конструкции не снизится.

Ввиду сложности явления коррозии приводимые ниже рекомендации имеют, прежде всего, практический смысл. Две поверхности той же стенки профиля могут находиться в разных коррозионных средах и быть различным образом защищены от коррозии.

Минимальную толщину стенки определяют как сумму составляющих значений толщины, установленных на основании условий эксплуатации обеих ее поверхностей.

По материалам книги "Легкие стальные конструкции", Москва, Стройиздат, 1974 г.