[МЕТОД]

День добрый!
Сравним два равнополочных уголка L100x7. Первый – холодногнутый, второй – горячекатаный. Уголки будут применяться в поясах и решетке стальной 4-х гранной башни высотой 50 м (опора ЛЭП).
В итоге нужно решить – какой лучше применять.

Для начала проанализируем их в ЛИРЕ. Внизу закрепим в трех точках, моделируя болт, и нагрузим силой Nx = 1 kN в верхней части.
Результаты расчета:
Гнутый L100x7: dX = 19.0 mm; Ny = -1.57e6 kPa / +1.28e6 kPa.
Катанный L100x7: dX = 16.9 mm; Ny = -1.33e6 kPa / +1.24e6 kPa.
(ПС: конечно, такая модель не совсем отвечает моей задаче с опорой ЛЭП, но для общей идеи сойдет).
Вывод 1 – катанный выигрывает на 10-15%.
Далее сравним массы уголков: 10.31 kg/m; 10.79 kg/m.
Вывод 2 – гнутый выигрывает на 5%.
Далее сравним цены.
При сегодняшней нестабильности рынка примерно принимаем цены 15700 – 15800 uah за одну тонну для обоих уголков.
Вывод 3 – цены примерно одинаковые, в пределах 3%.
Далее поразмышляем над методом производства.
С горячим прокатным мне все понятно. А с холодным гнутым… Вот берут пластину 200х7, температурой 20 оС и при той же температуре сгибают под углом 90о. В зоне изгиба происходят пластические деформации. Кристаллическая решетка деформируется. Образуются локальные зоны напряжений. Они же наверняка станут концентраторами.
Вывод 4 – я думаю, что наличие этих зон должны снизить несущую способность сечения гнутого уголка. Например, на 10%. Как считаете?
Далее полистаем интернет. Там часто пишут такие фразы:
«Недостатки - прочность гнутого уголка значительно уступает горячекатаному даже при сопоставимой толщине стенки, что снижает эффективность и затрудняет использование гнутых профилей в производстве нагружаемых металлоконструкций. Класс прочности проката можно повысить использованием низколегированных марок стали, однако следует помнить, что применение таких профилей рекомендуется только для не нагружаемых конструкций».
[ s235 . ru / bentangle / ]
Вывод 5 – для нормальных конструкций ПГС следует применять уголки прокатные.
И напоследок, обратимся к опыту строительства – как я вижу, в конструкциях ПГС в основном применяются прокатные уголки, а гнутые – в небольших / ненагруженных / декоративных конструкциях.
Итоговый вывод – для поясов опоры ЛЭП однозначно прокатный уголок. Для решетки – возможно применение гнутых уголков (в верхней малонагруженной части).
Как считаете?

[Бармаглотище]

Offtop: я даже боюсь поинтересоваться... а с какой целью вообще данное исследование?
чисто теоретическое, от нефиг делать или начальство склоняет в разных позах применять гнутик?

[МЕТОД]

Бармаглотище. 2й вариант. Да, начальство хочет гнутый.

[Krieger]

Если начальство хочет гнутый, значит он дешевле. Год назад сравнивал цены в своем городе, они реально дешевле. Плюс их еще в том, что загнуть их могут практически какие угодно, тогда как катанных штук 10 типоразмеров на рынке ходовых, захочешь что-то другое будет в тридорого. Да и по стали проще. У нас пока с легированной сталью проблемы, хоть и СП новый в силу вступил... А тут лист взял, и гни чего хош...

как я вижу, в конструкциях ПГС в основном применяются прокатные уголки, а гнутые – в небольших / ненагруженных / декоративных конструкциях.

Ну конечно. Вон из ГСП уже целые здания лепят.

[МЕТОД]

Сообщение от Krieger Ну конечно. Вон из ГСП уже целые здания лепят.

Согласен. Замукнутой трубе я и сам доверяю. А вот уголку - не очень. Вот когда башни, фермы, связи и т.п. станут гнутыми - я расслаюлюсь. А пока гнутый уголок для меня подозрителен.
А как Вам внутренние напряжения в зоне гнутья?

Кстати, в SCAD, в сортаменте металлопроката, вообще нет гнутого уголка. Это о чем-то говорит.
Да и сортамент по ГОСТ 19771 для гнутых смотрится бледно на фоне сортамента ГОСТ 8509 для прокатных. Может это советские стереотипы?

+ немного на эту тему общались здесь

Сообщение от МЕТОД А пока гнутый уголок для меня подозрителен

Для меня все уголки подозрительны) Но если пускать уголок на чистое растяжение - там только площадь важна. На сжатие при равной площади гнутый даже получше будет наверное - у него масса чуть дальше от центра расположена, а значит и радиус инерции побольше.. В пределах промилле, конечно.

"Испытание" в ЛИРЕ не совсем понял - зачем нам сгибать уголок? В этом случае заведомо прокатный лучше - у него в зоне максимального момента больше материала. И в принципе на отгиб он будет лучше работать, ибо опасное сечение в зоне меньшего момента.

Внутренние напряжения в зоне гнутья - не знаю, самого всегда интересует, почему о них никто не говорит.

Гнутые швеллера применяю в качестве стеновых прогонов - там по сравнению с прокатом выгода в металле чуть ли не в разы. Также есть реализованные проекты (не мои, но "местные") рам ангаров из гнутых швеллеров, работающие уже не первый год. Есть и случаи разрушения таких ангаров при явном перегрузе, причем разрушения не по вине "гнутости" швеллеров, а строго по статической модели с перегрузкой и разрушением одного из элементов. Так что в принципе бояться гнутого профиля особо смысла нет, наверное.

[МЕТОД]

Сообщение от Arikaikai а значит и радиус инерции побольше.. В пределах промилле, конечно.

Сортамент дает одинаковые 30,8 мм.

Сообщение от Arikaikai Так что в принципе бояться гнутого профиля особо смысла нет, наверное.

Возможно. Но этот гнутый уголок пока таит в себе какую-то тайну... Что-то он не договаривает)

Offtop:

Сообщение от МЕТОД Сортамент дает одинаковые 30,8 мм

Площади разные, моменты инерции разные, а соотношение внезапно одинаковое)

[МЕТОД]

Согласен. Это они округлили.
Гнутый: (124.16/13.13)^0.5 = 3.0751 cm
Прокатный: (130.59/13.75)^0.5 = 3.0818 cm
И здесь прокатный не подкачал)

---------добавлено_27.07.2015----------
Про радиусы инерции: конечно, здесь нужно обратиться к минимальным радиусам:
Гнутый: i_min = i_v = 1.30 cm
Прокатный: i_min = i_v = 1.98 cm
Преимущество налицо.

[лариса К]

Случай из практики. Был заказ: по готовому проекту изготовить станины для автоматической линии промывки труб. Конструкция: рамы из №10 прокатного швеллера, конические ролики, цепь. Вес трубы не более 100 кг. Руководство решило сэкономить и сделать станины из покупного гнутого швеллера. Изготовили, собрали линию, запустили. Линия с тубой такой "гопак с лезгинкой" начали выплясывать, что все в округе разбежались кто куда. Естественно, все выбросили и сделали из правильного швеллера.

[МЕТОД]

Об экономике.
В.В. Кузнецов. МК. Справочник проектировщика. Том 1. М, 1998. Стр. №92.

+ Интересно, что в этот же справочник в сортамент гнутых профилей (раздел 2.8) попали: швеллер, С профиль, Z профиль, труба. Уголок не попал.

[МЕТОД]

О прокатном уголке.
К.П. Крюков. Конструкции и механический расчет ЛЭП. Ленинград 1979. Страница №151.

[Зяблик]

Некоторая информация в помощь ....
Серия ЭЛ-ТП.010.07 Стальные опоры из гнутого профиля для воздушных линий электропередачи 10 кВ с неизолированными проводами

http://files.stroyinf.ru/Index2/1/42...4293834837.htm

лариса К, причину искать кто-нибудь пробовал? Или просто сослались на "ой, гнутые швеллера плохие"?

[Бармаглотище]

"На вскидку" могу предположить только то, что жесткость сопряжения "полка-стенка" у гнутого меньше и полка "играет" сильнее.

[МЕТОД]

Зяблик - спасибо. ЭЛСИ начали применять профили в виде трапецевидного гнутого уголка. Но решение новое. Будем к нему относится осторожно.

Немного чтения...

Влияние холодного гнутья на механические свойства стали.
(мой перевод)
Источник: Cold-formed steel design / Wei-Wen Yu — 3rd ed / 2000. Раздел 2.7
Механические свойства профилей, полученных холодным гнутьем иногда существенно отличаются от механических свойств стальных листов до гнутья. Это потому, что операция холодного гнутья увеличивает предел текучести и предел прочности на разрыв и в то же время уменьшает пластичность.
Процентное увеличение прочности на разрыв намного меньше, чем увеличение предела текучести, которые сближаются на кривой напряжение-деформации.
Из-за того, что материал в углах сечения наклепанный в значительно большей степени, чем материал в плоских элементах, то механические свойства различны в различных частях поперечного сечения.
Результаты исследований, проведенные Winter, Karren, Chajes, Britvec, и Uribe о влиянии холодного гнутья показывают, что изменения механических свойств стали из-за холодной гибки обусловлены главным образом деформационным упрочнением и деформационным старением, показанными на рисунке 2.4. Кривая А – базовый материал. Кривая В – соответствует разгрузке в диапазоне упрочнения. Кривая С - показывает немедленное повторное нагружение. И кривая D - является напряженно-деформированного кривой после деформационного старения. По графику видно, что напряжение текучести повышается, а пластичность (ductility) понижается.
В дополнение к упрочнению и деформационному старению, изменения механических свойств, произведенные холодной гибкой также вызваны прямым и обратным эффектом Баушингера (Bauschinger). Эффект Баушингера указывает на тот факт, что предел текучести при продольном сжатии растянутого элемента меньше, чем при продольном растяжении.

++++++

Преимущества профилегибки и гнутых профилей

Источник: http://www.dynamomania.ru/index.php?...478&Itemid=295
Тезисы.
1. Гнутые профили на 10…15% прочнее (при статических нагрузках) исходного металла, так как профилирование сопровождается наклёпом.
2. В процессе формовки гнутых профилей в результате пластической деформации происходит значительное упрочнение металла. Поскольку упрочнение сопровождается довольно значительным снижением пластических свойств металла, деформированные участки профиля могут явиться очагом образования трещин. Поэтому при разработке технологии профилирования следует наряду с выбором режимов формовки принимать во внимание свойства исходного металла.
3. При пластической деформации происходит дробление зерен, возникают различного рода нарушения кристаллического строения, что приводит к упрочнению металла и препятствует дальнейшей пластической деформации.

++++++++++++

Наклёп

Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D...BB%D1%91%D0%BF
Наклёп (нагартовка) — упрочнение металлов и сплавов вследствие изменения их структуры и фазового состава в процессе пластической деформации при температуре ниже температуры рекристаллизации. Наклёп сопровождается выходом на поверхность образца дефектов кристаллической решётки, увеличением прочности и твёрдости и снижением пластичности, ударной вязкости, сопротивления металлов деформации противоположного знака (эффект Баушингера).
При значительных деформациях вследствие перенаклёпа в материале возникают поры, субмикротрещины и другие дефекты. Такое состояние металла (сплава) называется перенаклёпом. Перенаклёп — одна из причин хрупкости, а также снижения конструкционной прочности сплавов.
При нагреве, например во время отжига, подвергнутого наклёпу металла происходит его разупрочнение вследствие развития процессов отдыха, полигонизации, рекристаллизации.
В машиностроении наклёп используется для поверхностного упрочнения деталей. Наклёп приводит к возникновению в поверхностном слое детали благоприятной системы остаточных напряжений, влияние которых главным образом и определяет высокий упрочняющий эффект поверхностной пластической деформации (ППД), выражающийся в повышении усталостной прочности, а иногда и износостойкости.

+++++++++++++

И напоследок – Нормы по проектированию не дают никаких коэффициентов на гнутые профили. Например СП СТК 2011 пункт 6.1.

В итоге видим - есть свои плюсы и минусы у гнутого уголка. Нужно еще подумать...

[лариса К]

Конечно, все дело в угле. До испытаний намучились, обеспечивая жесткость полки под платиками для роликов, без усиления невозможно было фрезеровать платики, полка прогибалась, в прокате с этим проблем не было. Станина длинная и узкая, по-моему 6х0,4, из гнутого она была хлипкой (вихлястой), из проката - жесткая, конструкция одна и та же.

[МЕТОД]

Есть мнение, что при некотором радиусе гиба (и полученному углу изгиба) никакие коэффициенты к сечению / материалу / конструкции вводить не требуется.
Например при R=2S. См. Анурьев Справочник конструктора-машиностроителя, М. 2001, стр. № 546.

В случае с нашим уголком L100x7 получаем соотношение R/S = 9/7 = 1.3 < 2 (!). Но это при Ru < 460 МПа. Для почти такого же уголка, но при Ru > 460 МПа, получаем: для L100x6 => 14/6 = 2.3.
Значит при проектировании, для стали С255 берем уголк с радиусом поменьше, а для С345 - побольше.

Получается, наверное, что производитель гнутых профилей должен подтвердить, что его изделие работает нормально, как и прокатное, без никаких понижающих коэффициентов, и что деформации крайних волокон - в пределах нормы.
+ Помним про эффект Баушингера

[МЕТОД]

Рассматривая решение ЭЛСИ с трапециевидными гнутыми уголками я провел исследование по эффективности этой формы. У меня получилось, что для задачи сжатого стержня, где важны площадь сечения и минимальный радиус инерции - победил простой, не трапециевидный уголок.
Отсюда вопрос - а смысл?..

----- добавлено через ~23 ч. -----
Рассмотрим прокатный уголок L80x5. А=8,63 cm2. i_v = 1.59 cm.
Подберем гнутый уголок, равный по площади, удлиняя полки. Получаем: L 91.5x5. A = 8.63 cm2. i_v = 1.75 cm.
Получается, что при расчете на устойчивость гнутый работает лучше.

[МЕТОД]

Итог.
При заказе конкретных гнутых профилей ("уголок" с 2мя гранями) на Латвийском заводе была выставлена цена (с учетом доставки) около 2800 usd/тонна. Это оказалось СЛИШКОМ. Вернулись к обычным горячекатанным уголкам.