حساب قوة الأنبوب المربع والملاحظات

معنى الأنبوب المربع

كما يوحي الاسم، الأنبوب المربع هو أنبوب فولاذي ذو مقطع عرضي مربع. وهو أنبوب فولاذي مجوف، خفيف، رقيق الجدران، يُعرف عادةً بقطاعات الفولاذ المنحنية على البارد. تُصنع الأنابيب المربعة عادةً من شريط أو لفافة Q235 المدرفلة على الساخن أو البارد كمواد أساسية. ثم تُخضع هذه المواد للثني على البارد، يليه لحام عالي التردد لتشكيل المقطع العرضي المربع.

تلعب خصائص متانة الأنابيب المربعة دورًا حاسمًا في تحديد مدى ملاءمتها للتطبيقات المختلفة. يُعد فهم هذه الخصائص أمرًا أساسيًا عند اختيار المادة المناسبة وتصميم الأنابيب المربعة لأغراض هيكلية محددة. تتناول هذه المقالة حسابات المتانة الرئيسية والتطبيقات العملية بناءً على خصائص المواد الفعلية للأنابيب المربعة.

حساب متانة الأنابيب المربعة

طريقة الحساب
عند تعرض الأنبوب المربع للثني، يحدث تشوه، مما يؤثر على متانة هيكله. الصيغة الأساسية لحساب قوة انحناء أنبوب مربع هي:

M = 4W × C

M: عزم الانحناء
W: الحمل المطبق
C: معامل مرتبط بشكل الأنبوب وشكل مقطعه العرضي

يُعد هذا الحساب ضروريًا لتجنب تشوه الأنبوب تحت الأحمال الكبيرة. كلما زاد عزم الانحناء، زاد احتمال تشوه الأنبوب أو انهياره.

مثال عملي
بالنسبة لأنبوب مربع مصنوع من فولاذ بعرض 100 مم وسمك جدار 5 مم، تعتمد قوة الانحناء على خصائص المادة، مثل إجهاد الانحناء (حوالي 345 ميجا باسكال للفولاذ ASTM A500).

حساب قدرة تحمل الأنبوب المربع
طريقة الحساب
تُحسب قدرة تحمل الأنبوب المربع تحت الحمل الرأسي باستخدام الصيغة التالية:
P=F⋅S

P: قدرة التحمل

F: القوة المطبقة

S: مساحة المقطع العرضي

عوامل مهمة
خصائص المادة: تُعد الخصائص الميكانيكية للفولاذ، مثل قوة الشد (375 ميجا باسكال للفولاذ Q235) ومقاومة الخضوع (235 ميجا باسكال للفولاذ Q235)، أساسية لحساب قدرة التحمل.

حجم الأنبوب المربع: تُحسّن مساحة المقطع العرضي الأكبر قدرة التحمل بشكل عام. ويعتمد هذا الحساب على مساحة المقطع العرضي.

حجم اللحام: تلعب اللحامات في الأنابيب المربعة دورًا حاسمًا في قدرتها على التحمل. تُحدد خصائص اللحام من خلال اختبارات محددة، وتؤثر بشكل مباشر على قوة الهيكل.

قوة اللحام: تعتمد قوة اللحام على المواد المستخدمة وعملية اللحام. إذا لم يتم استيفاء معايير اللحام، فقد تتأثر قدرة الأنبوب المربع على تحمل الحمل.

احتياطات:

1. يتضمن حساب تحمل لحام الأنابيب المربعة عناصر متعددة، ويتطلب حسابًا شاملًا بناءً على ظروف محددة.
2. من الضروري اختيار خطة معالجة حرارية مناسبة وفقًا لمتطلبات التصميم لضمان استيفاء الخصائص الميكانيكية للأنبوب المربع للمتطلبات.
3. في التطبيقات الهندسية الفعلية، يجب إجراء اللحام وفقًا صارمًا لمتطلبات معايير اللحام لضمان جودة اللحام.
4. أثناء التصميم والبناء، يجب مراعاة نوع واتجاه الحمل الذي يتحمله الأنبوب المربع لاختيار حجم الأنبوب المربع المناسب وطريقة اللحام.
5. عند حساب قدرة تحمل الأنابيب المربعة، يجب مراعاة هامش المادة للحفاظ على عامل أمان معين.

كيف تُحسب قوة انحناء الأنبوب المربع؟

تُحسب قوة انحناء الأنبوب المربع باستخدام الصيغة:
M=4W⋅C
حيث M هو عزم الانحناء، وW هو الحمل المطبق، وC هو معامل مرتبط بهندسة الأنبوب. صيغة حساب قدرة تحمل الأنابيب المربعة

على سبيل المثال، أنبوب مربع بأبعاد 50*30*1.5 مُثبت من طرفيه، مع تعليق امتداد متر واحد في المنتصف. كم عدد العناصر التي يُمكن وضعها على هذا الامتداد المتر الواحد من الأنابيب المربعة بأبعاد 50*30*1.5؟

M=Pac/L(M: عزم الانحناء، القوة المركزة P، مسافة القوة المركزة من الدعامة، مسافة القوة المركزة c من دعامة أخرى، امتداد L، L=a+c)

W=b*h*h*h/12 (للمقاطع المستطيلة فقط)

f=M/W ≤ الإجهاد المسموح به للمادة (قوة الشد المرنة/عامل الأمان).

حساب القوة = M/W (حيث عزم الانحناء M = 0.125qL*2، W هو معامل المقطع)

حساب الصلابة = (5qL*4)/384EI

كيف نحسب قدرة التحمل الرأسية للأنابيب المربعة والأنابيب المربعة المجلفنة؟

1. احسب إجهاد الضغط، وهو إجهاد الضغط الناتج عن الضغط الرأسي المؤثر على المقطع العرضي للأنبوب المربع. وهو يساوي الضغط (وحدة نيوتن) مقسومًا على مساحة المقطع العرضي للأنبوب المربع (وحدة متر مربع). بشرط أن يكون إجهاد الضغط أقل من الإجهاد المسموح به للمادة.

2. الأنبوب المربع تحت ضغط، ويجب حساب ثباته. حساب الثبات أكثر تعقيدًا، ويعتمد على ما إذا كانت طريقة التوصيل مثبتة من كلا الطرفين أو مثبتة من أحد الطرفين ومفصلة من الطرف الآخر. من المتوقع استخدام أكثر من عمود، لذا يمكنك ببساطة حسابه على أنه مثبت من كلا الطرفين. حساب بسيط للضغط الحرج: P=(4*n*Pi^2*E*I)/[(L/2)^2]. n هو عدد الأعمدة، pi^2 هو مربع النبضة، E هو معامل المرونة، I هو عزم القصور الذاتي، وL هو طول العمود.

الحسابات المذكورة أعلاه بسيطة، ويجب أيضًا مراعاة عامل الأمان وحتى الحمل الزلزالي. يُرجى الاستعانة بمهندسين محترفين ذوي خبرة لإجراء تحليل للحالة المحددة. المعلومات المذكورة أعلاه هي للإشارة فقط.

الخلاصة

تُعد الأنابيب المربعة، المصنوعة من مواد مثل الفولاذ ASTM A500 أو الفولاذ المقاوم للصدأ، أساسية في تطبيقات متنوعة. قدرتها على مقاومة الانحناء والالتواء والأحمال المحورية تجعلها خيارًا مثاليًا للهندسة الإنشائية، والآلات الصناعية، والتصميم المعماري. إن فهم حسابات قوة هذه الأنابيب يسمح بالاختيار الصحيح للمواد ويضمن سلامة الهيكل في كل تطبيق.