3 распространенных типа металлических стальных труб

Круглые (CHS), квадратные (SHS) и прямоугольные (RHS) стальные трубы — три конструкционных полых профиля, из которых собирают большинство металлоконструкций, и взаимозаменяемыми они не являются. Квадратная труба — это не круглая, сплющенная прессом: порядок формовки и характер распределения напряжений в стенке у них совершенно разные, поэтому выбор сечения определяет, как элемент работает под нагрузкой. Там, где трубопровод соединяют на фланцах, уплотнение обеспечивают фланцевые прокладки, а не сам профиль трубы.

Выбор сводится к трем вопросам: как выглядит поперечное сечение, как оно ведет себя под нагрузкой и где его применяют. Сравнение ниже отвечает на все три и заканчивается перечнем стандартов, которые стоит указывать в заказе.

Форма сечения и распределение напряжений

Все три типа — холоднодеформированные полые профили, но геометрия задает принципиально разное механическое поведение.

• Круглое сечение (CHS) — традиционная форма трубы. Оно изотропно: модуль сечения и момент инерции одинаковы при нагрузке в любом направлении, а острых граней в стенке нет.
• Квадратное сечение (SHS) — четыре равные стороны с выраженными углами, закругленными или прямыми. Контролируется одна размерная величина — длина стороны.
• Прямоугольное сечение (RHS) — высота и ширина неравны, размер указывают как «высота x ширина» (например, 200 x 100 mm), поэтому оси проектируют раздельно.

Круглое сечение (CHS): модуль сечения и момент инерции одинаковы при нагрузке в любом направлении.

Квадратное сечение (SHS): четыре стороны равной длины с выраженными углами.

Прямоугольное сечение (RHS): при вертикальном расположении длинной стороны модуль изгиба по сильной оси очень высок.

Где какое сечение работает лучше

Область применения определяется тем, как передается нагрузка. Круглые трубы берут внутреннее давление и кручение, квадратные профили дают эффективные колонны, прямоугольные — эффективные балки. Та же логика действует на концах трубопровода: трубу приваривают или присоединяют к трубные фланцы, а уплотнительная поверхность выполняется на фланцевом элементе, а не на самой трубе.

• Транспорт жидкостей и газов под давлением: водопроводы, газопроводы и гидравлические маслопроводы почти всегда делают круглыми. Внутреннее давление действует во всех направлениях, и круглая стенка распределяет напряжение наиболее равномерно; квадратные трубы такого сопротивления давлению не дают.
• Вращение и передача: ролики конвейеров, штанги и оси. За счет отсутствия выделенного направления круглое сечение обеспечивает лучшую динамическую уравновешенность при вращении.
• Здания с большими пролетами: трубчатые фермы стадионов и терминалов аэропортов. Стыки требуют больше работы, чем у квадратных труб, но меньшая площадь, обращенная к ветру, помогает противостоять ветровой нагрузке и деформации кручения.
• Колонны и стойки: квадратные профили в зданиях со стальным каркасом. Равные стороны дают одинаковый коэффициент стройности по осям X и Y, поэтому отдельно стоящая колонна не остается жесткой в одном направлении и склонной к потере устойчивости в другом.
• Легкие конструкции и рамы: ограждения, флагштоки, ландшафтные скульптуры, навесы для автомобилей, рамы оборудования и опоры фотоэлектрических систем. Плоские грани удобны для нанесения герметика и крепежа, а квадратный профиль не перекатывается при монтаже.
• Балки в стесненных условиях: прямоугольные профили в перекрытиях, подвесных потолках и каркасах трубопроводных эстакад, где высота дает жесткость, а ширина — монтажную поверхность.

Примечание: размеры профиля, радиус скругления углов и предел текучести определяются выбранным стандартом (GB/T 6728, EN 10219, ASTM A500).

Заказ, формовка и контроль

Круглые трубы обычно сходят с линии непрерывной формовки, а квадратные и прямоугольные профили получают из них калибровкой обжатием с доводкой формы. Холодная формовка упрочняет углы и утоняет там стенку — именно с углов и начинаются отказы. Пять деталей определяют, отработает ли профиль по расчету.

• Укажите размеры профиля, толщину стенки и действующий стандарт — GB/T 6728, EN 10219 или ASTM A500. Требования к радиусу скругления углов и пределу текучести у них заметно различаются.
• Для высоких нагрузок или низких температур добавьте для квадратных профилей неразрушающий контроль углов — это уязвимое место профиля.
• Для подземной прокладки или высокого внутреннего давления выбирайте бесшовные стальные трубы или трубы высокочастотной прямой сварки и не применяйте квадратные профили.
• Для балок из прямоугольного профиля укажите направление нагрузки: по сильной оси это основная балка, в плоском положении — только элемент жесткости, и несущая способность различается в несколько раз.
• Соединения: сварка и болтовой монтаж квадратных и прямоугольных элементов на площадке идут быстрее, чем круглых труб, для которых в местах пересечений нужна сложная резка профиля.

Вопросы и ответы

Квадратная труба — это круглая, сплющенная прессом?

Нет. Квадратные и прямоугольные профили получают из круглой трубы калибровкой обжатием и доводкой формы, а не сплющиванием. Порядок прокатки, упрочнение углов и распределение толщины стенки делают их разными изделиями.

Какое сечение лучше сопротивляется внутреннему давлению?

Круглое. Внутреннее давление действует одинаково во всех направлениях, а круглая стенка распределяет напряжение наиболее равномерно, поэтому квадратные трубы такого сопротивления не дают.

Почему балка из прямоугольного профиля прогибается меньше круглой трубы?

При вертикальном расположении длинной стороны сечение получает очень высокий модуль изгиба по сильной оси. При тех же 10 kg стали такая балка прогибается значительно меньше, чем круглая труба.

Важна ли ориентация прямоугольного профиля?

Да. По сильной оси он работает как основная балка, в плоском положении служит только элементом жесткости, и несущая способность различается в несколько раз. Всегда указывайте направление нагрузки при заказе.

Какими стандартами регулируются конструкционные полые профили?

Чаще всего указывают GB/T 6728 (Китай), EN 10219 (Европа) и ASTM A500 (США). Требования к радиусу углов и пределу текучести заметно различаются, поэтому стандарт указывают вместе с размером и толщиной стенки.