Как дешевле всего сделать трубу более жёсткой?

OP спросил, как сделать тонкостенную трубу более жёсткой. Она слишком сильно прогибалась. Большая часть обсуждения была посвящена тому, как усилить трубу, но это не тот ответ, который ему был нужен. Формула для определения смещения центра простой балки с опорой и центральной нагрузкой:

Y = P*L^^3/(48*E*I)

где

• Y — смещение
• P — центральная нагрузка
• L — общий пролёт
• E — модуль упругости
• I — момент инерции сечения

Решение можно найти, взглянув на формулу. Уменьшение пролёта принесёт много пользы. Замена на титан увеличит E более чем в 3 раза, но это вряд ли будет дешёвым решением. Трубчатое сечение наиболее эффективно для получения высокого I значения. Более толстые стенки и больший диаметр — это то, что вам нужно.

Самый популярный совет — залить трубу бетоном. Это, без сомнения, сделает конструкцию более прочной, способной выдерживать большие изгибы и нагрузки без деформации верхней части или сжатия трубы.

А что насчёт смещения? Оно обратно пропорционально E*I. Значение E для стали примерно в 10 раз больше, чем для бетона. Допустим, значение I для трубы примерно такое же, как для пустого пространства или бетонной заливки. Таким образом, после заливки бетона значение E*I увеличивается на 10 %, а смещение уменьшается примерно на 10 %. Это не будет уменьшением с 40 мм до 5 мм, как того хотел автор вопроса.

Залейте его бетоном — вот научная статья об этом: https://www.hindawi.com/journals/amse/2018/9065378/

При нагрузке в 4000 кг на пролёте длиной 1,2 метра прогиб составлял менее 1 мм. (см. таблицу: https://www.hindawi.com/journals/amse/2018/9065378/fig7/ )

Бетон не сжимается, а поскольку он находится внутри стальной трубы, то единственным способом деформации этой конструкции может быть растрескивание бетона и растяжение всей стали по бокам и снизу. А поскольку я предполагаю, что вы вряд ли поставите 4 тонны на середину этой полки, то этого никогда не произойдёт.

Я прочитал все вопросы и ответы и пришёл к выводу, который, как мне кажется, никому не приходил в голову: нужно использовать комбинацию из арматурных стержней и расширяющейся пены, чтобы удерживать её внутри труб

Во-первых, я бы перешёл на жёсткий кабелепровод диаметром 3/4 дюйма или чёрную трубу. Если этого недостаточно, то можно использовать плоский металл толщиной 1/8 дюйма (или 1/4 дюйма) и шириной 1/2 дюйма, сваренный в виде двутавровой балки. Плоский холоднокатаный прут стоит недорого, а двутавровая балка обладает хорошими характеристиками по пролёту. См. http://iris.nyit.edu/~maltwick/BC2/Steel%20Rules%20of%20Thumb.pdf для оценки прочности пролёта.

Я столкнулся с похожей проблемой и согласен с предложением типа-s. Вы видели барьеры (часто для защиты таких объектов, как бензоколонки), сделанные из стальных столбов, заполненных бетоном? Моя теория заключается в том, что при изгибе трубы её внутренний объём уменьшается. Если заполнить трубу материалом, который не сжимается, она будет сопротивляться изгибу. В моём случае речь идёт о садовом стуле, сделанном из квадратной трубы 1 дюйм, которая проржавела насквозь и в конце концов погнулась. Я планирую заполнить пустоту либо анкерной эпоксидной смолой, либо клеем JB Weld, а затем вставить стальной стержень.

Много лет назад у нас была проблема с изгибом клюшки для ловли морского гребешка. Клюшка, о которой идет речь, представляла собой кусок трубы schedule 80 размером 10 футов на 4 дюйма, основной функцией которого было помогать выгружать мешок, полный морских гребешков, после того, как его доставили на борт. Мы приваряли плоскую заготовку с внешней стороны трубы (противоположно направлению изгиба). Своего рода вариация стропильной системы, упомянутой в предыдущих комментариях. Это не сработало. Затем мы попытались приварить к трубе ферменную конструкцию из стального прута в надежде, что она будет более прочной. Не сработало. В конце концов мы просто залили трубу бетоном, и это решило проблему.

Я использовал бетон для заполнения вертикальных труб ограждения, и это сработало очень хорошо. Бетон предотвращает обрушение (в диапазоне упругих напряжений), то есть работает на сжатие. Это было сделано в обсадной колонне нефтяной скважины, которая подвергается исключительно высоким нагрузкам при обрушении. Вторая обсадная колонна устанавливается концентрически, а в кольцевое пространство заливается цемент. Кроме того, я поместил стальную арматуру в кабелепровод диаметром 1/2 дюйма. Арматура должна плотно прилегать к стенкам, она очень тяжёлая, но прочная.

Стальную трубу можно значительно укрепить, залив в неё раствор (лучше всего подойдёт тип S). Это повысит прочность на сжатие и предотвратит разрушение трубы под нагрузкой. Не могу сказать, полностью ли это удовлетворит вашу цель. Вам придётся попробовать. Бетон содержит крупный заполнитель, и его будет слишком сложно залить в небольшую трубу.

Труба в трубе. В лёгких велосипедах внутри магниевых трубчатых рам часто используется пробковое дерево для придания жёсткости. Подойдет любой материал — от дерева до прутка.

Я столкнулся с похожей проблемой. Я бы посоветовал вам попробовать согнуть трубу вертикально вверх, связав оба её конца верёвками, как в случае с луком. Этот метод похож на базовую конструкцию подвесных мостов. Если вы используете только трубы и не закрепляете на них плоский лист, вам придётся разместить свои вещи на двух изогнутых трубах.

Если предположить, что вы можете закрепить каждый конец трубки на жёсткой раме, то с помощью силы натяжения можно добиться желаемого результата. Например, можно сделать каждую трубку немного короче и закрепить её так, чтобы крепления на каждом конце растягивали трубку. Трубка должна работать как струна в теннисной ракетке.

как насчёт пенополиуретана, который используется для заполнения пустот вокруг кирпичных стен? Он обладает высоким коэффициентом расширения, что позволяет ему легко заполнять ваши трубки, он становится довольно жёстким и обладает отличными адгезионными свойствами, то есть он полностью прилипает к внутренним стенкам трубок, не допуская скольжения одного материала по другому и повышая общую жёсткость за счёт работы всей системы. Я думаю, что это не даст вам желаемого результата, но всё же немного улучшит ситуацию.

Я как-то читал, что труба из ПВХ, заполненная песком, отлично справляется с задачей.

Я не думаю, что существует действительно дешёвое и приемлемое решение. Вы говорите, что хотите уменьшить прогиб примерно до 1/8, а это большая разница. Заполнение труб бетоном увеличит их жёсткость и, следовательно, уменьшит прогиб, но не в 8 раз. Идея Майкла Караса с фермой также не даст увеличения в 8 раз.

Я думаю, вам придётся проявить творческий подход / поискать решение этой проблемы в другом месте:

• Трубы с более толстыми стенками
• Меньший пролет (добавьте промежуточные опоры, подвесьте провода к потолку и т. д.)
• Уменьшите нагрузку на полки (вы не описали проект, но, возможно, одну полку можно сделать более прочной, а остальные — облегченными)

Если вы не можете использовать метод ферм, описанный @michaelkaras, то единственным реальным решением будет переход на трубы с более толстыми стенками или трубы большего диаметра.

Чем бы вы ни заполнили трубку, это вряд ли что-то изменит. Вся прочность трубчатого элемента на изгиб обеспечивается его верхними и нижними элементами. Центральная часть трубки практически не препятствует изгибу.

Как уже отмечали другие, бетон плохо выдерживает растяжение, которое возникает в нижней части сердечника, поэтому в бетонном сердечнике могут появиться трещины, что сделает его бесполезным.

Развивая идею The Evil Greebos, я бы попробовал аэрозольную расширяющуюся пену (она же Great Stuff). Возможно, вам придётся удлинить маленькую насадку с помощью трубки, чтобы добраться до центра. Пена затвердевает и становится довольно жёсткой. Кроме того, она легче, чем герметик.

Вы можете закрепить трубы, как показано на рисунке ниже. Центральный блок помогает поддерживать трубу, когда элемент фермы находится в натянутом состоянии.

Ферму можно изготовить из толстой проволоки или стального стержня с резьбой. Принцип работы будет аналогичен схеме, используемой для широких ступеней деревянной стремянки.

Я бы предложил разместить ферменную проволоку/стержень внутри трубы, но подозреваю, что диаметр трубы в 18 мм слишком мал, чтобы центральная опора в такой схеме была достаточно большой и оказывала существенное влияние.

Я думаю, что подойдёт обычный бетон, но что бы вы ни использовали, вы можете заполнить трубки с помощью пистолета для герметика и насадки для герметика, чтобы было меньше грязи.