Балка сталева: виготовлення, види, особливості та застосування

Двотаврова балка - поширений вид сталевого фасонного прокату. Завдяки характерній Н-образній формі поперечного перерізу вона відмінно протистоїть зсувним деформаціям, інертна до інтеграції внутрішніх напружень і добре витримує односпрямований вигин. Такі властивості в поєднанні з механічною міцністю сталі роблять двутавр сталевий універсальним будівельним і конструкційним матеріалом і зумовили його широке застосування в різних сферах економіки і в народному господарстві.

Виготовлення балки сталевої

Сучасні металургійні комбінати випускають двутаври сталеві в великому сортаменті. І в залежності від цільового призначення їх виробляють з конструкційних вуглецевих і низьколегованих сталей, а виготовляють одним з нижчеописаних способів.

Метод гарячої прокатки

Цей спосіб виготовлення грунтується на поздовжній пластичній деформації нагрітого металу шляхом обтиску в чорнових і чистових клітях прокатного стану. Для цього сталева заготовка нагрівається в методичній печі вище 1000°С і, пройшовши окаліноломатель, надходить в прокатний переділ. Тут заготівля прокатується між симетрично обертовими валками, які мають спеціальну конфігурацію поверхні, збільшується в довжині і поступово набуває Н-подібної форми. Після сталевий профіль ріжеться на відрізки заданої довжини і направляється на холодильник – спеціальну зону прокатного стана для охолодження готових профілей. Вже в охолодженому стані балка двотаврова проходить правку геометрії полиць і відправляється на склад готової продукції.

Гаряча прокатка - це найбільш ефективний і поширений метод обробки металів тиском, що мінімізує внутрішні напруги і наявність прихованих дефектів в товщі сталевого виробу. До того ж він дозволяє організувати багаторівневий контроль якості і дефектоскопію. Тому гарячекатана сталева балка характеризується більш високими показниками міцності і володіє однорідною структурою металу у порівнянні зі зварним варіантом.

Метод автоматичного зварювання

Цей спосіб є більш дешевою і простою альтернативою гарячої прокатки, заснований на використанні автоматичного зварювання. А полягає цей метод в наступному. Листовий прокат або сталеві смуги ріжуться на відрізки заданої довжини і ширини, які потім збираються в єдину балку за допомогою приварювання всіх елементів на прихватки. Потім полки остаточно приварюються до стінки, як до основи, з внутрішньої сторони і з застосуванням автоматичного зварювання під шаром флюсу (SAW або ESW). Таким чином, двутавр металевий зварюється з трьох смуг в єдину конструкцію, яка на фінішному етапі проходить правильну машину. При цьому зварний шов рівномірно йде уздовж кожного стику полиці і основи, а охолодження металу відбувається природним способом. Для видалення технологічних слідів прокат може піддаватися додатковій дробеструменевій обробці.

Цей метод відрізняється дешевизною, характеризується високою продуктивністю і дозволяє забезпечити досить високу точність розмірів й широку номенклатуру виготовляємих виробів. Але при всіх плюсах термічний перегрів сталі в зоні утворення зварного шва значно знижує показники міцності металовиробу. Та й неоднорідність металу зварного валика також обмежує можливості його застосування в сильно навантажених конструкціях і в об'єктах підвищеної небезпеки.

Типи балки сталевої

Виходячи з вищенаписаного, стає зрозуміло, що двутавр сталевий буває гарячекатаним і зварним. Але це далеко не вся класифікація його сортаменту. Розглянемо це питання більш детально і визначимо основні типи профілю з урахуванням форми і розмірів полиць.

За формою полиць

За геометричної конфігурації полиць балка металева двотаврова виробляється з ухилом внутрішніх граней полиць від 6 до 12 відсотків і з паралельними гранями полиць. Перші бувають тільки гарячекатані і більше підходять для створення балкових конструкцій і горизонтальних перекриттів. Другі - більш універсальні. Вони виготовляються методом гарячої прокатки і зварним способом і випускаються у вигляді самостійних елементів (балок і колон).

За співвідношенням розмірів

Залежно від ширини полиць, товщини стінки, висоти профілю балка двотаврова сталева з паралельними гранями полиць класифікується на наступні типи:

• колонна (К);
• нормальна (Б);
• узкополочная (У);
• середньо- і широкополочна (Д і Ш відповідно).

Балки з ухилом внутрішніх граней полиць спеціального призначення залежно від умов застосування класифікуються на наступні типи:

• для підвісних шляхів (М);
• для армування шахтних стволів (С).

Довжина двотаврів може варіюватися від 4 до 12 метрів.

Типорозміри і ГОСТи

Промисловість вимагає застосування типових і спеціальних видів профілю, і сталева балка в цьому плані не є винятком. При виробництві прокату з вуглецевих сталей звичайної якості, на них поширюється дія ДСТУ 2651/ГОСТ 380, а при використанні легованих сталей вже діє ДСТУ 8541/ГОСТ 19281 

Основні типорозміри

При цьому стандарти регламентують також радіуси заокруглення, кут ухилу і симетрію полиць. Кривизна стінки і перекіс полиць не повинні перевищувати параметрів допустимих граничних відхилень. ГОСТ 7566 регламентує процес упаковки, транспортування і зберігання двотаврових балок.

Особливості та переваги

Як металопрокат, балка двотаврова металева відмінно зварюється усіма видами електродугового і газового зварювання і добре ріжеться автогеном і стрічковими пилками. Стійкість до статичних і динамічних навантажень дозволяє використовувати її для зведення об'єктів підвищеної складності і в сейсмічно небезпечній зоні.

Механічні властивості

Як конструктивний елемент, металевий двотавр відрізняється невисокою питомою масою і демонструє:

• хорошу стійкість до впливу атмосферної вологи і слабоагресивних середовищ;
• високі і ідентичні показники міцності при роботі на вигин, стиск і розтяг;
• непроникність для рідкого і газового середовища. У сталі щільність металу становить 7,85 т/м3;
• задовільну чутливість до знакозмінних коливань температури навколишнього середовища.

Параметри ударної в'язкості, тимчасовий опір і межа плинності сталевих двотаврових балок визначаються маркою використовуваної сталі і його товщиною. При проектуванні слід враховувати, що при хорошій стійкості до сил стискаючого і згинального характеру, Н-подібний профіль чутливий до деформацій скручення.

Переваги

• Невисока трудомісткість і металоємність.
• Підвищена надійність в експлуатації внаслідок однорідності металу.
• Універсальність. Двотавр - це окремий вид прокату і при необхідності він ріжеться на тавровий профіль, який також може знадобитися при будівництві та виконанні ґратчастих конструкцій.
• Можливість застосування різних видів дугового і газового зварювання і слюсарно-механічної обробки.
• Ведення будівельних та монтажних робіт зі збору металоконструкцій з високими темпами виробництва.

Сфера застосування балки сталевий

Цікаві факти. Метод гарячої прокатки суцільної сталевої заготовки з метою отримання Н-подібного профілю вперше в світі був запатентований ще в середині XIX століття Альфонсом Хелбоу - представником американської компанії Forges de la Providence. Але основний бум масового виробництва двотавру збігся ні з періодом індустріалізації промисловості, а з початком інтенсивного будівництва хмарочосів, де вони стали основним конструкційним матеріалом.

Промислове будівництво

Для створення горизонтальних, похилих і вертикальних несучих конструкцій в сучасному будівництві застосовується багато конструкційних матеріалів, виконаних з дерева або бетону, але сталеві балки перекриття завжди в пріоритеті. Така популярність обумовлена ​​не тільки високими механічними властивостями, але і відмінною технологічністю прокату. Він виготовляється на спеціалізованих промислових потужностях, а різатися, зварюватись і збиратися в металоконструкції і закладатися як несучий елемент може безпосередньо на майданчику. Тому з профілю найбільш часто виконують щогли і монорельси, а також каркаси будівель і споруд:

• ангарів і аеродромів;
• пішохідних переходів;
• фабрик, заводів і цехів;
• естакад і оглядових майданчиків;
• верфей і доків для морських і річкових суден.

При виготовленні резервуарів для зберігання горючих рідин, бункерів військово-промислового і аграрного призначення, морських нафтогазовидобувних платформ, тимчасових і швидкомонтованих будинків для проживання вахтових робітників також використовується балка сталева двотаврова. Це один з кращих матеріалів для армування стовбурів метро і шахтних капітальних виробок і для створення зварних конструкцій, що експлуатуються в умовах:

• статичного навантаження з присутніми напруженнями, що розтягуються: несучі балки, перекриття та ферми;
• динамічних і рухливих циклічних навантажень: підкранові і хребтові балки, підвісні шляхи і мостові конструкції;
• статичних навантажень, що стискаються. Для цієї групи в основному використовується колонний і свайний клас профілю.

Цивільне будівництво

Балки сталеві двотаврові використовуються при зведенні багатоповерхових і висотних громадських будівель, багатоквартирних житлових будинків і швидкомонтованих будівель. А також при будівництві:

• плавальних і спортивних басейнів;
• виставкових і торгових павільйонів;
• підземних паркінгів і гаражів;
• штучних островів і дамб;
• велотреків і стадіонів;
• причалів і пірсів.

Прості обивателі також використовують сталевий двотавр у власному господарстві. Він значною мірою спрощує проведення робіт по створенню:

• майданчиків для барбекю;
• льохів, підпілля і підвалів;
• гаражів і навісів господарського призначення;
• підстав під плитний фундамент і садові альтанки.

З нього виходять відмінні опорні стійки для створення бар'єрних огороджень і заборів. А також остов для великогабаритних воріт, шпунтові палі і монтажні стійки.

Машинобудування

Через Н-подібну форму і міцность профіль часто використовується в якості матеріалу для виготовлення станин верстатного обладнання: металорізальних і деревообробних верстатів, ковальських пресів, алігаторних і гільйотинних ножиць, установок ультразвукової обробки, компресорних і вентиляційних установок.

Також виробники віддають перевагу купити двутавр для виробництва рам вагонів і залізничних платформ, клітей виробничого обладнання.