Ваш город
Киев
smc@metinvestholding.com
Написать письмо
smc@metinvestholding.com
0 800 30 30 70
Позвонить
0 800 30 30 70
Заказать звонок
Войти

Зарегистрироваться

Балка стальная: изготовление, виды, особенности и применение

  1. Главная
  2. Статьи
  3. Балка стальная: изготовление, виды, особенности и применение
Балка стальная: изготовление, виды, особенности и применение
Двутавровая балка – распространенный вид стального фасонного проката. Благодаря характерной Н-образной форме поперечного сечения двутавр стальной отлично противостоит сдвиговым деформациям, инертный к интеграции внутренних напряжений и хорошо выдерживает однонаправленный изгиб.
Балка стальная: изготовление, виды, особенности и применение
Метинвест СМЦ
https://metinvest-smc.com/articles/balka-stalnaya-izgotovlenie-vidy-osobennosti-i-primenenie/
2020-04-09 12:30:58
Балка стальная: изготовление, виды, особенности и применение
13 Марта 2020

Двутавровая балка – распространенный вид стального фасонного проката. Благодаря характерной Н-образной форме поперечного сечения она отлично противостоит сдвиговым деформациям, инертна к интеграции внутренних напряжений и хорошо выдерживает однонаправленный изгиб. Такие свойства в сочетании с механической прочностью стали делают металлический двотавр универсальным строительным и конструкционным материалом и обусловили его широкое применение в различных сферах экономики и в народном хозяйстве.

Изготовление балки стальной

Современные металлургические комбинаты выпускают двутавры стальные в обширном сортаменте. И в зависимости от целевого назначения их производят из конструкционных углеродистых и низколегированных сталей, а изготавливают одним из ниже описанных способов.

Метод горячей прокатки

Этот способ изготовления основывается на продольной пластической деформации нагретого металла путем обжатия в черновых и чистовых клетях прокатного стана. Для этого стальная заготовка нагревается в методической печи выше 1000°С и, пройдя окалиноломатель, поступает в прокатный передел. Здесь заготовка прокатывается между симметрично вращающимися валками, которые имеют специальную конфигурацию поверхности, увеличивается в длине и приобретает н-образную форму. После стальной профиль режется на отрезки заданной длины и направляется в холодильник. Уже в остывшем состоянии балка двутавровая проходит правку геометрии полок и отправляется на склад готовой продукции.

Горячая прокатка – это наиболее эффективный и распространенный метод обработки металлов давлением, минимизирующий внутренние напряжения и наличие скрытых дефектов в толще стальной структуры. К тому же он позволяет организовать многоуровневый контроль качества и дефектоскопию. Поэтому горячекатаная стальная балка характеризуется более высокими прочностными показателями и обладает однородной структурой металла.

Метод автоматической сварки

Этот способ является более дешевой и простой альтернативой горячей прокатке, основанный на использовании автоматической сварки. А заключается этот метод в следующем. Листовой прокат или стальные полосы режутся на отрезки заданной длины и ширины, которые потом собираются в единую балку посредством приварки всех элементов на прихватки. Затем полки окончательно привариваются к стенке, как к основанию, с внутренней стороны и с применением автоматической сварки под слоем флюса (SAW или ESW). Таким образом, двутавр металлический сваривается из трех полос в единую конструкцию, которая на финишном этапе проходит правильную машину. При этом сварной шов равномерно идет вдоль каждого стыка полочки и основания, а остывание металла происходит естественным способом. Для удаления технологических следов прокат может подвергаться дополнительной дробеструйной обработке.

Этот метод отличается дешевизной, характеризуется высокой производительностью и позволяет обеспечить довольно высокую точность размеров. Но при всех плюсах термический перегрев стали в зоне образования сварного шва значительно снижает прочностные показатели металлоизделия. Да и неоднородность металла сварного валика также ограничивает возможности его применения в сильно нагруженных конструкциях и в объектах повышенной опасности.

Типы балки стальной

Исходя из вышенаписанного, становится понятно, что двутавр стальной бывает горячекатаным и сварным. Но это далеко не вся классификация его сортамента. Рассмотрим этот вопрос более детально и определим основные типы профиля с учетом формы и размеров полок.

По форме полок

По геометрической конфигурации полочек балка металлическая двутавровая производится с уклоном внутренних граней полок от 6 до 12 процентов и с параллельными гранями полок. Первые бывают только горячекатаными и больше подходят для создания балочных конструкций и горизонтальных перекрытий. Вторые - более универсальны. Они изготавливаются метод горячей прокатки и сварным способом и выпускаются в виде самостоятельных элементов (балок и колонн).

По соотношению размеров

В зависимости от ширины полок, толщины стенки, высоты профиля балка двутавровая стальная с параллельными гранями полок классифицируется на следующие типы:

  • колонная (К);
  • нормальная (Б);
  • узкополочная (У);
  • средне- и широкополочная (Д и Ш соответственно).

Балки с уклоном внутренних граней полок в зависимости от условий применения классифицируются на следующие типы:

  • для подвесных путей (М);
  • для армирования шахтных стволов (С).

Длина двутавровой балки может варьироваться от 4 до 12 метров.

Типоразмеры и ГОСТы

Промышленность требует применения типовых и специальных видов профиля, и стальная балка в этом плане не является исключением. При производстве двутавров из углеродистых сплавов обычного качества, на них распространяется действие ДСТУ 2651:2005/ГОСТ 380-2005, а при использовании легированных сталей уже действует ДСТУ 8541:2015/ ГОСТ 19281-2014. 

Таблица 1. Основные типоразмеры 

Балки двутавровые

Регламентирующий документ 

Характеристики металлопроката

Номер

Высота проката, мм

Ширина полки, мм

Толщина стенки, мм

Горячекатаные с уклоном внутренних граней

ДСТУ 8768-2018/ГОСТ 8239-89

10…60

100…600

55…190

4,5…12

Специальные для подвесных путей

ДСТУ 8807-2018/ГОСТ 19425-74

 

18М…45М

 

180…450

 

90…150

 

7,0…10,5

Специальные для армирования шахтных стволов

 

14С…36С

 

140…360

 

80…140

 

5,5...14

Горячекатаные с параллельными гранями и размером полок:

Нормальные

ГОСТ 26020-83

10Б1…100Б

100…1013

55…320

4,1…19,5

Средние

24Д1…45Д2

239…450

115…180

5,5…7,6

Широкие

20Ш1…70Ш5

193…718

150…320

6,0…23,0

Колонные

20К1…40К5

195…431

200…400

6,5…23,0

При этом стандарты регламентируют также радиусы закругления, угол уклона и симметрию полок. Кривизна стенки и перекос полочек не должны превышать параметров допустимых предельных отклонений. ГОСТ 7566-94 регламентирует процесс упаковки, транспортировки и хранения двотавровых балок.

Особенности и достоинства

Как металлопрокат, балка двутавровая металлическая отлично сваривается всеми видами электродуговой и газовой сварки и хорошо режется автогеном и ленточными пилами. Стойкость к статическим и динамическим нагрузкам позволяет использовать ее для возведения объектов повышенной сложности и в сейсмически опасной зоне.

Механические свойства

Как конструктивный элемент, металлический двутавр отличается невысокой удельной массой и демонстрирует:

  • хорошую стойкость к воздействию атмосферной влаги и слабоагрессивных сред;
  • высокие и идентичные показатели прочности при работе на изгиб, сжатие и растяжение;
  • непроницаемость для жидкой и газовой среды. У стали плотность металла составляет 7,85 т/м3;
  • удовлетворительную чувствительность к знакопеременным колебаниям температуры окружающей среды.

Параметры ударной вязкости, временное сопротивление и предел текучести двутавра определяется маркой используемой стали и его толщиной. При проектировании следует учитывать, что при хорошей устойчивости к силам сжимающего и изгибающего характера, Н-образный профиль двутавра чувствителен к скручивающим деформациям.

Преимущества

  • Невысокая трудоемкость и металлоемкость.
  • Повышенная надежность в эксплуатации вследствие однородности металла.
  • Универсальность. Это отдельный вид проката и при необходимости он режется на тавровый профиль, который также может понадобиться при строительстве и выполнении решетчатых конструкций.
  • Возможность применения различных видов дуговой и газовой сварки и слесарно-механической обработки.
  • Двотавр позволяет вести строительные и монтажные работы по сбору металлоконструкций с высокими темпами производства.

Сфера применения балки стальной

Интересные факты. Метод горячей прокатки сплошной стальной заготовки с целью получения Н-образного профиля впервые в мире был запатентован еще в середине XIX века Альфонсом Хэлбоу – представителем американской компании Forges de la Providence. Но основной бум массового производства двутавра совпал не с периодом индустриализации промышленности, а с началом интенсивного строительства небоскребов, где они стали основным конструкционным материалом.

Промышленное строительство

Для создания горизонтальных, наклонных и вертикальных несущих конструкций в современном строительстве применяется много конструкционных материалов, выполненных из дерева или бетона, но стальные балки перекрытия всегда в приоритете. Такая популярность обусловлена не только высокими механическими свойствами, но и отличной индустриальностью проката. Он изготавливается на специализированных промышленных мощностях, а резаться, свариваться и собираться в металлоконструкции и закладываться, как несущий элемент, может непосредственно на площадке. Поэтому из профиля наиболее часто выполняют мачты и монорельсы, а также каркасы зданий и сооружений:

  • ангаров и аэродромов;
  • пешеходных переходов;
  • фабрик, заводов и цехов;
  • эстакад и смотровых площадок;
  • верфей и доков для морских и речных судов.

При изготовлении резервуаров для хранения горючих жидкостей, бункеров военно-промышленного и аграрного назначения, морских нефтегазодобывающих платформ, временных и быстровозводимых зданий для проживания вахтенных рабочих также используется балка стальная двутавровая. Это один из лучших материалов для армирования стволов метро и шахтных капитальных выработок и для создания сварных конструкций, эксплуатируемых в условиях:

  • статической нагрузки с присутствующими растягивающими напряжениями: несущие балки, перекрытия и фермы;
  • динамических и подвижных циклических нагрузок: подкрановые и хребтовые балки, подвесные пути и мостовые конструкции;
  • сжимающих статических нагрузок. Для этой группы в основном используется колонный и свайный класс профиля.

Гражданское строительство

Балка стальная двотавровая используется при возведении многоэтажных и высотных общественных зданий, многоквартирных жилых домов и быстровозводимых построек. А также при строительстве:

  • плавательных и спортивных бассейнов;
  • выставочных и торговых павильонов;
  • подземных паркингов и гаражей;
  • искусственных островов и дамб;
  • велотреков и стадионов;
  • причалов и пирсов.

Простые обыватели также используют стальной двутавр в собственном хозяйстве. Он в значительной мере упрощает проведение работ по созданию:

  • площадок для барбекю;
  • погребов подполов и подвалов;
  • гаражей и навесов хозяйственного назначения;
  • оснований под плитный фундамент и садовые беседки.

Из него получаются отличные опорные стойки для создания барьерных ограждений и заборов. А также остов для крупногабаритных ворот, шпунтовые сваи и монтажные стойки.

Машиностроение

Из-за Н-образной формы и прочностных характеристик двутавровая балка часто используется в качестве материала для изготовления станин станочного оборудования: металлорежущих и деревообрабатывающих станков, кузнечных прессов, аллигаторных и гильотинных ножниц, установок ультразвуковой обработки, компрессорных и вентиляторных установок.

Также производители предпочитают купить двутавр для производства рам вагонов и железнодорожных платформ, клетей производственного оборудования.