Ваш город
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/ru/articles/balka-stalnaya-izgotovlenie-vidy-osobennosti-i-primenenie/
2020-11-23 11:50:19
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 нижеописанных 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 постепенно приобретает Н-образную форму. После стальной профиль режется на отрезки заданной длины и направляется на холодильник – специальную зону прокатного стана для охлаждения готовых профилей. 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 стального изделия. 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 в сравнении со сварным вариантом.

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 полки 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 и широкую номенклатуру выпускаемых изделий. 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 полок 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 методом 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 специального назначения 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 проката из углеродистых сталей обычного качества на них распространяется действие ДСТУ 2651/ГОСТ 380, а при использовании легированных сталей уже действует ДСТУ 8541/ ГОСТ 19281. 

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/ГОСТ 8239

10…60

100…600

55…190

4,5…12

Специальные для подвесных путей

ДСТУ 8807/ГОСТ 19425

 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

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 полок не должны превышать параметров допустимых предельных отклонений. ГОСТ 7566 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.
  • Ведение строительных и монтажных работ 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 технологичностью 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.