Двутавровая балка (двутавр) – фасонный металлопрокат, изготовляемый из различных марок низколегированной и углеродистой стали. Изделие имеет стандартный профиль с сечением, напоминающим букву «Н», лежащую на боку. Такая форма профиля делает металлоизделие прочнее и жёстче балки квадратного сечения, а также швеллера. При расчёте нагрузок следует помнить, что, как и у всех открытых сечений, сопротивляемость скручиванию у двутавровой балки очень мала.

Области применения

Двутавр применяется в следующих областях:

  • При строительстве жилых, промышленных, общественных и других строений в качестве перекрытий.
  • При возведении мостов, инженерных сооружений, колонных и несущих металлоконструкций.
  • В горнодобывающей отрасли для армирования выработок и стволов шахт.
  • В качестве опор для подвесных путей.
  • В вагоностроении и автопроме.

Также балки применяются в других ответственных конструкциях, где от несущих элементов требуется повышенная сопротивляемость нагрузкам и прочность.

Преимущества

К преимуществам двутавра относят следующие факторы:

  • Применение балки позволяет существенно снизить вес перекрытий и опорных конструкций, сохранив при этом несущие способности.
  • Удобство транспортировки и монтажа изделий.
  • Выбор оптимально подходящего способа соединения конструкций: болтами, заклёпками или сваркой.
  • Возможность изготовления этого вида металлопроката по спецзаказу с учётом необходимых размеров и сферы назначения.

Дополнительное преимущество сварных двутавровых балок – возможность изготовления изделий, имеющих несимметричное или специальное расположение полок.

Технические стандарты

Требования к производству, эксплуатации, маркировка, сортамент и основные характеристики двутавровых балок регламентируется следующей документацией:

В дополнение к действующим государственным стандартам, применяются следующие технические условия, применяемые некоторыми производителями:

Виды и технические характеристики

Рассмотрим основные виды горячекатаной двутавровой балки.

Стальная специальная двутавровая балка

В соответствии с ГОСТ 19425–74 выпускаются горячекатаные балки следующего назначения:

  1. Для армирования шахтных стволов (С).
  2. Для подвесных путей (М).

Изделия специального назначения выпускаются с высокой (А) и обычной (В) точностью. Максимально допустимый уклон полок для балок М составляет 12%, а для изделий с маркировкой С – 16%.

Форма поперечного сечения представлена на чертеже, а основные размеры собраны в таблице.

Предельные отклонения линейных размеров не должны превышать параметров, указанных в таблице.

Длина изделия зависит от типа заказа и может составлять от 4 до 13 метров. Допустимая кривизна профиля обычной прочности не должна превышать 0,2% от общей длины, а высокой точности – не более 0,15%.

Балка горячекатаная

ГОСТ 8239–89 регламентирует сортамент двутавров с уклоном в пределах 6–12% внутренних граней полок. Точность проката изделий устанавливается: (Б) – повышенная, (В) – обычная. Длина выпускаемой балки составляет от 4 до 12 метров.

На чертеже представлен профиль сечения данных изделий.

Размерные характеристики двутавров представлены в таблице.

Допустимые отклонения профиля по форме и размерам не должны превышать значений, указанных в таблице. Условные обозначения приведены на чертеже.

Двутавры с параллельными гранями

Производство горячекатаных изделий с параллельными гранями осуществляется по ГОСТ 26020–83. В зависимости от условий применения балки производятся четырёх типов:

  1. нормальные (Б);
  2. колонные (К);
  3. широкополочные (Ш);
  4. дополнительная серия (Д).

Поперечное сечение профиля и условные обозначения приведены на рисунке.

Основные размеры изделий по типам и их обозначения собраны в таблицах.

Допустимые отклонения по форме и размерам указаны в таблице.

Двутавры производятся длиной от 6 до 24 метров.

Обратите внимание! Все двутавровые балки любого типа выпускаются мерной, кратной мерной и немерной длины.

Технология производства

Горячекатаные балки изготавливаются на металлургических заводах на прокатном стане. Разогретая до пластичной температуры заготовка (сляб или слиток сплошного сечения) проходит через ряд валов, жёстко закреплённых на стане. В процессе проката заготовки перемещаются по роликовому конвейеру, постепенно приобретая заданную форму. На выходе получается двутавровая балка горячекатаная, то есть, полученная из одного «куска» металла. На таком изделии отсутствуют швы и рёбра жёсткости.

Метод горячего проката позволяет наладить выпуск однотипных изделий с высокой производительностью. С другой стороны, прокатный стан – дорогостоящее и сложное оборудование. Переналадить его на изготовление другой продукции – длительный и трудоёмкий процесс, требующий не только калибровки валов, но и пробного проката. Поэтому методом горячего проката производится продукция чётко заданных параметров, пользующаяся постоянным спросом.

Кроме этого, после остывания изделия требуют дополнительной механической очистки, так как на поверхности остаётся много окалины.

Сварные двутавры

Основной недостаток горячекатаных двутавров – ограниченность размеров: ширины полки и общей длины изделия. Для решения этой проблемы изготавливаются сварные двутавровые балки. Производство осуществляется согласно утверждённым техническим условиям и стандартов организации, разработанных на основе действующих ГОСТов. Один из применяемых нормативных документов – ТУ У 01412851.001–95.

Преимущества и особенности сварных балок:

  • Возможность изготовления двутавра неправильной формы, переменного сечения, с непараллельными или несимметричными полками.
  • Подбор оптимально сбалансированного сечения позволяет до 10% снизить вес металлоконструкций.
  • Уменьшение расхода металла за счёт того, что большинство изделий изготавливается на заказ по заранее составленным размерам.
  • Возможность использования различных марок стали в процессе изготовления.
  • Практически отсутствуют ограничения в размерах: ширине полки, высоте и длине изделия.

Обратите внимание! Грамотное сочетание различных металлов, точности размеров и других преимуществ сварных изделий позволяет снизить себестоимость металлоконструкций до 5–10%.

Марки и размерные характеристики

Профиль сечения и условные обозначения указаны на рисунке, а марки и размеры сварных двутавров собраны в таблице.

Сфера применения

Выбор типа двутавровых балок и других элементов металлоконструкций осуществляется на стадии проектирования объекта. Благодаря высоким прочностным характеристикам и широкому размерному ряду, сварные балки применяются для возведения:

  • Опор мостов, эстакад, виадуков и других путепроводов.
  • Пролётов большой протяжённости производственных цехов и ангаров.
  • Подкрановых балок.
  • Несущих конструкций промышленных и объектов иного назначения (фундамент, каркас, перекрытия).
  • Строительство каркасных металлоконструкций любого размера и назначения.

Технология изготовления

Сварная технология производства двутавров позволяет использовать для изготовления не сплошные заготовки, а листы металла. При этом для изготовления отдельных участков балки могут использоваться различные марки стали. Например, для элементов с расчётными высокими нагрузками, используют сталь повышенной прочности, а для элементов с незначительными нагрузками – низкоуглеродистые заготовки.

При помощи сварного метода изготавливаются перфорированные, тонкостенные, усиленные, а также балки с разными полками, переменным сечением и высотой. Применение сварной технологии позволяет уменьшать металлоёмкость (а, следовательно, и вес) изделий не только перфорацией стенок, но и за счёт уменьшения количества отходов при монтаже конструкций.

Балки изготавливаются на современном оборудовании – автоматизированных линиях, состоящих из нескольких операционных станков. При этом использование подъёмной техники сведено к минимуму: для поворота заготовок в процессе производства используется кантователь, а изделие между станками перемещается по рольгангу.

Изготовление состоит из следующих этапов и технологических операций:

  1. Подготовка заготовок полок и стенок. В качестве материала для заготовок используется листовой прокат (стальные листы) подходящей марки стали и толщины. Операция роспуска листов производится на станке газоплазменной резки с ЧПУ, что позволяет добиться высокой точности и скорости реза.
  2. Заготовки подаются на фрезеровочный станок, где обрабатываются кромки. Эта дополнительная операция не отнимает много времени, но существенно улучшает качество сварного шва, а также упрощает сборку конструкции.
  3. Подача заготовок на сборку, которая проходит в два этапа. Сначала проводится предварительная сборка изделия при помощи специального механизма. Точная сборка с соблюдением размеров происходит на сборочном стане с гидравлическими прижимами под управлением ЧПУ. Здесь же осуществляется «прихват» полок к стенкам при помощи контактной сварки.
  4. Собранная при помощи точечных прихваток балка подаётся на сварочную площадку, где производится дуговая сварка изделия под флюсом. В зависимости от типа используемого оборудования, сварочных площадок может быть несколько (на каждой выполняется сварка с одной стороны) или одна, выполняющая двустороннее сваривание.
  5. В процессе сваривания металл нагревается, что вызывает незначительное искривление полок. Это вполне естественный производственный момент, который исправляется операцией выравнивания. Выпрямление полок производится на кромковыпрямляющем станке с роликами.

Несмотря на большое количество операций, производство сварных балок – полностью автоматизированный процесс.

Основные производители

Изготовлением двутавровых балок занимаются следующие предприятия.

НТМК – Нижнетагильский меткомбинат, входящий в международный консорциум Evraz Group. Предприятие представляет собой металлургический комплекс, оснащённый современным оборудованием по производству конвертерной стали. Высокотехнологичная прокатная линия позволяет выпускать широкий ассортимент металлопроката: двутавры, уголки, швеллер, шпунт и другую продукцию.

Ещё одно предприятие, входящее в Evraz Group и выпускающее двутавровые балки – ЗСМК (Западно-Сибирский меткомбинат). В производственные мощности завода входит электросталеплавильный цех, который оборудован двумя машинами для литья заготовок.

ООО «ЛИЗСК» – Липецкий завод инновационных технологий специализируется на производстве сварного двутавра в промышленных масштабах. Высокотехнологичная линия позволяет изготавливать до 2 тыс. тонн балки различного размера.

Тульский Завод Металлоконструкций в ассортименте своей продукции имеет металлопрокатную и сварную продукцию. Кроме изготовления, компания оказывает услуги по покраске, доставке и монтажу готовых изделий на производственных объектах заказчика.

ООО «ТяжМет» – белорусская компания, выпускающая сварной двутавр и другие металлоконструкции на современной производственной линии под управлением ЧПУ.