Швеллер металлический стальной и алюминиевый относится к конструкционным деталям для промышленного и строительного применения, имеет специфические показатели прочности, позволяющие использовать его в нагруженных ответственных узлах. Виды и размеры швеллеров регламентированы стандартами ГОСТ по типоразмерам (профилям) и особенностям технологии производства.
Классификация швеллеров по основным признакам
К швеллерам принято относить изделия с поперечным профилем П-образного сечения, где полками называют две параллельные грани, образующие характерный открытый зев вместе с широким основанием, задней стенкой изделия. При производстве этого вида металлоизделий применяются стандарты:
- Стальные горячекатаные ГОСТ 8240-89;
- Стальные специальные ГОСТ 19425-74;
- Стальные гнутые равнополочные ГОСТ 8278-75;
- Стальные гнутые неравнополочные ГОСТ 8281-80.
В документах содержатся исчерпывающие сведения о требованиях к изделию, производители продукции могут разрабатывать свои ТУ на основе ГОСТ и выпускать погонаж с отступлениям в пределах допусков или с заданными характеристиками по полученным от заказчика указаниям.
Наибольшее воздействие на свойства швеллеров оказывает технология изготовления, так как гнутые и горячекатаные изделия подвергаются разным воздействиям. Классификация швеллеров, отраженная в стандартах, предполагает следующие основные признаки и особенности:
- равнополочные имеют одинаковую ширину боковых граней, неравнополочные асимметричны в поперечном разрезе, ширина полок отличается;
- с параллельными и наклонным полками (обозначение У) — первые имеют равную толщину полок, вторые с характерным профилем, уменьшающимся от основания полки к вершине со стороны задней стенки;
- горячекатаные — изделия сортового проката, при изготовлении которых металл проходит через валки прокатного стана в разогретом состоянии;
- холодногнутые или гнутые — при формирования профиля заготовка в виде стрипса или листа проходит последовательно несколько изгибов без нагревания.
В силу особенностей технологии принято различать виды швеллеров по характеру изгиба профиля как гнутые U-образные и горячекатаные резкоугольные П-образные. В процессе изгиба и проката возникает характерный профиль с разными радиусами внутреннего и внешнего изгиба от задней стенки к полкам. Независимо от вида и технологии стандарты устанавливают важное требование — полки по наружной поверхности должны быть параллельны друг другу, угол между полками и задней стенкой в поперечном разрезе по осям может быть только прямым.
Установленные стандартами соотношения
В ГОСТ для каждой разновидности швеллеров введены таблицы размеров (типоразмеров). Это типовые соотношения между шириной основания и высотой полок. Стандарт вводит требования к длине — мерные и немерные швеллеры, допустимые характеристики, отклонения от заданной длины и возможность согласования для выпуска изделий с отличающимися характеристиками.
- Внимание к соотношениям сторон объясняется рядом особенностей в области применения и свойствах швеллеров:
- швеллер является конструктивной частью, принимающей нагрузки, распределение сил по длине, в особенности на изгиб, рассчитано, исходя из требований прочности;
- стандартные типоразмеры внесены в базы данных для проектирования, их можно закладывать как типовые элементы металлоконструкций в системах на ПО CAD и аналогах;
- для изделий мерной длины и специальных швеллеров предусмотрены рассчитанные диапазоны нагрузок, в которых учтен собственный вес детали в целом и вес погонного метра швеллера;
- в процессе горячего проката и изгиба металл может частично изменить свойства, что в итоге сказывается на характере нагружения.
В ГОСТ на швеллеры введены таблицы, на которые следует ориентироваться при применении типовых вариантов изготовления. Сортамент швеллеров в целом охватывает все варианты типовых соотношений, ориентированные на строительство и сборку металлоконструкций. При подборе изделий учитывается класс точности и класс прочности, вид стали, прочие указанные характеристики.
Особенности применения в зависимости от типа швеллера
Применение швеллера в строительстве и промышленности формирует ряд требований к деталям конструкций. Для строительных задач с созданием капитальных и несущих ответственных конструкций выпускаются массивные стальные швеллеры, в которых особое значение имеет ребро жесткости. Оно формируется за счет горячего проката с минимальным радиусом перехода от основания к полке. Дополнительная прочность придается профилю с полками типа У — утолщенными в основании. При внесении в проект такого элемента учитывается деформационная прочность и несколько увеличенная масса одного метра изделия.
Строительная практика показывает, что прочный швеллер хорошо работает в конструкциях с длинными пролетами, где нет необходимости увеличивать вес и высоту узла двутавровыми балками. Это решение широко распространено в проектировании мостовых сооружений. Особенностью П-образного профиля считается способность к умеренной упругой деформации на изгиб, которую не обеспечивает профиль двутавра.
Сфера применения швеллера в промышленности — создание несущих каркасов, где требуется уделить внимание соотношению прочности и веса. Например, для сборки вагонов и транспорта применяются требования ГОСТ 19425-1974 и ГОСТ 52671-1990. Массивный стальной швеллер применяют для сборки рам грузовых машин и спецтехники, где важно создать надежное ребро жесткости по линиям предполагаемой деформации на изгиб и разрыв.
Легкие каркасные металлоконструкции для малых архитектурных форм и стационарного оборудования принято изготавливать из гнутых швеллеров ограниченной толщины и немерной длины. Этот вид изделий применяют в сборке фасадных конструкций без значительной нагрузки на изгиб, но с учетом вертикального расположения элемента.
Применение швеллера для определенных задач регламентировано расчетными требованиями к деформационной прочности. В стандартах ГОСТ и ТУ имеются данные по ударной прочности, расчеты деформационной способности. При подборе учитывается материал изготовления — возможности применения сварки (свариваемость стали), особенности механической обработки, использования конфирматов типа болт-гайка (шпилька-гайка). Гнутые и катаные швеллеры обладают разными характеристиками по напряжению в ребре жесткости, что обязательно учитывается в расчете нагружения. Материалом может служить сталь углеродистая и конструкционная, нержавеющая, упрочненная легированная. Отдельно рассматриваются швеллеры из алюминия и сплавов, для них предусмотрены отдельные стандарты и ТУ.
