Стыковка двутавровых балок

• Где применяют двутавровые балки
• Виды стыковки двутавровых балок
• Сварная стыковка
• Сварное соединение с использованием накладок
• Сварное соединение балок под прямым углом
• Болтовая стыковка

Двутавровая балка представляет собой длинномерный стальной профиль, обладающий высокой прочностью на изгиб во всех плоскостях, а также значительным сопротивлением кручению, сжатию и разрыву. Сечение этого жесткого конструкционного элемента сходно с буквой «Н» или с двумя буквами «Т», соединенными друг с другом торцами ножек.

Двутавровая балка имеет две полки и соединяющую их стенку, при этом ширина стенки всегда больше ширины полок. Они выпускаются по двум технологиям:

• Прокатная (горячекатаная). Балка формируется из разогретой до 1100 °C заготовки методом многократного обжима на прокатном стане.
• Сварная. Элемент изготавливается путем сварки предварительно раскроенных листовых заготовок на специальных автоматических линиях.

Где применяют двутавровые балки

Двутавровые балки применяются в следующих отраслях:

• в машиностроении и вагоностроении;
• в подъемно-транспортном оборудовании горных разработок (для армирования шахтных стволов), заводов, мастерских, развлекательных аттракционов;
• в жилищном и промышленном домостроении в качестве межэтажных балок и элементов силового каркаса;
• в строительстве быстровозводимых сооружений и высотных зданий;
• в строительстве мостов, путепроводов и гидротехнических комплексов.

Изделия выпускаются длиной не более 12 метров — ограничение, продиктованное возможностями транспортировки грузов. При использовании в конструкциях практически каждый элемент требует обрезки, удлинения или стыковки с другими в поперечных или иных осях. Поэтому правильные технологии соединений играют важную роль в обеспечении надежности и долговременной эксплуатации конструкций.

Виды стыковки двутавровых балок

По типу обработки деталей они подразделяются на два вида — сварной и болтовой. Также существует соединение клепкой (разновидность болтового соединения), но оно сейчас практически не используется. Давайте подробнее рассмотрим актуальные технологии.

Сварная стыковка

В этом случае двутавровые балки соединяют через прокладку или с помощью накладок. При выборе первой технологии прокладку вырезают из стального листа, сопоставимого по толщине с полками. По сути, это прямоугольная деталь, размеры которой немного больше ширины и высоты сечения балки. Алгоритм действий следующий:

• Два соединяемых отрезка балки укладывают на горизонтальное основание, обеспечивающее соосность свариваемых элементов.
• Их торцы в местах сварки предварительно выравнивают торцовкой под прямым углом.
• На кромках нарезают фаски под углом 45 º для получения более глубокого шва.
• Обе детали и прокладку между ними закрепляют на станине струбцинами и приваривают к прокладке с двух сторон. Обычно после прихватки сначала приваривают полки, а затем стенки.

Практикуется сварка и без снятия фаски. В этом случае сначала детали сцепляют между собой точечной сваркой с зазором в два диаметра электрода, которым будет выполняться основная проварка, и проверяют геометрию стыка. Затем проводят сварное заполнение зазоров.

Преимущества стыковки балок через прокладку — простота и низкая трудоемкость работ. Точной подготовки кромок эта технология не требует.

Сварное соединение с использованием накладок

Соединение балок с помощью накладок значительно прочнее стыка через прокладку, поэтому применяется в ответственных строительных сооружениях. На одно соединение заготавливают четыре прямоугольных накладки — две на стенку (с двух сторон) и две на полки (по одной на каждую). При этом есть несколько особенностей:

• По ширине полочные накладки должны быть не меньше полки, а для детали для стенки должны быть достаточной ширины, чтобы их можно было уложить на нее без образования зазора.
• Накладки на стенке могут быть как прямоугольной, так и ромбической формы — со срезанными углами. При этом оба края накладки должны быть симметричны относительно оси балки.

Технология соединения выглядит следующим образом:

• Оба конца балок торцуют под прямым углом, зачищают кромки на 1 см по каждой плоскости, нарезают на них фаски под углом 45° для более прочного шва.
• Детали закрепляют в торец друг другу с минимальным зазором на станине, прихватывают и проверяют совпадение осевой геометрии.
• Затем сваривают сначала полки, затем стенки.
• На втором этапе сварочные швы полученной балки зачищают шлифовальной машиной, опять устанавливают на станине и закрепляют струбцинами накладки.
• Каждую прижатую накладку обваривают по всему контуру.

Преимущество стыковки балок с использованием накладок заключается в том, что суммарная длина проварок накладок заметно больше длины шва в соединении через прокладку. Именно поэтому накладочная стыковка считается более надежной, она способна выдерживать мощные деформационные нагрузки.

Сварное соединение балок под прямым углом

Чтобы оно было прочным, рекомендуется использовать следующую технологию:

• В верхней полке основной балки вырезать равнобедренный треугольник со сторонами от края полки до стенки.
• Верхнюю полку присоединяемой балки обрезать так, чтобы ее форма соответствовала вырезанному углу основной детали.
• Нижнюю полку стыкуемой балки срезать так, чтобы стенки обеих деталей соприкасались под прямым углом.
• После подгонки стыка, зачистки шлифовальным кругом всех торцов и снятия фаски приступить к сварке. Детали закрепить струбцинами так, чтобы зазор между ними был минимальным. После прихватки и проверки геометрии проварить контуры полок, затем стенок. Для усиления прочности соединения на полки приварить прямоугольные накладки.

Аналогичным способом балки соединяют и под другими углами, при этом вырезы полок формируют шаблонами и подгонкой.

Болтовая стыковка

Эту технологию выбирают, когда требуется разборное соединение. Его собирают на болтах по индивидуальным чертежам или эскизам. Также изготавливают дополнительные детали крепления с отверстиями, которые присоединяют к балкам сваркой. Болты используются как обычные, так и особо прочные. Отверстия при сверловке располагают не ближе, чем в трех диаметрах друг от друга. Также важно, чтобы к элементам конструкции доступ был открыт, не было трудностей с монтажом и демонтажом.

Для преобладающих вибрационных и переменных нагрузок болтовое соединение двутавровых балок считается более прочным. При этом эту прочность легче контролировать, чем в сварном соединении.

Преимущество болтовой стыковки — отсутствие механических напряжений, характерных для сварных стыковок. Недостатки — более высокая цена соединений, которую повышают дополнительные детали, увеличение трудоемкости монтажа и необходимость периодического контроля и ремонта.

Стыковка двутавровых балок — сложная инженерная задача. Выполнять ее можно только по чертежам или под контролем специалистов. Основой для выбора технологии соединения служат требования к надежности конструкции и условия ее использования.