Швеллер и двутавр: основные отличия и сферы применения
Два широко распространенных вида профильного металлопроката — швеллер и двутавр имеют существенные отличия в форме, характере восприятия нагрузок и особенностях применения. Для их производства и классификации предусмотрены отдельные стандарты — швеллер выпускается по ГОСТ 8240 и 19425 и имеет П-образную форму, Н-образный двутавр регламентирован ГОСТ 8239 и ГОСТ 26020.
Конструктивные и функциональные отличия швеллера и двутавра
В чем разница между швеллером и двутавром, можно понять при визуальном изучении проката — поперечное сечение имеет разную форму. Но отличия на этом не заканчиваются. Есть несколько признаков, по которым можно найти целый ряд существенных отличий:
- технология производства — для выпуска швеллера можно применить горячий и холодный прокат, для двутавра применяется сборочный метод, сваривание двух тавров;
- особенности формы — помимо разных полных профилей существенно отличаются профили частей конструкции, например, форма полки и конфигурация углов;
- характер восприятия нагрузки и распределения усилий внутри детали, тип взаимодействия с другими частями конструкции;
- область применения как строительной детали и части металлоконструкций промышленного назначения.
Отличия швеллера и двутавра имеют решающее значение при выборе детали для включения в проекты, в частности, соотношение массы одного погонного метра и всего изделия при сравнительно близких размерах.
Двутавр — основные характеристики и размерный ряд
Н-образная двутавровая балка обычно имеет длину 4 - 12 м с разными соотношениями толщины полок и шейки. Как правило в типовых вариантах исполнения горизонтальные полки имеют больший вес, чем вертикальная шейка. Для изготовления двутавровой балки необходимо сварить продольно два тавра, тщательно контролируя шов и не допуская деформации детали. Изготовить двутавр только прокаткой технологически крайне сложно, так как распределение металла между вальцами при таком поперечном сечении будет неравномерным.
В производстве строительного двутавра обычно используются марки стали с хорошими показателями свариваемости. Допускается использовать технологию холодного деформирования для получения тавров, которые будут сварены между собой.
Швеллер — основные характеристики и размерный ряд
Длина швеллера (мерного и немерного) находится в пределах 6 - 12 м при высоте стенки 50 - 200 мм (до 400 мм) и толщине 0,4 - 1,5 мм. Из-за применения двух разных технологий могут возникать отличия между швеллерами:
- при горячей прокатке получают деталь с минимальной окружностью внутренних и внешних профилей сгиба;
- холодная прокатка швеллера позволяет получить деталь с округлыми изгибами внутри поперечного профиля;
- полученные при холодной прокатке швеллеры можно калибровать с высокой точностью, применяя минимальные допуски по гладкости поверхности и размерам;
- горячекатаные изделия стоят дороже, но характеризуются меньшей точностью в размерах, так как металл подвергается нагреву, остыванию, рекристаллизации.
По стандарту выпускаются швеллеры с разной толщиной полок — боковые грани могут расширяться в направлении основания. Это придает изделию дополнительную прочность.
Что можно обнаружить при сравнении швеллера и двутавра
Сравнение швеллера и двутавра по свойствам показывает, что эти детали рассчитаны на разные профили нагрузок и распределения усилий. Швеллер имеет два ребра жесткости, позволяющих противостоять сжатию больше, чем нагрузке на изгиб. Этот элемент используется как горизонтальный и наклонный, иногда как несущий в конструкциях с небольшим вертикальным усилием.
Двутавровая балка характеризуется большей устойчивостью в горизонтальном положении, она хорошо держит нагрузки в перекрытиях и мостовых конструкциях. Ее центр тяжести находится почти на продольной оси, в отличие от швеллера, где большая часть массы приходится на ось широкого основания, при этом центр тяжести может располагаться вне толщи металла.
Двутавр и швеллер при одинаковых размерах и примерно одинаковой толщине металла оказывают разное воздействие на связанные части конструкции. Из-за формы двутавр весит больше, соответственно, больше нагружает несущие опоры, но сам держит большие нагрузки в горизонтальном положении. Этим объясняется его активное применение в строительстве, Швеллер более гибкий и легкий, его выгоднее использовать в сборке металлоконструкций, где важно снизить вес металла. Эта особенность крайне важна в машиностроении. Как несущая деталь швеллер может применяться при ограничении веса и деформирующих усилий. При боковых перпендикулярных нагрузках швеллер проявляет больше устойчивости, при вертикальных предпочтение отдается двутавру. Для увеличения прочности допускается сваривание вдоль двух швеллерных профилей, образующих короб. Сравнение показывает, что у этих деталей разные области применения, так как сопротивление деформирующим усилиям существенно отличается из-за формы профиля.