Соединение балок на сварке

Обновлено: 04.10.2024

Двутавр, он же двутавровая балка – один из самых востребованных в строительстве видов металлопроката. Его геометрия позволяет выдерживать большие продольные и поперечные нагрузки, поэтому двутавр широко применяется при монтаже металлоконструкций, в том числе, и ответственных. Однако, независимо от варианта использования, прочность итогового металлокаркаса зависит не только от параметров и характеристик самого проката, но и от правильности и метода его соединения между собой.

Методы соединения двутавровых балок

Их монтаж может производиться двумя способами: сваркой или болтовым соединением. Правильно произведенная сварка позволяет получить прочную, надежную конструкцию, но в ряде случаев могут использоваться и болтовые или клепочные соединения, поскольку сам по себе сварной шов является местом концентрации напряжений в конструкции.

Сварка двутавра

Сварка может использоваться в двух ситуациях: соединении двутавра встык при необходимости удлинения балки (например, при монтаже пролетов) или при перекрестном креплении второстепенной балки к основной. Сварка встык производится двумя способами.

Через прокладку

Между концами расположенных в одной плоскости двутавров помещается стальная пластина, по размерам выходящая за границы их профиля. Приварка пластины осуществляется угловым швом с двух сторон. Таким же способом может производиться монтаж проката с разными размерами.

Среди преимуществ: относительная простота – необходимо лишь соблюсти прямизну продольной оси, и высокая скорость монтажа, поскольку выполнять предварительную разделку кромок не требуется.

С накладками

Для дополнительного усиления места соединения могут применяться накладки. Для этого кромки стенки (основания) и полок предварительно скашиваются для обеспечения качественного провара. Прокат проваривается по периметру с соблюдением прямизны продольной оси. На верхнюю и нижнюю плоскость полок, а также на боковины стенки струбцинами крепятся накладки из листовой стали. Их форма может быть прямоугольной или, для большего удобства, ромбовидной с обязательным соблюдением симметричности формы относительно продольной оси. Заключительный этап – обварка накладок по периметру.

Оба способа используются лишь в тех случаях, когда конструкция является неответственной, а нагрузка на место соединения будет незначительной.

Сварка с второстепенной балкой

Этот метод соединения двутавра используется при возведении перекрытий и несущих конструкций, при этом, несмотря на заметно большую прочность и надежность, выполняется он почти так же просто, как и предыдущий.

В верхней полке основной балки производятся вырезы в форме равностороннего треугольника, к нижней полке приваривается накладка. Верхней полке дополнительной балки придается форма треугольника, соответствующая форме вырезов в основной. Ее нижняя полка срезается на длину, равную расстоянию до стенки основного двутавра.

Монтаж всей конструкции производится поочередно: сначала монтируются основные двутавры, затем к ним пристыковываются и привариваются дополнительные.

Болтовое соединение

Этот метод, в отличие от предыдущего, является разъемным, поэтому используется, в основном, там, где может потребоваться демонтаж конструкции. Производится с помощью накладок. Практически аналогично болтовому – соединение на заклепках, но демонтаж части конструкции в этом случае требует разрушения крепежа.

Простота сборки – особой квалификации от рабочего не требуется.
В месте крепления отсутствуют остаточные напряжения, свойственные сварному шву.
Проверка качества места соединения гораздо проще, чем проверка качества сварки.
Устойчивость к ударным нагрузкам и вибрациям.

Необходимость периодической проверки болтовых соединений и их подтяжки, что в определенных случаях достаточно сложно или и вовсе невозможно.
Больший расход металла и трудоемкость работ.
Постепенный износ соединений из-за коррозии болтов.

В целом, технология соединения двутавров с помощью болтов практически полностью аналогична сварке с накладками. Дополнительно требуется лишь соблюдать:

Расстояния между центрами отверстий – они должны быть не менее 3 диаметров заклепок.
Размеры головок болтов и гаек – расстояния между ними должны быть достаточны для удобства работы инструментом.

Как уже отмечалось выше, в строительстве используются оба варианта. Выбор в сторону одного из них всегда основывается на дополнительных требованиях к надежности конструкции и условиях ее эксплуатации.

Способы и правила соединения двутавровых балок

Двутавровые балки редко используют в малоэтажном строительстве, но часто применяют при возведении производственных или многоэтажных зданий различного назначения. При этом иногда для проведения строительных работ требуется соединить две балки. В этом случае для обеспечения надежности соединения нужно соблюдать некоторые правила.

Какие балки выпускают производители и где их используют

Балки могут быть сварными и горячекатаными. Наиболее востребованными считаются горячекатаные. Благодаря монолитности они отличаются высокой прочностью и надежностью. Производители выпускают несколько видов такого проката длиной от 4 до 15 м:

Наиболее распространенный – нормальный (обозначается литерой «Б»). Их используют для строительства зданий, мостов, эстакад, применяют в машино- и вагоностроении.
Широкополочный (обозначается литерой «Ш») имеет более широкие полки по сравнению с нормальным. Его используют в металлоконструкциях, эксплуатирующихся при высоких нагрузках.
Колонный (обозначается литерой «К») отличается увеличенной толщиной стенки и полок. Его применяют при монтаже опорных конструкций или колонн.
Свайный (обозначается литерой «С») может иметь параллельные или расположенные под углом полки. Такой металлопрокат чаще всего используют для армирования шахт.
Специальный металлопрокат, изготавливаемый по индивидуальным заказам, обозначают литерами «ДБ» или «ДК».

Как соединяют двутавровые балки

Есть два способа соединения балок: сваркой и с помощью болтовых соединений.

Как соединяют двутавровые балки с помощью сварки

Если балку необходимо удлинить, ее соединяют встык. Для этого сначала подготавливают стыкуемые кромки: фрезеруют и снимают с них фаску. Фрезеровка нужна для выравнивания кромок и обеспечения равномерного зазора между ними, а разделка кромок – для обеспечения полного провара сварного шва. Далее балки сваривают между собой, обеспечив зазор при стыковке 1–2 мм.

Место соединения можно дополнительно усиливать с помощью накладок. Для этого из листового металла вырезают прямоугольные детали. Толщину накладок следует подбирать равной толщине стенки балки. Далее накладками закрывают сварочные швы на верхней и нижней полках, а также с обеих сторон стенки. После этого их обваривают по периметру.

Такой способ соединения используют для неответственных конструкций, которые не подвергаются высоким нагрузкам.

Так схематично можно изобразить сварное соединение двутавровых балок. Катеты швов и геометрические параметры накладок зависят от геометрических характеристики балок

В других ситуациях двутавровые балки нужно соединить под прямым углом. В этом случае одна из них является главной и несет основную нагрузку, а вторая считается второстепенной. Чтобы соединить балки, на верхней полке главной делают вырез в форме равнобедренного треугольника с вершиной в 90°.

Затем готовят второстепенную балку. На торце верхней полки размечают ее центр и от него делают два косых среза под углом 45°. Это обеспечит стыковку верхних полок обеих балок по принципу «папа-мама».

После этого с торцевой стороны второстепенной балки срезают часть нижней полки на ½ ее ширины. При стыковке балок этот срез упрется в нижнюю полку главной балки. Теперь остается состыковать подготовленные балки и обварить место стыка по периметру. Чтобы шов получился надежным и был обеспечен полный провар, со стыкуемых кромок снимают фаску.

Как соединяют двутавровые балки с помощью болтовых соединений

Такой способ применяют для соединения балок встык. Для этого сначала фрезеруют торцы балок, чтобы обеспечить их плотное прилегание, и готовят четыре прямоугольные накладки, которыми будут закрыты места стыка на верхней и нижней полках, а также с обеих сторон стенки. Далее в накладках с обеими балками в сборе сверлят отверстия. После этого в них устанавливают болты и затягивают гайками. Вместо болтов можно использовать заклепки, но в этом случае соединение будет неразъемным.

Так схематично можно изобразить болтовое соединение двутавровых балок

Так это выглядит на практике

Заключение

Соединение двутавровых балок может понадобиться при сборке различных металлоконструкций. Знание основных правил позволит сделать такие соединения прочными и надежными.

Сварка двух швеллеров между собой

За счет П-образного профиля швеллеры обладают высокими прочностными характеристиками при небольшом расходе металла. Поэтому их широко применяют для сборки несущих конструкций различного назначения. Технология сваривания выбирается независимо от способа изготовления (швеллеры сварные, горячекатаные, гнутые). Прочность создаваемой конструкции зависит от того, насколько надежно выполнена сварка швеллера с другими элементами.

Методы сварки

Способ сварки выбирают в зависимости от назначения создаваемой конструкции. При этом учитывают, что в зоне шва прочность уменьшается до 10%.

Электродуговая сварка

Эта техника сваривания применяется чаще других, так как позволяет проводить монтаж в труднодоступных и неудобных местах. Соединять небольшие перемычки можно обычными электродами, но для сборки узловых элементов применяют марку УОНИ. Однако из-за их специфики для работы нужен опыт. Поэтому новичкам предварительно полезно попрактиковаться на ненужных обрезках.

Приступая к работе, поверхности, примыкающие к стыку, очищают от грязи и ржавчины. Электроды подсушивают, так как качество шва зависит от влажности покрытия. Работа проводится постоянным током обратной полярности короткой дугой. Выполнение электродуговой сварки запрещено при температуре ниже -40°C.

Газовая сварка

Этот способ практически не применяется для сваривания швеллеров, так как сопровождается нагревом большой площади возле стыка. В результате увеличивается зона с пониженной прочностью на свариваемых балках. Помимо этого в металле возникают внутренние напряжения, приводящие к деформации конструкции. Газовую горелку применяют для устранения дефектов, нарезки заготовок и подготовки кромок.

Варианты сварки швеллеров

В зависимости от требований и условий монтажа соединение швеллеров выполняется встык, внутрь, накладками, со смещением.

Сварка встык

Этот вариант применяют для создания швов, к которым не предъявляются повышенные требования по прочности. Сварку швеллеров встык выполняют с обеих сторон. Если накладывается односторонний шов его корень нужно подварить. При толщине полок 6 — 12 мм кромки разделывают под углом 30°. На более толстом металле угол делают тупым с V или X-образным профилем.

Для сварки швеллеров между собой их устанавливают горизонтально с зазором не больше 3 мм. Для точного совмещения применяют центратор, затем фиксируют прихватками с шагом 4 см. Сварку швеллера встык ведут от середины к краям. Однако такое соединение ненадежно. Поэтому когда наращивание балки закончено, ее необходимо усилить накладками.

Сварка при помощи накладок

Метод обеспечивает прочность соединения немногим уступающий монолиту. Перед сваркой двух швеллеров их допускается располагать с зазором до 8 мм. Накладку размещают на стороне шва. Ее длина должна быть в 5 раз больше ширины профиля, а толщина не меньше чем у стенок. Накладку проваривают с двух сторон, не прилегающих к боковым полкам. Оставшиеся зазоры заполняют антикоррозийным материалом. При установке накладок с обеих сторон, наружная делается длиннее внутренней.

Соединение внутрь

Для создания усиленных балок швеллеры попарно сваривают в коробочки, соединяя боковые полки между собой. Технология аналогична стыковому методу, но выполняется с минимальным зазором или без него. Швеллеры устанавливают горизонтально и скрепляют струбцинами. Соединение начинают с середины, продвигаясь к концам. Шов нельзя зачищать болгаркой, так как это снижает его прочность.

Сборка коробочки возможна только в нижнем положении, когда швеллеры размещены горизонтально. Если это условие невыполнимо соединение выполняют стыковым швом усиленным накладками.

Смещенное соединение

Метод применяется для соединения швеллеров между собой, если они разного размера. Работа выполняется бригадой сварщиков. Сначала соединяют стыки с толстым металлом. Сварку встык проводят по стандартной схеме. Угловые соединения выполняются одновременно двумя сварщиками, ведущими швы от краев к середине. Продольные стыки не доваривают до края балки на ширину профиля из низкоуглеродистой стали, на легированных размер увеличивается вдвое.

Требования, предъявляемые к сварке швеллеров

Для создания прочной конструкции сварные соединения должны выполняться в соответствии со следующими требованиями:

сначала сваривают полки, затем более тонкие элементы;
недопустимо сваривание внутренних углов профиля, поскольку это снижает прочность балки;
между торцами должен быть зазор 2 — 3 мм, чтобы не пришлось счищать «горку» со шва, что приводит к снижению его надежности;
легкие конструкции, не подверженные значительным нагрузкам в процессе эксплуатации, можно собирать двухсторонней сваркой встык;
недопустимо появление на стыках горизонтальных и вертикальных изломов.

Независимо от метода соединения последовательность работ должна соответствовать ГОСТ. Если там указано, что разделка кромок проводится после очистки, это нужно неукоснительно выполнять. Кроме этого в документе указаны требования к материалу швеллеров, которые необходимы при расчете конструкции.

Сварка двутавровых балок

Балочные двутавры стандартных размеров производят в промышленных объемах, по индивидуальным чертежам изготавливают небольшие партии. Сварная балка состоит из трех элементов: двух стенок и промежуточного пояса. Она изготавливается из марочного листового проката, используется в высокопрочных металлоконструкциях. При небольших металлозатратах получаются надежные конструкции, выдерживающие разнонаправленные нагрузки за счет ребер жесткости.

Область применения

Быстровозводимые здания и сооружения создают с опорными и несущими металлическими каркасами, из них делают перекрытия, фермы. При использовании сварных двутавровых балок снижается вес строений, для них не нужен мощный фундамент.

Сварной двутавр характеризуется высокой прочностью, долговечностью, не подвержен усталостным разрушениям. Он применяется в тяжелом машиностроении, из него делают элементы, испытывающие большое давление, работающие на разрыв.

В отличие от двутавровых катанок, сварные не ограничены в размерах. Сваркой полос получают балки любого сечения и длины. Архитекторы не ограничены в полете фантазии.

В процессе изготовления двутавровых профилей образуется мало отходов. Их можно делать с полками и стенками из разных марок стали: в местах минимальных напряжений используют углеродистую сталь или перфорированные стальные листы, нагруженные части делают из легированного проката.

Виды металлических сварных балок

Налажено непрерывное производство двутавров различного назначения. По стандарту выделяют несколько видов балок двутаврового сечения:

с небольшой длиной полок по отношению к перегородке, они применяются для подвесных путей, перекрытий, укрепления шахтных выработок;
с пропорциональным размером перегородки и полок, они применяются при возведении опорных каркасов, армирования декоративных колонн.

По точности изготовления бывают двутавровые профили двух видов: обычные и высокоточные.

Технология производства сварных балок двутаврового сечения

Мелкие партии делают с применением электродуговой или аргоновой сварки в зависимости от марки металла, его способности свариваться.

Для изготовления сварных балок промышленным способом применяются специальные сварочные линии. Для защиты ванны расплава от окисления применяют флюсы.

Сварка балки в автоматическом режиме схожа с ручным изготовлением двутавра. Основные технологические этапы:

раскрой листового проката на полосы необходимой ширины на терморезке с программным управлением, средняя скорость раскроя 1 м/мин.
фрезерование торцов на торцефрезерных станках сокращает зазор стыка между стеной и полкой, улучшает качество сварки;
процесс сборки двутавра осуществляется с большой скоростью на специальном станке, ленты металла фиксируют прижимные приспособления с гидравлическими усилителями; сначала делается т-образный стык, затем присоединяется вторая стенка; такую конструкцию удобно сваривать;
сварные работы проводятся на автоматах портального типа двух видов: а) наклоненными электродами неглубоко проваривают сразу два шва; б) шов в «лодочку» создается поэтапно: сначала с одной стороны двутавровой перегородки, затем с другой; металл проваривается на большую глубину;
завершающий этап – правка двутавровой балки на специальных роликах, устраняются небольшие перекосы, возникшие во время сборки и сварки профиля.

Производительность комплексных линий высокая, швы получаются прочные, процент брака невысокий.

Возможные дефекты

Во время сварки двутавровой балки из-за несоблюдения технологии возникает кристаллизация стали от высокой температуры. Из-за расхождения по фазам в металле возникают внутренние напряжения. Снижается прочность и жесткость, увеличивается риск корродирования.

При сварке стальных листов возможны и другие дефекты:

нарушение формы шва отклонение от формы наружных поверхностей или геометрии стыка;
прожоги, когда расплав вытекает из ванны, образуются дырки в шве; – канавки вдоль границы соединения;
трещины, образующие в местах разрыва шва;
шлаковые или вольфрамовые включения в диффузионном слое, при высокой скорости сварки образуются тугоплавкие оксиды.

Металлоизделия с дефектами ненадежные, они не выдержат большой нагрузки на изгиб, кручение. Их отбраковывают и проваривают снова, если это возможно.

Сварка двутавровых балок между собой

Монтаж балочных металлоконструкций предусматривает соединение двутавров встык или под углом. Для усиления соединений используют металлические накладки – прямоугольники, вырезанные из листового проката.

Сварка балок встык проводится после обработки торцов. На них делают угловые скосы, чтобы шов хорошо проварился. Дополнительно на каждую из сторон стенок и обе полки обязательно крепят накладки, их приваривают для укрепления и защиты соединительного шва. При таком соединении несущая конструкция из двутавровых балок после сварки не снижается.

Под углом двутавры соединяют так, чтобы второстепенный опирался на главный. В верхней полке главного вырезают равнобедренный треугольник с вершиной в 90°. Его место займет аналогичная вставка второстепенного двутавра, срезы должны плотно прилегать друг к другу. Нижняя полка срезается на ½ ширины так, чтобы срез упирался в полку главной двутавровой балки. Сварка проводится заподлицо. Усиливается соединение нижней накладкой.

Второстепенный швеллер приваривается к опорному двутавру под углом 90°. Сначала стыкуют верхнюю полку швеллера с балочной полкой, срезая их под углом 45°. Нижние полки соединяются так, чтобы швеллер упирался в стенку двутавровой балки, лишнее срезается. Затем наваривается нижняя укрепляющая накладка.

В горизонтальном положении сварку проводить легче. Продольная ось искривляется минимально. При вертикальной сварке возможен прогиб поперечин, поэтому проводят разметку всех ребер жесткости.

Накладки для сварки двутавра выкраиваются в форме ромба, размещаются симметрично продольной оси. Обвариваются косыми швами по всему периметру. Накладки концентрируют напряжение у швов, компенсируя изменившуюся после сварки форму сечения.

Двутавровые балки рассчитывают на большую нагрузку. При работе с ними необходимо придерживаться разработанной технологии. Она учитывает распределение усилий по направляющим. Качественно выполненные сопряжения – залог долгой эксплуатации металлоконструкций.

Читайте также: