Швеллеры П и У: различия и применение

Горячекатаные швеллеры

Их производят на специализированных сортопрокатных станах из слитков металла квадратного или прямоугольного сечения. Заготовку подвергают нагреванию до температуры 950-1200⁰С, деформируют постепенным раскатыванием на валках до достижения требуемой формы. Метод горячей прокатки позволяет изготавливать изделия с заданными размерами. При этом не происходит изменение структуры металла или появление неоднородностей, вызываемых температурными воздействиями. Данная технология наиболее надежная. Сортамент, размеры, допуски на изготовление стальных швеллеров предусмотрены ГОСТ 8240-97. В зависимости от конфигурации их выпускают следующими сериями:

• с уклоном внутренних граней (У);
• все грани полок параллельны (П);
• специальные швеллеры (С).

Модели с параллельными гранями полок выпускаются экономичной (Э) и легкой (Л) серии. У этих версий снижен вес по сравнению с профилем «П». У экономичных швеллеров это достигается за счет применения тонкой стенки, а в легких изделиях дополнительно уменьшена толщина полок.

Гнутые

Данные разновидности производятся на профилегибочных станах из штрипсов методом холодного деформирования. Изделия изготовляются с одинаковыми полками по размерам, предписанным ГОСТ 8273-83, или в неравнополочном исполнении по ГОСТ 8281-80.

Сварные швеллеры

Если габариты нестандартных профилей превышают возможности станов, то их изготавливают из полос металла с помощью сварки. Стенку и две полки собирают на специальном оборудовании и фиксируют прихватками. Качество неразъемных соединений обеспечивается автоматизацией процедуры дуговой сварки под флюсом.

Определение швеллеров П-образного и U-образного

Изделие серии «П» имеет геометрию профиля в виде двух горизонтальных полок с параллельными гранями, соединенных перпендикулярно с вертикальной стенкой. Их толщина постоянна по всему сечению.

Швеллер серии «У» имеет уклон внутренних граней полок величиной 4-10 %. Поэтому их толщина по сечению неравномерна.

В этом состоит внешнее отличие этих видов проката, которые видны визуально.

Материалы для производства П-образных и U-образных швеллеров

Металлопрокат может быть изготовлен из разных материалов, выбор которых определяется требованиями к конструкции и условиями эксплуатации.

Чаще всего для  производства берут углеродистую сталь обыкновенного качества различной степени раскисления, например, марки Ст3 пс/сп 5 по ГОСТ 380-2005.

Для изготовления проката, эксплуатируемого в условиях низких температур, используется низколегированная сталь, например, марка 09Г2С ГОСТ 19281-2014, обладающая хорошими характеристиками хладостойкости и свариваемости.

Алюминий применяется для изготовления швеллеров в тех случаях, когда требуется минимальный вес металлоконструкции. Авиационный материал отличается также коррозионной стойкостью и может использоваться в агрессивных средах.

Нержавеющая сталь применяется в ситуациях, когда предъявляются жесткие требования стойкости к воздействию влаги, температур и химических веществ.

Иногда для изготовления металлопроката применяются сплавы титана или алюминия с добавлением других веществ, в соответствии со специфическими требованиями проекта.

Технические характеристики П-образных и U-образных швеллеров

Основной параметр в маркировке швеллера — это его номер, который соответствует высоте в сантиметрах. Также к цифре в обозначении добавляется буква, характеризующая его конфигурацию. Например, №12П — это изделие высотой 12 см с параллельными полками, а №12У — того же размера, но имеет уклон внутренних граней.

Основные геометрические параметры горячекатаных швеллеров серий «П» и «У», выпускаемых согласно ГОСТ 8240-97:

• высота от 50 до 400 мм (№5-№40);
• ширина от 32 до 115 мм;
• толщина стенки от 4,4 до 8 мм; полок — от 7 до 13,5 мм;
• площадь поперечного сечения от 6,16 до 61,5 см²;
• стандартная длина от 4 до 12 м.

Поскольку площадь поперечного сечения марок «П» и «У» не отличается, то, следовательно, их теоретическая масса одного погонного метра хлыста одинакова. Она находится в пределах от 4,84 до 48,3 кг. Также незначительно отличаются величины моментов инерции и сопротивления относительно оси Х-Х. Заметные различия по этим параметрам наблюдаются только по оси Y-Y: момент инерции Iy= 5,61-642 см⁴ — для серии «У» и Iy= 5,95-760 см⁴ — для линейки «П» в связи с их различной геометрией. Это приводит к отличиям в жесткости этих разновидностей.

Области применения П-образных и U-образных швеллеров

У этих изделий разное предназначение. Тип «У» применяется обычно в качестве опоры. Уклон внутренних граней полок способствует лучшей передаче усилий от прилегающих  элементов конструкции на его  стенку по принципу косынки. П-образный вариант обладает более высокой жесткостью и несущей способностью, он удобен при устройстве механизмов, которые движутся по его параллельным поверхностям. Швеллеры обоих типов характеризуются небольшой массой, способностью сопротивляться вибрации, значительным продольным и изгибающим нагрузкам. Вот несколько приложений, где они наиболее эффективно используются:

1. Строительство. Применение металлопрофилей в качестве несущих элементов в жилых зданиях (колонны, перемычки, межэтажные перекрытия), а также в промышленности (каркасы складов, ангаров, производственных цехов, быстровозводимых строений). Особую популярность изделия получили в системах армирования монолитных железобетонных изделий.
2. Мостостроение. Балки востребованы при сооружении мостов, дорожных конструкций, обеспечивая прочность, устойчивость протяженных прогонов.
3. Автомобильная промышленность. Металлопрокат находит применение в создании рам и подвесок для транспортных средств.
4. Железнодорожное строительство. Швеллеры используются в производстве вагонов, при сооружении переходов, путепроводов, эстакад, железнодорожных объектов.

Помимо вышеперечисленных сфер, данный вид фасонного проката востребован в судостроении, станкостроении, изготовлении спецтехники, строительного оборудования, возведении гидротехнических сооружений.

Плюсы и минусы

Преимущества П-образных швеллеров по сравнению с U-образными:

1. Более высокая жесткость за счет превосходства в величине момента инерции. Это делает конструкции из них более устойчивыми к деформациям под изгибающими и продольными нагрузками.
2. Параллельные внутренние грани полок упрощают сопряжение швеллеров с другими конструктивными элементами, а также повышают надежность болтовых соединений. Их используют в качестве направляющих поверхностей для перемещения по ним различных механизмов.

Другие достоинства П-образного и U-образного фасонного проката:

1. Небольшая масса. Благодаря эффективному распределению материала, швеллеры значительно легче, чем аналогичные по несущей способности квадратные или прямоугольные профили. Это позволяет создавать более протяженные пролеты и снижать нагрузку на элементы зданий.
2. Повышенная жесткость. Форма сечения швеллера обеспечивает высокую устойчивость к линейным деформациям. Он менее склонен к изгибу под воздействием внешних сил, чем квадрат или круг, что гарантирует прочность и долговечность конструкций.
3. Экономическая эффективность. Металлопрокат имеет высокую прочность при малом весе единицы длины, что снижает материалоемкость проектов.
4. Удобство транспортировки и хранения. Форма профиля позволяет компактно складировать и транспортировать хлысты, что упрощает логистические операции.

Недостатки:

1. Плохо сопротивляются кручению. Открытое сечение швеллера делает его менее устойчивым к скручивающим напряжениям по сравнению с замкнутыми профилями, например, трубами.
2. Низкая огнестойкость. Металлические сооружения из швеллеров чувствительны к воздействию открытого огня, как и любой стальной прокат. При пожаре прочность может значительно снизиться, что ведет к их разрушению даже без внешних повреждений балки.
3. Требуется антикоррозионная обработка. Швеллеры из углеродистой и низколегированной стали не обладают достаточной стойкостью к воздействию повышенной влажности. Для защиты от появления ржавчины требуется качественная покраска при монтаже, а также в процессе эксплуатации.

Заключение

Различие швеллеров серий «П» и «У» заключается в наличии уклона внутренней грани полок у U-образной модели. В изделиях линейки «П» все грани параллельны. Такой элемент легче сопрягать с соседними конструкциями, удобнее формировать болтовые соединения. Можно использовать полки как направляющие для перемещения движущихся механизмов. Так как площади поперечного сечения «П» и «У» профилей совпадают, то они имеют одинаковый вес одного погонного метра. При этом жесткость швеллера серии «П» выше. Перечисленные плюсы делают его более универсальным. Модель «У» обычно применяют для создания опорных частей.