Швеллер С255-5
Швеллер С255-5: технические характеристики, применение и особенности эксплуатации в электротехнике и энергетике
Швеллер С255-5 представляет собой стальной горячекатаный профиль, относящийся к категории строительных швеллеров с параллельными гранями полок. Его обозначение регламентируется ГОСТ 8240-97. Буква «С» указывает на серийное производство (в отличие от специальных «У», «Л» и т.д.), цифра «255» обозначает номинальную высоту стенки в миллиметрах, а «-5» – номер профиля в сортаменте, который определяет конкретное сочетание геометрических параметров: ширину полок, толщину стенки и полок, радиусы закруглений. Данный профиль является одним из наиболее востребованных в тяжелом строительстве, промышленности и, что особенно важно, в энергетическом комплексе и при производстве электротехнической продукции благодаря оптимальному сочетанию несущей способности, массы и габаритов.
Расшифровка обозначения и нормативная документация
Полное обозначение швеллера включает в себя тип, размеры и марку стали. Например: Швеллер 255-5 ГОСТ 8240-97 С255. Основные регулирующие документы:
- ГОСТ 8240-97 «Швеллеры стальные горячекатаные». Определяет сортамент, геометрические параметры, предельные отклонения, правила приемки и маркировки.
- ГОСТ 535-2005 «Прокат сортовой и фасонный из стали углеродистой обыкновенного качества». Определяет марки стали (Ст3пс/сп, Ст3кп и др.), их химический состав и механические свойства.
- ГОСТ 27772-2015 «Прокат для строительных стальных конструкций». Для ответственных конструкций в энергетике часто применяется швеллер из стали С255 (заменившей сталь ВСт3пс6), где цифра обозначает предел текучести в МПа. Именно эта марка стали обеспечивает повышенную надежность.
- Ст3пс/сп (по ГОСТ 535-2005) или С255 (по ГОСТ 27772-2015): Наиболее распространенный вариант для несущих конструкций в энергетике. Сталь С255 имеет гарантированный предел текучести не менее 255 Н/мм² (МПа), что позволяет вести точные инженерные расчеты на прочность и устойчивость. Отличается хорошей свариваемостью без применения дополнительных технологических операций.
- 09Г2С (низколегированная): Применяется для конструкций, работающих при отрицательных температурах (например, на Крайнем Севере) или испытывающих повышенные динамические нагрузки. Имеет более высокие прочностные характеристики.
- Оцинкованная сталь: Швеллеры, прошедшие горячее цинкование, используются для сооружений, эксплуатирующихся в агрессивных атмосферных условиях (приморские районы, промышленные зоны с высокой химической активностью воздуха).
- Несущие рамы и каркасы для трансформаторов, реакторов, высоковольтных выключателей. Профиль выдерживает значительные статические и динамические нагрузки.
- Опорные конструкции для шинных мостов и гибких токопроводов. Швеллер служит основой для крепления изоляторов и шин, обеспечивая необходимую жесткость и устойчивость шинной конструкции к электродинамическим усилиям при коротких замыканиях.
- Каркасы для панелей КРУ (комплектных распределительных устройств), шкафов управления и релейной защиты.
- Элементы подстанционных порталов и траверс опор воздушных линий электропередачи напряжением 35-220 кВ.
- Конструкции для подвески и фиксации кабелей в кабельных эстакадах, галереях и туннелях. Швеллер образует основную несущую систему, к которой крепятся кабельные лотки, полки и кронштейны.
- Силовые каркасы для кабельных муфт и концевых заделок большого сечения.
- Каркасы силовых трансформаторов и дросселей.
- Основания (станины) для крупногабаритных электрических машин, генераторов, электродвигателей.
- Несущие элементы в высоковольтных испытательных установках.
- Резка: Осуществляется газопламенным способом, гильотинными ножницами или на ленточнопильных станках. Абразивная резка не рекомендуется из-за термического воздействия на структуру стали.
- Сверление: Выполняется твердосплавными сверлами на магнитных сверлильных станках или станках с ЧПУ для обеспечения точности отверстий под крепеж.
- Сварка: Основной метод соединения. Применяется ручная дуговая сварка (ММА), сварка в среде защитных газов (MIG/MAG), под флюсом. Для стали С255 предварительный подогрев и последующая термообработка, как правило, не требуются. Необходимо использовать сварочные материалы, соответствующие основной стали.
- Антикоррозионная защита: Обязательный этап. Наиболее эффективны методы дробеструйной очистки с последующим нанесением грунт-эмалей или горячего цинкования. В энергетике часто применяются системы покрытий с высокой степенью огнестойкости.
- 10⁵ МПа
- Высокая пространственная жесткость при изгибе в плоскости стенки (ось X).
- Удобство монтажа и крепления накладных элементов к параллельным полкам.
- Хорошая способность работать как на изгиб, так и на сжатие (в составе колонн, стоек).
- Оптимальное соотношение несущей способности и собственного веса в своем типоразмере.
- Широкая доступность на рынке металлопроката.
- Относительно низкая жесткость при изгибе и потеря устойчивости относительно оси Y (свободная ось). Часто требует установки связей или использования парных швеллеров, соединенных планками.
- Большая материалоемкость по сравнению с двутавровой балкой аналогичной несущей способности на изгиб.
- При использовании в качестве самостоятельной колонны имеет неравноценную устойчивость в разных плоскостях.
Геометрические и массовые характеристики швеллера 255-5
Точные размеры и теоретическая масса 1 метра погонного приведены в таблице согласно ГОСТ 8240-97.
| Наименование параметра | Значение | Ед. изм. |
|---|---|---|
| Высота швеллера (h) | 250 | мм |
| Ширина полки (b) | 82 | мм |
| Толщина стенки (s) | 7 | мм |
| Толщина полки (t) | 11.4 | мм |
| Средняя толщина полки (t1) | 12.75 | мм |
| Радиус внутреннего закругления (R) | 12 | мм |
| Радиус закругления полки (r) | 6 | мм |
| Площадь поперечного сечения | 39.7 | см² |
| Масса 1 метра (теоретическая) | 31.18 | кг |
| Момент инерции относительно оси X (Ix) | 4570 | см⁴ |
| Момент сопротивления относительно оси X (Wx) | 365 | см³ |
| Радиус инерции относительно оси X (ix) | 10.7 | см |
| Момент инерции относительно оси Y (Iy) | 306 | см⁴ |
| Момент сопротивления относительно оси Y (Wy) | 46.9 | см³ |
| Радиус инерции относительно оси Y (iy) | 2.78 | см |
Примечание: Номинальная высота 255 мм является историческим обозначением. Фактическая высота профиля, как видно из таблицы, составляет 250 мм. Это связано с особенностями нумерации в сортаменте.
Материалы: марки стали и их влияние на применение
Для швеллера 255-5 в зависимости от области применения используются различные марки стали:
Применение в электроэнергетике и электротехнической промышленности
Швеллер С255-5 находит широкое применение благодаря высокой жесткости и удобству монтажа.
1. Конструкции подстанций и распределительных устройств (РУ):
2. Опорное и крепежное оборудование для ЛЭП и КЛ:
3. Производство электротехнической продукции:
Особенности монтажа и обработки
Работа с швеллером С255-5 требует соблюдения стандартных процедур для металлоконструкций.
Расчетные параметры для проектирования
При проектировании несущих конструкций в энергетике используются следующие ключевые параметры швеллера 255-5, полученные экспериментально и приведенные в справочниках:
| Характеристика | Значение | Примечание |
|---|---|---|
| Расчетное сопротивление по пределу текучести (Ry) | 240 МПа (Н/мм²) | Для толщины металла до 20 мм |
| Расчетное сопротивление срезу (Rs) | 139 МПа | |
| Модуль упругости стали (E) | 2.06 | |
| Максимальная гибкость для сжатых элементов | 120 — 180 | Зависит от типа элемента и нагрузки |
| Предельная гибкость для растянутых элементов | 250 |
На основе моментов сопротивления (Wx, Wy) и расчетных сопротивлений выполняется проверка прочности по нормальным и касательным напряжениям. Моменты инерции (Ix, Iy) и радиусы инерции (ix, iy) критически важны для расчета на устойчивость (продольный изгиб) сжатых стержней и определения их гибкости.
Преимущества и недостатки по сравнению с другими профилями
Преимущества:
Недостатки:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем швеллер С255-5 отличается от швеллера 255-1?
Основное отличие – в геометрии полок и, как следствие, в несущей способности и массе. Швеллер 255-1 имеет более узкие и тонкие полки (ширина 90 мм, толщина полки ~9.5 мм) и меньшую массу (≈29.39 кг/м). Швеллер 255-5 (полки 82 мм, толщина ~12.75 мм) тяжелее (≈31.18 кг/м), но за счет более толстых полок обладает большим моментом инерции и сопротивления относительно свободной оси (Iy, Wy), что делает его более устойчивым при работе на косой изгиб и в сжатых конструкциях.
Как правильно обозначить швеллер в проектной документации?
Рекомендуется полное обозначение, например: Швеллер 255-5 ГОСТ 8240-97/СТО АСЧМ 20-93 С255. Это указывает на профиль, его стандарт, стандарт на сталь и конкретную марку стали с гарантированным пределом текучести. В спецификациях также указывается длина (в метрах) и общая масса (в килограммах).
Какая допустимая нагрузка на швеллер С255-5 в качестве однопролетной балки?
Допустимая равномерно распределенная нагрузка (q) зависит от длины пролета (L), схемы нагружения и марки стали. Для приблизительной оценки можно использовать формулу проверки прочности: M/W ≤ Ry, где M = (q L²)/8 – максимальный изгибающий момент для шарнирно опертой балки. Например, для пролета L=6м, стали С255 (Ry=240 МПа) и Wx=365 см³: Mдоп = 240 365 10⁻³ = 87.6 кНм. Тогда qдоп = (8 Mдоп) / L² = (8 87.6) / 36 ≈ 19.47 кН/м (≈1947 кгс/м). Важно: Данный расчет только на прочность. Реальный проект всегда требует проверки на прогиб (по второй группе предельных состояний) и на общую устойчивость.
Можно ли использовать швеллер С255-5 для изготовления заземляющих устройств?
Да, стальной швеллер может использоваться в качестве искусственного заземлителя (вертикального или горизонтального) согласно ПУЭ и ГОСТ Р 50571.5.54-2013. Его преимущество – большая площадь поверхности контакта с грунтом и механическая прочность при заглублении. Однако необходимо учитывать повышенную по сравнению с круглой сталью коррозионную уязвимость острых кромок. Требуется расчет сопротивления заземления и контроль коррозионного износа сечения в течение срока службы.
Какой крепеж рекомендуется для соединения конструкций из швеллера 255-5?
Для разъемных болтовых соединений ответственных конструкций применяются высокопрочные болты класса прочности 8.8, 10.9 по ГОСТ Р 52644 или аналоги, с шестигранными гайками и стопорящими шайбами. Диаметр болтов, как правило, начинается от М16. В сварных соединениях используются электроды типа Э50А (УОНИ 13/55, АНО-4 и др.) для стали С255.
Заключение
Швеллер С255-5 является универсальным, надежным и проверенным сортовым прокатом, занимающим важное место в номенклатуре материалов для энергетического строительства и электротехнического производства. Его технические характеристики, регламентированные межгосударственными стандартами, позволяют проводить точные инженерные расчеты сложных несущих конструкций, опор, каркасов и систем крепления, работающих в условиях значительных механических и климатических воздействий. Правильный выбор марки стали (С255, 09Г2С, оцинкованная), корректный расчет на прочность, устойчивость и прогиб, а также соблюдение технологий монтажа и антикоррозионной защиты являются залогом долговечной и безопасной эксплуатации конструкций на основе данного профиля в течение всего жизненного цикла объектов энергетики.