H型鋼是一種截面面積分配更加優(yōu)化、強重比更加合理的經(jīng)濟斷面高效型材,因其斷面與英文字母“H”相同而得名。由于H型鋼的各個(gè)部位均以直角排布,因此H型鋼在各個(gè)方向上都具有抗彎能力強、施工簡(jiǎn)單、節約成本和結構重量輕等優(yōu)點(diǎn),已被廣泛應用。
斷面形狀類(lèi)似于大寫(xiě)拉丁字母H的一種經(jīng)濟斷面型材,又叫萬(wàn)能鋼梁、寬緣(邊)工字鋼或平行翼緣工字鋼。H型鋼的橫斷面通常包括腹板和翼緣板兩部分,又稱(chēng)為腰部和邊部。
H型鋼的翼緣內外側平行或接近于平行,翼緣端部呈直角,因此而得名平行翼緣工字鋼。H型鋼的腹板厚度比腹板同樣高的普通工字鋼小,翼緣寬度比腹板同樣高的普通工字鋼大,因此又得名寬緣工字鋼。由形狀所決定,H型鋼的截面模數、慣性矩及相應的強度均明顯優(yōu)于同樣單重的普通工字鋼。用在不同要求的金屬結構中,不論是承受彎曲力矩、壓力負荷、偏心負荷都顯示出它的優(yōu)越性能,可較普通工字鋼大大提高承載能力,節約金屬10%~40%。H型鋼的翼緣寬、腹板薄、規格多、使用靈活,用于各種桁架結構中可節約金屬15%~20%。由于其翼緣內外側平行,緣端呈直角,便于拼裝組合成各種構件,從而可節約焊接、鉚接工作量25%左右,能大大加快工程的建設速度,縮短工期。
由于具有上述優(yōu)點(diǎn),H型鋼應用廣泛,主要用于:各種民用和工業(yè)建筑結構;各種大跨度的工業(yè)廠(chǎng)房和現代化高層建筑,尤其是地震活動(dòng)頻繁地區和高溫工作條件下的工業(yè)廠(chǎng)房;要求承載能力大、截面穩定性好、跨度大的大型橋梁;重型設備;高速公路;艦船骨架;礦山支護;地基處理和堤壩工程;各種機器構件。
H型鋼的產(chǎn)品規格很多,分類(lèi)方法有以下幾種。(1)按產(chǎn)品的翼緣寬度分為寬翼緣、中翼緣和窄翼緣H型鋼。寬翼緣和中翼緣H型鋼的翼緣寬度B大于或等于腹板高度H。窄翼緣H型鋼的翼緣寬度B約等于腹板高度H的二分之一。(2)按產(chǎn)品用途分為H型鋼梁、H型鋼柱、H型鋼樁、極厚翼緣H型鋼梁。有時(shí)也將平行腿槽鋼和平行翼緣丁字鋼也列入H型鋼的范圍。一般以窄翼緣H型鋼作為梁材,以寬翼緣H型鋼作為柱材,據此又有梁型H型鋼和柱型H型鋼之稱(chēng)。(3)按生產(chǎn)方式分為焊接H型鋼和軋制H型鋼。(4)按尺寸規格大小分為大、中、小號H型鋼。通常將腹板高度H在700mm以上的產(chǎn)品稱(chēng)為大號、300~700mm的稱(chēng)為中號,小于300mm的稱(chēng)為小號。至1990年末,世界上最大的H型鋼腹板高度1200mm,翼緣寬度為530mm。
國際上,H型鋼的產(chǎn)品標準分為英制系統和公制系統兩大類(lèi)。美、英等國采用英制,中國、日本、德國和俄羅斯等國采用公制,盡管英制和公制使用的計量單位不同,但對H型鋼則大都用4個(gè)尺寸表示它們的規格,即:腹板高度h、翼緣寬度b、腹板厚度d和翼緣厚度t。盡管世界各國對H型鋼尺寸規格大小的表示方法不同。但所生產(chǎn)的產(chǎn)品尺寸規格范圍及尺寸公差相差不大。
H型鋼可用焊接或軋制兩種方法生產(chǎn)。焊接H型鋼是將厚度合適的帶鋼裁成合適的寬度,在連續式焊接機組上將翼緣和腹板焊接在一起。焊接H型鋼有金屬消耗大、不易保證產(chǎn)品性能均勻、尺寸規格受限制等缺點(diǎn)。因此,H型鋼以軋制方法生產(chǎn)為主。在現代化的軋鋼生產(chǎn)中,使用萬(wàn)能軋機軋制H型鋼。H型鋼的腹板在上下水平輥之間進(jìn)行軋制,翼緣則在水平輥側面和立輥之間同時(shí)軋制成形。由于僅用萬(wàn)能軋機尚不能對翼緣邊端施以壓下,這樣就需要在萬(wàn)能機架后設置軋邊端機,俗稱(chēng)軋邊機,以便對翼緣邊端給予壓下并控制翼緣寬度。在實(shí)際軋制操作中,把這兩座機架作為一組,使軋件往復通過(guò)若干次(圖2a),或者是令軋件通過(guò)由幾架萬(wàn)能機座和一兩架軋邊端機座組成的連軋機組,每道次施加一定的壓下量,將坯料軋成所需規格形狀和尺寸的產(chǎn)品。在軋件的翼緣部位,由于水平輥側面與軋件之間有滑動(dòng),軋輥的磨損比較大。為了保證重車(chē)后的軋輥能恢復原來(lái)的形狀,應使粗軋機組上下水平輥的側面以及與其相對應的立輥表面呈3°~8°的傾角。為修正成品翼緣的傾角,設置成品萬(wàn)能軋機,又叫萬(wàn)能精軋機,其水平輥側面與水平輥軸線(xiàn)垂直或有較小的傾斜角,一般不大于20′,立輥呈圓柱狀。
用萬(wàn)能軋機軋制H型鋼,軋件斷面可得到較均勻的延伸,翼緣內外側軋輥表面的速度差較小,可減輕產(chǎn)品的內應力及外形上的缺陷。適當改變萬(wàn)能軋機的水平輥和立輥的壓下量,便能獲得不同規格的H型鋼。萬(wàn)能軋機的軋輥外形,形狀簡(jiǎn)單,壽命長(cháng),軋輥的消耗可大為減少。萬(wàn)能軋機軋制H型鋼的最大優(yōu)點(diǎn)是: 同一尺寸系列只有腹板和翼緣的厚度尺寸是變化的,其余部位尺寸都是固定不變的。因此,同一萬(wàn)能孔型軋制的同一系列H型鋼具有多種腹板和翼緣厚度尺寸規格,使H型鋼規格數量大為增加,為使用者選擇合適的尺寸規格帶來(lái)極大的方便。
在無(wú)萬(wàn)能軋機的情況下,有時(shí)為了滿(mǎn)足生產(chǎn)建設的急需,也可將普通二輥式軋機加裝立輥框架,組成萬(wàn)能孔型軋制H型鋼。用這種方式軋制H型鋼,產(chǎn)品尺寸精度低,翼緣同腹板之間難成直角,成本高,規格少,軋制柱材用H型鋼極為困難,故使用者不多。