Принцип гофро-балки был известен в России ещё в советские времена. В 30-х годах прошлого века(!) русские инженеры использовали этот принцип в деревянных конструкциях. В наше время гофро-балки варились в небольших объёмах полуавтоматами и использовались в различных промышленных сооружениях, в частности, литейный цех на Новолипецком Металлургическом Комбинате. Но только с этого года в России стало возможным современное полностью автоматическое производство гофро-балок.

В начале этого года в Самаре на заводе «Mетаком» была успешно введена в эксплуатацию первая в России и СНГ линия по производству гофро-балок. И «Метаком» уже вовсю варит и варит гофро-балки! А в декабре 2006 года большие линии по производству гофро-балок максимальной длиной 16 м, шириной до 1500 мм и возможностью делать гофро-балки переменного сечения запущены в Санкт-Петербурге (ОАО «Аэропортстрой») и Москве (РСП-Модуль - на территории бывшего 5-ого мехзавода в Очаково).

Полностью автоматизированные линии требуют всего двух операторов и способны производить до 34 тонн гофро-балок в год. Учитывая, что гофро-балка экономит до 60% веса по сравнению с горячекатаным двутавром той же жёсткости, можете сами подсчитать эффективность такого производства. Пятилетку за два года! - сказали бы большевики.

1.    Общее описание и применение:

Sin-балки (от латинского sinus - изгиб) это составные пролётные конструкции с волнообразным гребнем и широкими пластинчатыми рёбрами. (Рис. 1).

Рис. 1. Sin-балка - размеры и обозначения.

Профилированные элементы более устойчивы к длительной статической нагрузке. Кроме выгод, извлекаемых из технологии производства, синусоидальное ребро имеет преимущество перед прямым из-за устранения местной деформации, свойственной плоским пластинам.

Балки этого типа могут использоваться во всех тех же проектах, что и обычные тавровые/двутавровые балки, фактически, без структурных ограничений. Оптимальное применение находится в области возведения стальных несущих конструкций, где обычно используются катаные  профили имеют структурную высоту более 450 мм или  низкие фермы структурной высотой ниже 1800 мм.

Типовые решения приведены в Приложении A.

1.    Основы расчёта

 

Благодаря профилированному ребру, конструкция эффективно гасит изгибающие нагрузки. В условиях статической нагрузки балка рассчитывается по схеме, в которой изгибающие моменты и нормальные силы передаются только через боковые полки, а поперечные силы распределяются только через диагонали и вертикали балки - в данном случае через гофрированную стенку

 

На основе этой расчётной модели, были проведены тестовые испытания в соответствии с DIN 18 800 ([1]-[3]) и DAST-Ri. 015, ([4], пункты 4 и 6) соответственно методу E-P (E-E).

 

Альтернативные способы подбора сечения могут базироваться на ЕВРОКОДЕКСЕ 3 [5] или любом другом национальном стандарте, который содержит указания по расчёту пролётов балок или колонн на поперечную деформацию.

Расчёт параметров для подбора сечения описан подробно в Секции 7. Метод подбора, по существу, базируется на экспертизах [6] и [7][1]. Процедура дополнительно проверена посредством экспериментальных результатов ([8]... [10]).

Стандарты и экспертные заключения:

[1]  DIN 18 800 Teil 1 (1990), Stahlbauten; Bemessung und Konstruktion.

[2]  DIN 18 800 Teil 2 (1990), Stahlbauten; Stabilitätsfälle, Knicken von Stäben und Stabwerken.

[3]  DIN 18 800 Teil 3 (1990), Stahlbauten; Stabilitätsfälle, Plattenbeulen.

[4]  DAST - Richtlinie 015 (1990); Träger mit schlanken Stegen. (German reccomendations for girders with slender web plates.)

[5]  DIN V ENV 1993-1-1 (1993); EUROCODE 3: Design of steel structures; Part 1-1: General rules and rules for buildings.

[6]  O.Univ. Prof. D.I. Dr. Günter Ramberger, Gutachten über die Berechnung von geschweißten I-Trägern mit Stegen aus gewellten Blechen, Wien 20.12.1989. (Expert opinion on the calculation of welded I-beams with corrugated webs, in German)

[7]  O.Univ. Prof. D.I. Dr. Günter Ramberger, 2. Gutachten über die Berechnung von geschweißten I-Trägern mit Stegen aus gewellten Blechen, Wien 16.11.1990. (2nd Expert opinion on the calculation of welded I-beams with corrugated webs).

 

[8]  Test report on experiments carried out on I-beams with corrugated web plates, Vienna University of Technology, Institute for Steel Construction, Department of Applied Model Statics in Steel Construction, August 1990. (in German)

[9]  Report No. 943040: Untersuchung zur Einleitung dynamischer Lasten in Wellstegträger WTB 750 - 300x12, Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine (Amtl. Materialprüfanstalt) Universität Karlsruhe, 1995. (Investigation into the introduction of dynamic loads into corrugated web beams WTB 750 - 300x12).

[10] Fire tests on corrugated web beams, Institute for Fire Prevention Technology and Safety Research (Officially Authorised Testing and Experimental Institute) Linz 1995. (in German).

[11] Final Report on the Bearing Performance of Corrugated Web Beams; Brandenburgische Technische Universität, Lehrstuhl für Stahlbau, Cottbus 1996. (in German).

[12] Gutachterliche Stellungnahme zur Querkrafttragfähigkeit von Wellstegträgern; Univ. Prof. Dr.-Ing. habil. Hartmut Pasternak, Braunschweig/Cottbus 1996. (Expert statement on the transverse force load carryinging capacity of corrugated web beams).

Справочная литература:

[13] Easley: Buckling Formulas for Corrugated Metal Shear Diaphragms. Journal of the Structural Division, ASCE, No. ST 7, July 1975, pp. 1403-1417.

[14] Kähönen, Zur Einleitung von Einzellasten in I-Träger mit trapezförmig profilierten Stegen. Stahlbau 57, 1988, Heft 8, S. 250. (On the Introduction of Individual Loads into I-Beams with Trapezoidal Profiled Web Plates).

[15] Lindner, Aschinger: Grenzschubtragfähigkeit von I-Trägern mit trapezförmig profilierten Stegen. Stahlbau 57, 1988, Heft 12, S. 377. (The limit shear load capacity of I-beams with trapezoidal profiled web plates).

[16] Lindner, Aschinger: Zur Torsionssteifigkeit von Trapezstegträgern. Stahlbau 59, 1990, Heft 4, S. 113. (Для жёсткости на скручивание гофро-прогонов).

[17] Aschinger, Beljaev, Mikhailova: Zur Querkrafttragfähigkeit von I-Trägern mit verschiedenen Stegprofilierungen. Stahlbau 60, 1991, Heft 10, S. 314. (On the shearing force loading capacity of I-beams with various web-profiles).

[18] Lindner: Zur Bemessung von Trapezstegträgern. Stahlbau 61, 1992, Heft 10, S. 311. (On the dimensioning of trapezoidal web girders).

[19] Aumayr: Verformungs- und Beulverhalten von Wellblechen unter reiner Schubbelastung, Diplomarbeit, Inst. für Stahlbau, Technische Universität Wien, 1992. (Deformation and buckling behaviour of corrugated plates under pure transverse loading, Master thesis).

 

3. Параметры элементов sin-балки

Стандартные sin-балки имеют двутавровое сечение, изготавливаются из волнообразного ребра и одинаковых верхней (OG) и нижней (UG) полок.

---

[1] Поскольку с момента проведения тестовых испытаний стандарты DIN 18 800 и DAST-Ri. 015, претерпели изменения в области изменения формул расчёта, наши методы несколько отличаются от приведённых в стандартах, однако сравнительные расчёты показали достаточно точное совпадение результатов расчётов.

Sin-стенка:

Высота:	500, 625, 750, 1 000, 1 250, 1 500 мм
Толщина:	2.0; 2.5; 3.0 мм

Полки:

min. ширина = 200 мм	max. ширина = 430 мм
min. толщина = 10 мм	max. толщина = 30 мм

Длина sin-балок:

min. 6,000 мм

max. 20,000 мм

Максимальные размеры элементов:

См. детали конструкций, Пункты 1.3 и 1.4 (Приложение C).

Обозначение размеров балок:

WTB 1000 - 300 x 15
15.. 300.. 1000.. WTB..	Толщина полки в мм ширина полки в мм высота стенки в мм обозначения толщины ...	A ..... 2 мм
		B ..... 2,5 мм C ..... 3 мм

Специальные конструкции с любыми промежуточными высотами и/или разными размерами верхней (OG) и нижней (UG) полок поставляются по пожеланиям заказчика. Но по технологическим причинам ширина полок должна быть одинаковой.

b_OG = b_UG ;   t_OG ≠ t_UG

В исключительных случаях, разница b_OG = b_UG ± 50 мм также возможна при одинаковых толщинах полок.

Обозначение такого типа балок:   WTS   - пролётная балка.

Для примера: WTS 1250 - 300 x 15 / 300 x 12

  

4. Материалы

Стандартный ассортимент продукции:

 

Полки:	Широкая листовая сталь или стальные ламели S235JRG2 в соответствии EN 10 025 (RSt 37.2 в соответствии с DIN 17 100)
Стенка:	Холоднокатаная сталь St 37-2G в соответствии с DIN 1623, часть 2 с гарантируемым пределом текучести RH,min = 215 N/mm2

Специальное качество: При закупке материала, все другие качества стали принимаются как специальные качества.

 

Использование более прочных материалов (S355J2G3 = St52.3 N) для полок возможно, но в терминах статики, это имеет смысл только в редких случаях. Точно так же для гофро-стенки может быть использован материал более высокой прочности до 320 Н/мм² (StE 320). Однако с точки зрения планирования закупок сырья, лучше ориентироваться на более долгие сроки доставки и минимальные заказы.

 

 

5. Защита от коррозии

Защита коррозии посредством покрытий:

Готовые балки покрывают на фабрике защитной краской толщиной приблизительно 40 мкм. Любые другие необходимые типы покрытия, например, «праймер» или «топ», должны быть согласованы отдельно в заказе. Стандартные цвета окраски приведены в текущем прейскуранте.

В стандартном проекте, стенка соединяется с полками непрерывным сварным швом. На не проваренной стороне стенки в месте соединения применяется цинковый праймер или дополнительная покраска. С вышеупомянутой защитой от коррозии изделие попадает в классы Защиты от коррозии I и II в соответствии с DIN 55 928 Часть 8.

Чтобы достичь уровня коррозионной стойкости Класса III, необходимы дополнительные мероприятия по защите не проваренной части соединения стенки и полки. Эти мероприятия могут быть обсуждены с заводом-изготовителем отдельно.

Защита коррозии горячим гальванизированием:

Sin-Балки могут  легко подвергаться обработке этого типа.

 

 

 

6. Допуски

Для производства:

 

Полки:	Соответствует допускам для ширины плоского стального листа
Стенка:	Участок синусоиды: + 2.0 мм Высота синусоиды: ± 2.0 мм
Структурная высота балки:	± 5.0 мм
Параллельность рёбер:	0.5 % от ширины полок
Продольный допуск:	- 0 mm; + 5 mm
Ровность балки:	0.1 % от длины балки

Для готового изделия:

DIN 8570 Teil 1, уровень точности B или. DIN 8570 Teil 3, уровень точности F. Сварные швы соответствуют EN 25 817, Группа C (средняя).

 

 

7. Контроль качества

Процесс производства подчинен постоянному, документированному, внутреннему контролю.

Качество материала проверяется на основе фабричных удостоверений в соответствии с EN 10 204 пункт 2.2. Любые дополнительные фабричные удостоверения должны быть согласованы во время заказа материала.

Фабрика изготовителя имеет "Grossen Eignungsnachweis" в соответствии с DIN 18 800, часть 7, Пункт 6.2, DIN 4132 и DIN 8563 часть 10 (Выпущенный SLV, Берлин) для сварочных методов (E) и (МЭГ). Кроме того, возможны плановые испытания сварных полок в соответствии с T.I.M.E. как для газовой сварки так и для электрической. Все испытания применяются к основным материалам, согласно S235 и S355. Сертификаты могут быть представлены по запросу.

B.  ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ

  

8. Несущая способность стенки и полок

  

Поперечные силы несущей способности стенки

Возможно вычислить поперечные силы несущей способности стенки в соответствии с DASt Ri~015 [4], заменяя трапецеидальную форму фактической профилированной формой. Однако, это ведет к неточным конечным результатам. Причина этого в том, что взаимодействие между общей и местной деформацией, на которых и базируется [4], не происходит с профилированной стенкой, и коэффициенты деформации  установлены слишком низко.

 

На основе испытаний [8, 11] и вычислений готовых элементов, следующая процедура проектирования была предложена по Пастернаку [12]:

 

Гофро-стенка рассматривается как ортотропическая пластина с жесткостью D_x и D_y. Согласно [13], т.е. к гофро-стенке применима следующая формула:

        ;            для D_x << D_y

w        - длина гофроволны = 155 мм

S         - развернутая длина

I_y         - момент инерции одной волны профиля

S и I_y определяются численным интегрированием фактической формы гофроволны

С поперечной деформационной нагрузкой   в соответствии с DASt-Ri. 015 ([4], Eq. 415) конечный определенный параметр гибкости  будет. .

С коэффициентом деформации в соответствии с [12]

Поперечные силы несущей способности стенки  в конце концов выходят как

; 

Оценка для текущих геометрических измерений и оценки усилий гофро-стенки подведены в таблице 1.

  

Нормальные силы несущей способности полок

 

В определении нормальной несущей силы полок, различие должно быть сделано между растягивающими и сжимающими напряжениями.

 

В случае растяжения несущая способность полок рассчитывается следующим образом:

 

;                    

 

В случае сжатия надо принимать во внимание стабильность полки. Различие должно быть сделано здесь между местной деформацией полки и её общей стабильностью (поперечной деформацией к оси прогона = деформации на скручивание).

 

Местная деформация демонстрируется через оценку предела lim(b/t) в соответствии с DIN 18 800 Часть 1, Табл. 13. Чтобы принимать во внимание ограничивающий эластичный эффект стенки, ширины полки, уменьшенной наполовину высоты стенки, используются для ширины штрипса b.

Складское помещение D-Y-I

Выполнение всех работ от проекта до сборки складского помещения: Несущие балки произведены по нашей технологии (сварные гофро-балки), крыша по технологии Legato со встроенными световыми проёмами.