專利名稱：雙波紋腹板鋼箱組合梁的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于建筑用型材技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙波紋腹板鋼箱組合梁。
技術(shù)背景目前在同類領(lǐng)域普遍采用的是普通熱軋工字鋼、熱軋H型鋼和焊接H型鋼組合梁。上 述組合梁由下部鋼梁和上部鋼筋混凝土板通過(guò)抗剪連接件組成受力構(gòu)件，鋼梁一般采用熱 軋工字鋼、熱軋H型鋼和焊接H型鋼，這種設(shè)計(jì)可見(jiàn)于專利——組合梁(ZL95195718.X)。 此外，也有采用平鋼板焊接而成鋼箱梁，與混凝土板構(gòu)成平腹板鋼箱組合梁。普通熱軋工字鋼和H型鋼在工廠內(nèi)通過(guò)熱軋而成，受加工工藝的限制，其腹板必須是 直線板。而焊接H型鋼則是將兩塊翼緣板和一塊平面腹板焊接在一起組成H型截面，當(dāng)熱 軋型鋼規(guī)格無(wú)法滿足要求時(shí)，可以采用焊接H型鋼。但焊接H型鋼多采用兩面角焊縫，焊 接工作量較大。普通熱軋工字鋼和H型鋼用鋼量大，主要原因在于平面腹板抗屈曲能力較低，所以需 要提高腹板厚度。而焊接H型鋼也存在同樣的問(wèn)題，所以在設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)腹板的高厚比進(jìn) 行限制，造成其腹板厚度一般也較厚，因此用鋼量過(guò)大。此外，焊接H型鋼在使用時(shí)，還 要需要采取特殊的技術(shù)措施，比如加勁肋或者是利用腹板屈曲后強(qiáng)度等，設(shè)計(jì)和施工都較 為復(fù)雜。焊接鋼箱梁采用四塊鋼板焊接而成，其中兩塊鋼板作為腹板，平行放置，兩塊翼緣板 與腹垂直，且翼緣相互平行，翼緣與腹板通過(guò)焊接連接。這種構(gòu)件在一定程度上優(yōu)化了構(gòu) 件的性能，尤其是斷面呈箱形，對(duì)構(gòu)件的側(cè)向抗變形能力及整體抗扭轉(zhuǎn)能力都有顯著提高， 但由于其仍然采用平鋼板作為腹板，所以腹板用鋼量仍然較大。我國(guó)現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范(GB50017-2003)對(duì)焊接H型鋼和焊接鋼箱梁的腹板高厚比都有嚴(yán) 格規(guī)定，當(dāng)超過(guò)一定限值后，需要采用一定方法如焊接加勁肋對(duì)腹板進(jìn)行加強(qiáng)，這樣就要 增加加工工作量，而焊接工藝還會(huì)引起應(yīng)力集中等不利影響，且很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。且 傳統(tǒng)的熱軋工字鋼和H型鋼由于受加工工藝和加工設(shè)備的限制，較難實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的大型化， 當(dāng)所要求的承載能力和剛度較大時(shí)，傳統(tǒng)產(chǎn)品很難滿足要求。若通過(guò)設(shè)計(jì)、加工悍接H型 鋼來(lái)完成，則較為費(fèi)工費(fèi)時(shí)，提高造價(jià)，并影響建設(shè)速度。研究和探討用雙波紋腹板鋼箱梁代替?zhèn)鹘y(tǒng)型鋼作為組合梁中的鋼梁，進(jìn)而應(yīng)用于多高 層建筑領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)降低成本、優(yōu)化性能、延長(zhǎng)使用壽命長(zhǎng)，是本領(lǐng)域技術(shù)人員的研究目標(biāo)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種成本低廉、性能優(yōu)越、使用壽命長(zhǎng)的雙波紋腹板鋼箱組合梁。本發(fā)明提出的雙波紋腹板鋼箱組合梁，由上翼緣l、腹板2、腹板3、下翼緣4、壓型 鋼板5和鋼筋混凝土翼板8連接構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖1—3所示。其中，上翼緣1與下翼緣4 平行，腹板2和腹板3分別垂直位于上翼緣1與下翼緣4之間，腹板2和腹板3的斷面均 呈均勻或不均勻周期性重復(fù)的波形，該波紋斷面為圓弧角梯形或正弦曲線，分別見(jiàn)圖4、 圖5，鋼筋混凝土翼板8位于壓型鋼板5上方，壓型鋼板5位于上翼緣1上方，鋼筋混凝 土翼板8、壓型鋼板5、上翼緣1三者通過(guò)栓釘6固定，栓釘6可以作為抗剪連接件將鋼 筋混凝土翼板8、壓型鋼板5、鋼梁上翼緣1連接成整體，橫向鋼筋7焊接于壓型鋼板5 上部，可作為壓型鋼板5和鋼筋混凝土板8之間的連接件。本發(fā)明中，所述圓弧角梯形的梯形斜線段的傾角為30^90° 。 本發(fā)明中，所述腹板2與上翼緣1或下翼緣4之間分別為單面角焊縫。 本發(fā)明中，所述腹板3與上翼緣1或下翼緣4之間分別為單面角焊縫。 本發(fā)明中，所述腹板2和腹板3對(duì)稱放置，呈蜂窩狀斷面結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明中，所述腹板2和腹板3的波紋形狀采用數(shù)控折彎技術(shù)或數(shù)控輥壓技術(shù)制成。 且腹板2和腹板3波紋的密度和高度可根據(jù)要求改變。本發(fā)明通過(guò)改變熱軋H型鋼、焊接H型鋼和焊接鋼箱梁的腹板形狀，優(yōu)化了組合梁中 鋼梁的斷面力學(xué)性能，通過(guò)腹板成形、全自動(dòng)焊接、防腐、抗火處理等工藝生產(chǎn)本發(fā)明產(chǎn)口叫o本發(fā)明中，所述鋼筋混凝土翼板8為鋼筋混凝土材料，構(gòu)件5為壓型鋼板，可作為鋼 筋混凝土翼板8的永久模板，鋼梁上翼緣l、壓型鋼板5和鋼筋混凝土翼板8之間通過(guò)栓 釘6連接。本發(fā)明的制備工藝如下將帶鋼沿長(zhǎng)度方向彎折成為圓弧角的梯形波紋腹板，或通過(guò) 輥壓成為正弦曲線波形腹板，然后與兩翼板采用單面角焊縫焊接成箱形截面。這種新型的 斷面組合最大特點(diǎn)是更大程度上優(yōu)化了斷面力學(xué)性能與產(chǎn)品用鋼量之間的關(guān)系，使之更趨 于合理化、科學(xué)化。因此，本發(fā)明具有高承載能力、高剛度、高抗扭能力等優(yōu)良的受力性 能、優(yōu)良的抗疲勞性能和自重輕相結(jié)合的特點(diǎn)，是十分理想的結(jié)構(gòu)用型鋼材料。同時(shí)本發(fā) 明采用全自動(dòng)焊接技術(shù)和專業(yè)定位工裝夾具，能確保兩腹板和兩翼板之間定位準(zhǔn)確，焊縫 軌跡一致，容易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。焊縫美觀無(wú)飛濺，焊接完產(chǎn)品勿需整形。本發(fā)明采用數(shù)控滑 移成型技術(shù)和輥壓技術(shù)加工腹板，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品大型化。同時(shí)腹板加工工藝與工業(yè)生產(chǎn)焊接效率相匹配，可以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)。本發(fā)明與熱軋工字鋼、H型鋼和焊接H型鋼組合梁相比，其側(cè)向剛度和抗扭承載力有顯著提高，且用鋼量更省。本發(fā)明與采用熱軋工字鋼和H型鋼的組合梁相比，由于可以以較薄的腹板厚度獲得較高的抗屈曲承載力和整體穩(wěn)定承載力，所以具有較高的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明與采用熱軋工字鋼和H型鋼的組合梁相比，在剛度和承載力近似的情況下，鋼梁用鋼量可以節(jié)省40%~60%左右，比焊接H型鋼節(jié)省30%左右。 本發(fā)明立足于下面兩個(gè)事實(shí)1) 采用雙腹板組成箱形截面，相對(duì)于相同高度和材料的單腹板構(gòu)件，可以大大提高 構(gòu)件的穩(wěn)定性和承載力，尤其是抗扭承載力。2) 波紋鋼板與平鋼板相比，在厚度相同的情況下其抗剪承載力和抗面外變形能力都 有顯著提高。將其用于建筑結(jié)構(gòu)用鋼梁能有在保證抗剪承載力的前提下大量節(jié)約鋼材。因此，采用波紋鋼板作為腹板組成箱形截面，并將其應(yīng)用到組合梁中，可以同時(shí)發(fā)揮 上述兩種技術(shù)優(yōu)勢(shì)，其產(chǎn)品較之普通熱軋H型鋼、工字鋼、焊接H型鋼、單波紋腹板H 型鋼組合梁等同類產(chǎn)品，其力學(xué)性能有顯著提高，且翼板、腹板厚度均可以降低，從而更 能大幅度節(jié)省鋼材用量，這一點(diǎn)符合我國(guó)可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略的總體目標(biāo)。本發(fā)明在以下幾個(gè)方面有實(shí)質(zhì)性的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)1) 本發(fā)明采用特種數(shù)控折彎技術(shù)和數(shù)控輥壓成型技術(shù)制作波紋鋼腹板2和腹板 3，可以實(shí)現(xiàn)在受力較大部位減小波長(zhǎng)，加大波紋密度或增大波高，而在受力較小部位采 用較稀疏波紋，實(shí)現(xiàn)了沿梁長(zhǎng)度方向的優(yōu)化，從而可以達(dá)到提高承載力和節(jié)約鋼材的雙重 效果。2) 本發(fā)明在波紋鋼板的制作中采用數(shù)控折彎技術(shù)和數(shù)控輥壓技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)構(gòu)件 的大型化，例如可以生產(chǎn)出截面高度達(dá)到3米至4米的大型鋼梁。3) 波紋腹板2和腹板3的制作采用數(shù)控折彎技術(shù)和數(shù)控輥壓技術(shù)，因此所產(chǎn)生的 殘余變形和局部拉伸比沖壓或冷彎軋制等成型技術(shù)顯著降低，因此性能更優(yōu)，且生產(chǎn)效率 較高。4) 本發(fā)明采用波紋腹板2和3比平腹板具有更高的抗疲勞強(qiáng)度，因此可以應(yīng)用在 某些對(duì)構(gòu)件抗疲勞性能要求更高的特定領(lǐng)域，如大型工業(yè)廠房等。5) 本發(fā)明采用箱形截面，具有更高的抗扭承載力和整體穩(wěn)定承載力，可以作為主 受力構(gòu)件應(yīng)用到結(jié)構(gòu)中。本發(fā)明可以作為傳統(tǒng)工字鋼和H型鋼組合梁的替代產(chǎn)品，而且比工字鋼和H型鋼組合梁用途更加廣泛，可實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的大型化用于特殊領(lǐng)域和特殊地點(diǎn)，包括大跨度工業(yè)民用建筑和大跨度橋梁的建造等。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)三維圖示。圖2為本發(fā)明的橫剖面圖示圖3為本發(fā)明的縱剖面圖示。圖4為梯形波紋腹板的斷面示意圖。圖5為正弦曲線波紋腹板的斷面示意圖。圖中標(biāo)號(hào)l為上翼緣，2和3為腹板，4為下翼緣，5為壓型鋼板，6為栓釘，7為 橫向鋼筋，8為鋼筋混凝土翼板。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)實(shí)施例結(jié)構(gòu)附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例1:雙波紋腹板鋼箱組合梁的其斷面口型由中部腹板2和腹板3和上翼緣1、下翼緣4連體構(gòu)成，上翼緣1與下翼緣4平行，腹板2和腹板3垂直于上翼緣1與下翼緣 4，腹板2和3為斷面形狀為梯形。鋼筋混凝土翼板8位于壓型鋼板5上方，壓型鋼板5 位于上翼緣l上方，鋼筋混凝土翼板8、壓型鋼板5、上翼緣1三者通過(guò)大頭栓釘6固定， 橫向鋼筋7焊接于壓型鋼板5上部。為驗(yàn)證本裝置性能，制作了試件進(jìn)行研究。試件中鋼材的材料都采用Q235鋼，鋼筋 混凝土翼板8厚度為100毫米，采用C20混凝土，栓釘6采用M19xl00，壓型鋼板5采用 YX38-175-700。試件的上翼緣1和下翼緣4厚度為10毫米，寬度為150毫米，腹板2厚 度為2毫米，高度500毫米，波紋高度38毫米，其傾斜段的傾角為58。，波長(zhǎng)175毫米。
權(quán)利要求
1、一種雙波紋腹板鋼箱組合梁，由上翼緣(1)、腹板(2)、腹板(3)、下翼緣(4)、壓型鋼板(5)和鋼筋混凝土翼板(8)連接構(gòu)成，其結(jié)特征在于上翼緣(1)與下翼緣(4)平行，腹板(2)和腹板(3)分別垂直位于上翼緣(1)與下翼緣(4)之間，腹板(2)和腹板(3)的斷面均呈均勻或不均勻周期性重復(fù)的波形，該波紋斷面為圓弧角梯形或正弦曲線，并對(duì)稱放置，分別見(jiàn)圖(4)、圖(5)，鋼筋混凝土翼板(8)位于壓型鋼板(5)上方，壓型鋼板(5)位于上翼緣(1)上方，鋼筋混凝土翼板(8)、壓型鋼板(5)、上翼緣(1)三者通過(guò)栓釘(6)固定，栓釘(6)作為抗剪連接件將鋼筋混凝土翼板(8)、壓型鋼板(5)、鋼梁上翼緣(1)連接成整體，橫向鋼筋(7)焊接于壓型鋼板(5)上部，作為壓型鋼板(5)和鋼筋混凝土板(8)之間的連接件。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙波紋腹板鋼箱組合梁，其特征在于所述圓弧角梯形的梯 形斜線段的傾角為30—90。。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙波紋腹板鋼箱組合梁，其特征在于所述腹板(2)與上翼 緣(1)或下翼緣(4)之間分別為單面角焊縫。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙波紋腹板鋼箱組合梁，其特征在于所述腹板(3)與上翼 緣(1)或下翼緣(4)之間分別為單面角焊縫。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙波紋腹板鋼箱組合梁，其特征在于所述腹板(2)和腹板 (3)對(duì)稱放置，呈蜂窩狀斷面結(jié)構(gòu)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙波紋腹板鋼箱組合梁，其特征在于所述腹板(2)和腹板 (3)的波紋形狀采用數(shù)控折彎技術(shù)或數(shù)控輥壓技術(shù)制成。
全文摘要
本發(fā)明屬于建筑型材技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙波紋腹板鋼箱組合梁。其斷面口型由兩個(gè)對(duì)稱放置的波紋腹板和上、下翼緣連體構(gòu)成。上翼緣與下翼緣平行，腹板垂直于上翼緣與下翼緣，腹板與翼緣采用單面角焊縫連接，腹板為長(zhǎng)度方向周期性重復(fù)的梯形波紋或正弦曲線波紋。組合梁上部為鋼筋混凝土翼板及壓型鋼板。上翼緣、鋼筋混凝土板和壓型鋼板之間通過(guò)栓釘連接，而鋼筋混凝土翼板和壓型鋼板之間還可以通過(guò)附加橫向鋼筋連接。本發(fā)明可以取代傳統(tǒng)的熱軋工字鋼、H型鋼組合梁和焊接鋼箱組合梁，而且比工字鋼和H型鋼組合梁用途更加廣泛，可實(shí)現(xiàn)大型化用于特殊領(lǐng)域和特殊地點(diǎn)，包括大跨度工業(yè)民用建筑和大跨度橋梁的建造等。
文檔編號(hào)E04C3/294GK101220697SQ20081003302
公開日2008年7月16日 申請(qǐng)日期2008年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月24日
發(fā)明者孫飛飛, 哲 張, 李國(guó)強(qiáng), 王衛(wèi)永, 王開強(qiáng), 王文濤 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)