專利名稱：結構件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種組合結構件，其例如可作為柱、梁、椽子、樓板托梁、或房屋及農(nóng)用建筑結構中的其它應用，以及柵欄等其他一般應用。
采用中空截面的柱，梁和類似的構件已經(jīng)公知，例如參見澳大利亞專利524516及577328，前者描述一種在欄桿立柱間含有矩形截面橫柱的欄桿，而后者則表示一種柵欄組件，它含有基本上是垂直的墩柱和上部及下部縱向件，這些縱向件固定在相鄰的墩柱間和之上，而垂直件延伸在上部和下部橫梁之間，其中，墩柱和垂直件都是中空截面件。另一個更相關的例證是新南威、賴達爾、338維多利亞路的享特道格拉斯有限公司的中空成品梁，并將它作為參考梁，此處本發(fā)明人認為該梁是一種優(yōu)秀產(chǎn)品，所以，后邊還將對本發(fā)明與該梁進行比較。
在申請人所知的全部現(xiàn)有技術中，還沒有這樣一種連續(xù)截面的梁，它能橫跨長距離和具有框形截面的優(yōu)點，還可用輥軋成形方法加工，又能方便地進行組裝，既具有抗彎能力，又不使用緊固件，不用焊接或不用抗剪切的其他固定裝置。
如果一種中空截面的組合構件是由兩個如享特道格拉斯參考梁那樣類似C形截面的元件組裝而成，那么，顯而易見就可得到最好的結果，只要是由兩層含有最外受力層(extreme fibres)的金屬(板)組成的梁，這就是說，此處(兩層金屬)在載荷作用下，出現(xiàn)金屬的最大應力和撓度。而側壁承受較小應力只需單層厚度。
然而，在載荷作用下，梁會發(fā)生變形，因而會使含有最外受力層的內側金屬層(板)產(chǎn)生位移，從而損失一些功用。如果利用緊固件來保持金屬層(板)的接合，則由于緊固件孔的存在也要喪失一些強度。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種由兩元件構成的橫截面形狀梁，其中，兩元件的連接配合被保持在含有最外受力層的內層(板)和外層(板)之間，而不使用緊固件。本發(fā)明另一目的是提供一種易于輥軋成形的構件形狀，并在輥軋成形后，很容易地通過彈變組裝成中空截面的組合梁，但它的形狀和全部強度可保持在失效之前。
本發(fā)明的一種組合構件是通過將兩個一般為C形截面的元件作彈變組裝而成的，每個元件都有一腹板，沿腹板有一對延伸的肋，上部和下部翼緣通過它們的邊棱端接著彼此相對的輔助翼緣，并至少一個輔助翼緣端接在向后指向腹板的凸緣上，每個元件的一個凸緣與另一元件的肋內表面相卡接，從而阻止接合翼緣的位移，并保持一個高的慣矩，以便在載荷作用下，能阻止構件的過分撓曲。
特別地，本發(fā)明由一對具有相同且不變的橫截面形狀的通常為C形橫面的元件組成，每個元件都具有兩個平行隔置的主翼緣，這兩個主翼緣置于腹板兩側，并在腹板兩側分別與兩個主翼緣的第一對邊棱相連接，與腹板平行的輔助翼緣則分別從兩個主翼緣的第二對邊棱相向延伸，還有從至少一個輔助翼緣上折回指向腹板的加強凸緣，腹板還有一對由向內的板部限定成的凹肋，一個C形截面元件的至少一個凸緣與另一個C形截面元件的腹板凹肋的內凸部分的內表面卡合。
這種結構具有許多優(yōu)點第一因為具有相同的橫截面形狀，簡化了加工工具。
第二在載荷作用下和與載荷作用平面互相平行的腹板隔置的情況下，該構件可有效地提供一種含有雙層金屬厚度的上和下部最外弦翼橫截面結構(梁)，而中間(截面)部分是單層金屬厚度的腹板。
第三在需要采用細長構件例如柵欄欄桿的情況下可錯位安置連接件，此時，連接部位的強度損失最小。
第四在潮濕環(huán)境使用時，由于大多數(shù)并不是所有搭接接頭都處于水淋的情況下，故侵入的濕氣最小。
附圖表示本發(fā)明的一個實施例，下面參照附圖對該實施例進行詳細說明。其中未標號的圖(

圖1左邊)表示申請人所知的與本發(fā)明最接近的現(xiàn)有技術。
圖1是本發(fā)明組合構件的局部透視圖;
圖2表示把兩個輥軋成相同橫截面的元件經(jīng)彈變組裝成一個構件;
圖3概略地表示本構件在房屋建筑中的典型應用;和圖4表示一種試驗方案，用于檢驗撓度和施加載荷的關系，試驗結果將在后面表示。
未標號的(圖1左邊)圖表示本申請人所知的與本發(fā)明最接近的現(xiàn)有技術，即前面所述的享特道格拉斯參考梁。
首先參考圖1，該中空構件10包括兩個相同的C形截面元件11，每個元件11都是用金屬板制成的，并都包括一個腹板12，而在腹板12的兩側帶兩個主翼緣13，每個翼緣13都在端部沿相應的邊棱向內彎轉成一個輔助翼緣14，每個輔助翼緣14都具有一個由它的內邊棱延伸的強化凸緣15a和15b(在某些場合下凸緣15a可以不要)。
每個腹板12都有一對隔距安置的由向內的斜壁17形成的肋16，而在組裝時，每個C形截面元件11的凸緣15a和15b分別與向內的壁部17的外表面和內表面相卡接。這種接合用于阻止兩個元件11相搭接的主翼緣13的位移，即使在不使用緊固件的情況下，也能保持它們之間的接合。
主翼緣13也具有肋18，它可按要求輥軋成形，并同樣使主翼緣得到加強。
橫跨支承著凸緣15內表面的那個主翼緣13(即置于里邊的主翼緣)寬度的輪廓尺寸“d”比支承在強化凸緣15外表面的主翼緣的相應寬度尺寸“D”少兩個金屬厚度。采用這種結構設置可使每個元件11比較容易地將其內置的強化凸緣嵌入另一元件11的外置強化凸緣中，并且外置的強化凸緣就疊蓋在另一元件11的相應外表面上，進而該強化凸緣就壓靠在肋16向內的壁部上，以阻止它們脫離配合。
附圖表示了每個元件11都用輥軋成形的方法加工成具有相同的橫截面形狀，然而，本發(fā)明并不要求僅限于采用輥軋成形方法，而在一些實施例中，也可根據(jù)需要用擠壓方法加工該元件，例如對于鋁材元件。
圖中所示的組件即構件10具有相當大的強度，因為若按圖2中所示在垂直于組件的方向施加載荷，該構件的上和下弦翼具有雙金屬的厚度，即使不使用緊固件，該構件的強度也是相當大的，雖然緊固件可附加補償構件在載荷作用下所產(chǎn)生的剪切力。然而對于輕載荷條件下的應用，就不必要將元件組合在一起形成構件，而是每個元件都能單獨分開使用，這在建筑工程中是相當有益的，例如，一些建筑構件需要使用較輕的截面構件。而上部構件則需要使用強度較大的構件。
圖3中，具有相同截面的構件用于墩柱21，椽子22、系梁23、支柱24，所需的桁條沒有表示。
檐部支承托25包括側板26，其用兩個L形隔板27隔開，這樣實際上就形成三個孔座28(用于墩柱21)，29(用于系梁)和30(用于椽子22)。脊部支承組件32包括形成兩個椽子孔座33的板件，這些板件用通過連接夾板34的緊固件而連接一起。在側板35之間形成一個空腔，支柱24的上端裝入其中。在系梁23兩端中間的側板36給支柱24的下端提供了夾緊結構。
圖4表示一個撓度試驗裝置，其中，將一個構件與所示的已有技術作比較，圖表還精確地列出結果。兩個構件(橫截面)的全部尺寸都是相同的，金屬的厚度是相同的，但本申請人的輥軋成形的構件只需用較軟等級的鋁材(H34標準硬度，與H16結構等級的進行比較)。有關的強度如下抗拉強度 H34 159 兆帕 (106牛頓/米2)“M.Pa”屈服強度 H34 134 兆帕 (106牛頓/米2)“M.Pa”抗剪強度 H34 97 兆帕 (106牛頓/米2)“M.Pa”抗拉強度 H16 179 兆帕 (106牛頓/米2)“M.Pa”本申請人用H34 現(xiàn)有技術為H16輥軋成形的鋁材 擠壓成形的鋁材載荷 撓度(f) 載荷 撓度(f)(千牛頓) (英吋) (千牛頓) (英吋)使用 1 0.070 1 0.080緊固件 2 0.150 2 0.1603 0.240 3 0.245
4 〔0.310〕＊3.5 〔0.395〕＊＊〔發(fā)生斷裂〕不使用 1 0.075 1 0.045緊固件 2 0.150 2 0.1503 0.200 3 0.2154 0.260 4 0.275本申請人的鍍鋅鋼材載荷(千牛頓) 撓度(f)(英吋)使用 1 0.050緊固件 2 0.0703 0.0904 0.1105 0.1266 0.1477 0.1708 0.1959 0.225不使用 1 0.040緊固件 2 0.0653 0.0804 0.1005 0.1156 0.1407 0.1658 0.1908.5 0.210
上面試驗是由澳大利亞國家鐵道部門于1990年10月29日在南澳大利亞的艾斯靈頓實驗室獨立完成的。
他們指出(1)在發(fā)生斷裂之前載荷可有相當大的增加，(2)對于鋁材不使用緊固件有強度損失，但對于鋼材強度增加。
所得到的結論是本申請人的構件的橫截面形狀可完全不使用緊固件。
對彈性模量為3×107的鋼材來說，撓度/載荷的比率處于予期的范圍內。雖然慣性矩小于用與構件的組合厚度同樣壁厚的軋制管所得到的慣性矩，但在相同的撓度下，就相對成本而言本申請人的構件卻十分經(jīng)濟便宜。
權利要求
1.一種中空組合結構件，包括一對具有相同不變的通常為C形橫截面的元件，每個元件都具有兩個平行隔置的主翼緣，這兩個主翼緣在一個腹板的兩側，而腹板通過兩個主翼緣的第一對邊棱相應地與兩個主翼緣相連，還有與腹板平行的輔助翼緣從兩個主翼緣的第二對邊棱相向延伸，以及從至少一個輔助翼緣折回指向腹板的強化凸緣；所說的腹板具有一對由向內的壁部形成的內凹肋，所說的每個C形截面元件的凸緣相應地與另一個C形截面元件的腹板肋內凹壁的內表面和外表面相卡接。
2.按權利要求1的結構件，其特征在于每個C形元件的肋部是分別鄰近于(而不是置于)主翼緣的第一對邊棱處從腹板向內凹斜而成。
3.按權利要求1或2的結構件，其特征在于元件凸緣與腹板肋的卡接使元件的主翼緣保持在搭接狀態(tài)。
4.按權利要求1的結構件，其特征在于元件是通過輥軋成形方法將平整的金屬薄板輥軋成所述橫截面形狀的。
5.一種加工結構件的方法，包括輥軋成形工序，將平整的薄金屬帶輥軋成兩個如權利要求1所限定的具有相同的橫截面尺寸的元件;彈變組裝工序，將兩個元件作彈變組裝成一個中空的構件，要使每個元件的凸緣分別與所說的內凹壁部的內表面和外表面相卡接，并使相互搭接的主翼緣處于靠接狀態(tài)。
6.一種構架包括全部按權利要求1所限定的結構件組成的墩柱、椽子和系梁，還包括檐部支承托，該托具有孔座，其周壁可夾持所說的墩柱，椽子和系梁的端部。
7.按權利要求6的構架，其特征在于檐部支承托包括一對側板，其被一對L形隔板隔開，側、隔板構成所說的孔座。
8.按權利要求6的構架，其特征在于還有一脊部支承部件，其含有孔座板，夾板和緊固件，孔座板構成兩個孔座，每個孔座支承一個椽子的端部，夾板裝在孔座板上，緊固件將夾板面對面地固定在一起。
全文摘要
一種組合構件(10)，由兩個通常為C形截面的元件(1)作彈變組裝而成。每個元件(11)都有一腹板(12)，它具有一對沿本身延伸的肋(16)，上部和下部主翼緣(13)在它們邊棱處端接在彼此相對的輔助緣(14)上，每個輔助翼緣端接在一個凸緣(15a.15b)上，該凸緣向后指向腹板(12)。每個元件的凸緣(15a.15b)相應地與另一元件的肋(16)之內和外表面卡接，從而阻止搭接翼緣的位移，并保持一個高慣性矩以阻止載荷作用下結構件(10)的過度撓曲。
文檔編號E04C3/04GK1054640SQ9011041
公開日1991年9月18日 申請日期1990年12月8日 優(yōu)先權日1989年12月8日
發(fā)明者希蒙·約翰·露易斯, 莫里斯·迪斯蒙德·羅賓遜 申請人:貝爾·麥爾有限公司