專利名稱：Z截面構件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種構件，具有Z形橫截面并旨在用作骨架結構之中的承載構件。本發(fā)明已經(jīng)研制成為用在屋頂支承建筑結構之中的一種檁條，而在今后，本發(fā)明將結合檁條予以說明。不過，將會理解，本發(fā)明作為適合用于任何承載結構之中的一種構件，的確具有較為廣泛的應用。
所謂Z截面檁條目前是由軋制開坯鋼材冷作而成的，并在橫截面上觀看時，一般的Z截面檁條包括一接近中心的腹板；兩個指向相反方向的平行翼緣，從腹板的對置兩端向外伸出；以及在每一翼緣外部邊沿處的一個唇板。各唇板大致平行于腹板，并且為了允許兩節(jié)檁條能以疊套方式連接起來，檁條制成得一個翼緣窄于另一翼緣。
本發(fā)明的目的是，提供一種截面構形，保證相對于從上述基本Z截面檁條構形所獲得的強度來說強度增大，并且，重要的是，考慮到影響不同載荷和/或支承條件下的彎曲強度的一些因素。在逐步完成這項研制的過程中，各發(fā)明人認識到，為每一唇板配置一唇板回彎段，亦即帶有在朝向腹板的方向上回彎的一段唇板，可能獲得彎曲強度的提高。不過，還認識到，以通常的方式設置唇板回彎段，較窄翼緣的長度可能需要減小一個等于或接近較寬翼緣上唇板回彎段寬度的數(shù)量。結果，從包含一種唇板回彎段所得出的好處就可能趨向于由于需要減小較窄翼緣的寬度而被否定了。
因此，本發(fā)明研制成一種Z截面檁條，制有一包含各唇板回彎段并設計成允許較窄翼緣寬度最大化的橫截面。
本發(fā)明提供一種細長的構件，由鋼材冷作而成并具有一Z形橫截面，包括一腹板；兩個指向相反方向的平行翼緣，從腹板的相應兩端向外伸出；以及在每一翼緣外部邊沿處的一唇板。第一翼緣具有的寬度窄于第二翼緣的寬度，從而兩個構件可以以疊套方式相接合，而構件的特征在于(a)每一唇板制有一唇板回彎段，以小于180°的夾角θ相對于唇板設置；以及(b)第二翼緣上的唇板在相對于第二翼緣構成一大于90°但不大于180°的鈍角φ的方向上伸出。
在第二、較寬翼緣上以大于90°的角度制成唇板時，在兩個翼緣上的各唇板可以配有各唇板回彎段而不需對于第一、較窄翼緣的寬度作出不可接受的減小。
第一、較窄翼緣上的唇板也可以以大于90°的角度φ設置于第一翼緣，而一般地(但并非必需地)以等于或小于第二、較寬翼緣與其唇板之間角度φ的角度予以設置。為在兩個角度φ之間作出區(qū)別，相關于第二、較寬翼緣的角度此后稱作中φ2，而相關于第一、較窄翼緣的角度稱作φ1。
角度φ2可以選定得顯著在大于φ1，作為保證較窄翼緣的寬度最大化的一條途徑。
相關于第二、較寬翼緣的唇板與唇板回彎段之間的夾角θ可以等于或不同于形成在相對于第一、較窄翼緣的唇板與唇板回彎段之間的角度。
假定兩個夾角θ可以是相等的或不同的，則相關于第二、較寬翼緣的角度此后稱作θ2，而相關于第一、較窄翼緣的角度稱作θ1。
對于本構件的任何給定的應用場合，各個不同的角度φ1、φ2、θ1和θ2將選定得可以保證構件強度的最佳化，同時允許兩個構件以疊套方式相互連接。
第二、較寬翼緣與其相關唇板之間的鈍角φ2一般不大于135°。不過，構件可取是制成得以致鈍角φ2處在95°至125°范圍之內(nèi)，而且最為可取的是處在105°至120°范圍之內(nèi)。
第一、較窄翼緣與其相關唇板之間的角度φ1一般不大于135°。不過，角度φ1可取的是處在55°至95°范圍之內(nèi)，而最為可取的是，量級為60°。
唇板回彎段角度θ1可取的是處在85°至95°范圍之內(nèi)，而最為可取的是大致90°。
各唇板和各唇板回彎段的寬度將分別取決于構件的其他各截面尺寸和構件的承載要求。不過，每一唇板具有的寬度可取的是等于相關翼緣寬度的20％至60％，而寬度最為可取的是等于相關翼緣寬度的30％至60％。另外，每一唇板回彎段具有的寬度可取的是等于相關唇板寬度的30％至100％，而寬度最為可取的是等于相關唇板寬度的30％至80％。
相關于第一、較窄翼緣的唇板具有的寬度可以等同于或不同于相關于第二、較寬翼緣的唇板寬度。
相關于第一、較窄翼緣的唇板回彎段具有的寬度可以等同于或不同于相關于第二、較寬翼緣的唇板回彎段寬度。不過，可取的是，相關于第一、較窄翼緣的唇板回彎段具有的寬度將等于或大于相關于第二、較寬翼緣的唇板回彎段寬度。
當兩個構件以疊套方式配裝在一起時，相鄰的各唇板和各唇板回彎段可以以接近平行的關系配裝在一起，但有可能在大多數(shù)情況下這種關系并不存在。
可取的是，腹板制有至少一個溝狀凹槽，伸展在腹板的縱向上。此或每一溝狀凹槽具有的深度可取的是等于0.5至5.0倍制成腹板的材料厚度。溝狀凹槽的深度最為可取的是處在0.5至3.0倍制成腹板的材料厚度的范圍之內(nèi)。
許多平行的溝狀凹槽可取的是制成在腹板上面，并且最為可取的是，設置四條這樣的凹槽。各溝狀凹槽可以具有任何所希望的橫截面形狀，但可取的是，它們具有弧形。另外，各溝狀凹槽的取向可取的是，當兩個構件以疊套方式連接起來時，在各自腹板上的各溝狀凹槽構成了沿縱向伸展的各孔道的各互補部分。
本發(fā)明從示于附圖之中的Z截面檁條的一優(yōu)選實施例的以下說明中會得到更加全面的了解，附圖中

圖1表明一根檁條的透視圖；圖2表明以疊套方式設置的兩根檁條的一部分的端視圖；圖3表明一根第二種、寬翼緣檁條的唇板和唇板回彎段兩部分的尺寸狀況；圖4表明兩種不同檁條截面以將檁條寬翼緣置于受壓的方式經(jīng)受彎曲時屈曲應力對于屈曲半波長的關系曲線；圖5類似于圖4，但此時同樣兩種檁條截面以將檁條窄翼緣置于受壓的方式經(jīng)受彎曲。
如圖所示，檁條從軋制開坯鋼材經(jīng)冷作制成并具有一Z形橫截面，此橫截面包括一腹板10和兩個沿相反方向突出的翼緣11和12，從腹板的對置兩端向外伸展。翼緣11在此稱作“第一”翼緣并具有窄于“第二”寬翼緣12的寬度，這從圖2可以最清楚地看到。
第一、窄翼緣11制有一唇板13，以一大致90°的角度φ1傾斜于翼緣11的平面，而第二、寬翼緣制有一唇板14，以一大致120°的角度φ2傾斜于翼緣12的平面。
在一根具有名義深度為200mm的腹板的檁條的情況下，第一翼緣11一般可能具有量級為65mm至70mm的名義寬度，而第二翼緣12可能具有量級為75mm至80mm的名義(總)寬度2。與第一翼緣11相關的唇板13則可能具有量級為20mm至30mm的名義(總)寬度，而與第二翼緣12相關的唇板14可能具有量級為25mm至30mm的名義寬度。
每一唇板13和14制有一相應的唇板回彎段15和16。唇板回彎段15以大致90°的角度θ1相對傾斜于唇板13，而唇板回彎段16以大致60°的角度θ2相對傾斜于唇板14。
因而，從圖2可以最清楚地看到，各相應的翼緣、各相關的唇板和唇板回彎段的尺寸定得和角度方面設置得致使最窄的翼緣11在兩根檁條以疊套方式接合在一起時套放在寬翼緣12之內(nèi)。
唇板回彎段15一般可能具有量級為10mm至15mm的名義(總)尺寸，而唇板回彎段16一般可能具有量級為5mm至10mm的名義(總)尺寸，以致允許第一、窄翼緣的寬度最大化。
雖然各唇板和相關的各唇板回彎段在各圖紙中(特別是在圖3中)畫成為包含各弧形段和各平直段，一個或另一個平直段A或B或二者(如圖3所示)可以盡量減小到如此程度，以致各唇板和各唇板回彎段在極限情況下唯獨在具有半徑RA和/或RB的各弧形段予以確定。
因此，在此說明書中所提及的“唇板寬度”和“唇板回彎段寬度”將理解為由以下各關系式確定的各總寬度(有時稱作“名總深度”)總唇板寬度=A+RA+tan(βA/2)+RB總唇板回彎段寬度=B+RB其中，如各圖紙中所示并通常會是這種情況，角度βB等于或大于90°。
腹板10制有四條沿縱向伸展的溝狀凹槽17。每一凹槽具有弧形，具每一凹槽具有量級為0.5至3.0倍檁條賴以制成的金屬厚度的某一深度。另外，各凹槽17的取向是，當兩個構件如圖2所示以疊套方式連接時，在各自腹板10上的各溝狀凹槽構成了沿縱向伸展的各孔道18的互補部分。
現(xiàn)在參看圖4和5，其中圖4中的曲線A是一標準Z截面檁條(現(xiàn)有技術)在以將檁條寬翼緣置于均勻壓縮之下和將窄翼緣置于均勻拉伸之下的方式承受彎曲時屈曲應力對于屈曲半波長的一條關系圖線。
圖4中的曲線B是圖1所示類型的Z截面檁條在以將檁條寬翼緣置于均勻壓縮之下和將窄翼緣置于均勻拉伸之下的方式承受彎曲時屈曲應力對于屈曲半波長的一條關系圖線。
圖5中的曲線A是一標準Z截面檁條(現(xiàn)有技術)在以將檁條窄翼緣置于均勻壓縮之下和將寬翼緣置于均勻拉伸之下的方式承受彎曲時屈曲應力對于屈曲半波長的一條關系圖線。
圖5中的曲線B是圖1所示類型的Z截面檁條在以將檁條窄翼緣置于均勻壓縮之下和將寬翼緣置于均勻拉伸之下的方式承受彎曲時屈曲應力對于屈曲半波長的一條關系圖線。
為了導出示于圖4和5的各圖線，對示于下表中的各名義尺寸的檁條的兩對比截面作了分析。
表格
在圖4和5二者之中的曲線A和B，局部屈曲發(fā)生在各較短半波長處，扭變屈曲發(fā)生在各中等半波長處，而彎扭屈曲發(fā)生在較長半波長處。關于圖1所示和在以上表格中涉及到的Z截面檁條，由圖4和5中曲線B所表明的局部、扭變和彎扭屈曲應力高于由圖4和5中曲線A所表明的標準Z截面(現(xiàn)有技術)檁條的相應應力。因此，符合本發(fā)明的Z截面檁條的屈曲抗力，當承受該一翼緣處于壓縮而使另一翼緣處于拉伸的彎曲時，優(yōu)于當承受同樣應力分配時標準檁條(現(xiàn)有技術)的屈曲抗力。
權利要求
1．一種細長構件，由鋼材冷作而成并具有一Z形橫截面，具有一腹板；兩個指向相反方向的平行翼緣，從腹板的相應兩端向外伸出；以及在每一翼緣外部邊緣處的一唇板，第一翼緣具有的寬度窄于第二翼緣的寬度，從而兩個構件可以以疊套方式相接合，所述構件的特征在于(a)每一唇板制有一唇板回彎段，以小于180°的夾角(θ1或θ2)設置于唇板，以及(b)第二翼緣上的唇板在相對于第二翼緣構成一大于90°但不大于180°的鈍角(φ2)的方向上伸出。
2．按照權利要求1所述的構件，其特征還在于，第一翼緣上的唇板在相對于第一翼緣構成一不大于第二翼緣與第二翼緣上唇板之間角度(φ2)的角度(φ1)的方向上伸出。
3．按照權利要求1或權利要求2所述的構件，其特征還在于，第二翼緣上的唇板在相對于第二翼緣構成一不大于135°的鈍角(φ2)的方向上伸出。
4．按照權利要求1或權利要求2所述的構件，其特征還在于，第二翼緣上的唇板在相對于第二翼緣構成一落入95°至125°范圍之內(nèi)的鈍角(φ2)的方向上伸出。
5．按照權利要求1或權利要求2所述的構件，其特征還在于，第二翼緣上的唇板在構成一落入105°至120°范圍之內(nèi)的鈍角(φ2)的方向上伸出。
6．按照權利要求2所述的構件，其特征還在于，第一翼緣上的唇板在相對于第一翼緣構成一不大于135°的角度(φ1)的方向上伸出。
7．按照權利要求6所述的構件，其特征還在于，第一翼緣與第一翼緣上唇板之間的角度(φ1)落入85°至95°范圍之內(nèi)。
8．按照權利要求6所述的構件，其特征還在于，唇板與第一翼緣之間的角度(φ1)大致是90°。
9．按照權利要求1至8中任何一項所述的構件，其特征還在于，相應兩唇板和相關各唇板回彎段之間的角度(θ1和θ2)是不同的。
10．按照權利要求9所述的構件，其特征還在于，唇板回彎段與相關于第二翼緣的唇板之間所包含的角度(θ2)處在55至85°的范圍之內(nèi)。
11．按照權利要求9所述的構件，其特征還在于，唇板回彎段與相關于第二翼緣的唇板之間所包含的角度(θ2)大致上等于60°。
12．按照權利要求9所述的構件，其特征還在于，唇板回彎段與相關于第一翼緣的唇板之間所包含的角度(θ1)處在85°至95°的范圍之內(nèi)。
13．按照權利要求9所述的構件，其特征還在于，唇板回彎段與相關于第一翼緣的唇板之間所包含的角度(θ1)大致上等于90°。
14．按照權利要求1至13中任何一項所述的構件，其特征還在于，每一唇板回彎段具有的寬度等于相關翼緣寬度的20％至60％。
15．按照權利要求1至14中任何一項所述的構件，其特征還在于，每一唇板回彎段具有的寬度等于相關唇板寬度的30％至100％。
16．按照權利要求15所述的構件，其特征還在于，相關于第一翼緣的唇板回彎段具有的寬度不小于相關于第二翼緣的唇板回彎段的寬度。
17．按照前述任何一項權利要求所述的構件，其特征還在于，腹板制有至少一個溝狀凹槽伸展在腹板的縱向上。
18．按照權利要求17所述的構件，其特征還在于，此或每一溝狀凹槽的深度等于0.5至5.0倍制成腹板的材料厚度。
19．按照權利要求1至16中任何一項所述的權利要求，其特征還在于，腹板制有許多平行的溝狀凹槽，伸展在腹板的縱向上。
20．按照權利要求1至16中任何一項所述的權利要求，其特征還在于，腹板制有四條間隔開來的平行溝狀凹槽，伸展在腹板的縱向上。
21．按照權利要求19或權利要求20所述的構件，其特征還在于，每一溝狀凹槽具有一弧形橫截面。
22．按照權利要求19至21中任何一項所述的構件，其特征還在于，每一溝狀凹槽的深度等于0.5至5.0倍制成腹板的材料厚度。
23．按照權利要求19至22中任何一項所述的構件，其特征還在于，各溝狀凹槽的取向方式是，當兩個構件以疊套方式連接時，在各自腹板上的各溝狀凹槽構成了沿縱向伸展的各孔道的互補部分。
24．基本上如附圖所示并基本上參照附圖如此前所說明的構件。
全文摘要
一種細長構件,由軋制開坯鋼材冷作而成并具有一Z形橫截面,包括一腹板(10);兩個指向相反方向的平行翼緣(11和12)從腹板的相應兩端向外伸出;以及在各個翼緣外部邊緣處的各唇板(13和14)。第一翼緣(11)的寬度窄于第二翼緣(12)的寬度,從而兩個構件可以疊套方式相接合。各個唇板(13和14)制有唇板回彎段(15和16),它們相對于各唇板以不大于180°而最好是量約為55°至95°的夾角(θ
文檔編號E04C3/04GK1212037SQ97192563
公開日1999年3月24日 申請日期1997年1月30日 優(yōu)先權日1996年2月2日
發(fā)明者格雷戈里·漢考克, 邁克爾·西萊本 申請人:布羅肯希爾有限公司, 悉尼大學