CN101215912A - 双波纹腹板钢箱梁 - Google Patents

Abstract

本发明属于建筑型材技术领域，具体涉及一种双波纹腹板钢箱梁。其断面口型由中部腹板和上、下翼缘连体构成，上翼缘与下翼缘平行，双腹板垂直位于上翼缘与下翼缘之间，双腹板对称放置，呈蜂窝状结构，腹板与翼缘采用单面角焊缝连接，腹板为长度方向呈均匀或不均匀周期性重复的波形腹板，该波纹断面为圆弧角梯形和正弦曲线。本产品可以取代普通焊接箱形钢梁和热轧H型钢、工字钢等产品，而且较之用途更加广泛，可实现大型化用于特殊领域和特殊地点，包括大跨度桥梁的建造和船舶制造等。

Description

双波纹腹板钢箱梁

技术领域

本发明属于建筑型材技术领域，具体涉及一种双波纹腹板钢箱梁。

背景技术

目前在同类领域能够采用的类似的建筑结构构件包括热轧工字钢、热轧H型钢、热轧方钢管、焊接H型钢、焊接箱形梁及波纹腹板H型钢等。

其中热轧工字钢、热轧H型钢、热轧方钢管、焊接H型钢等采用平直钢板作为平腹板，而平钢板本身的稳定性较差，所以其抗剪承载力较低，因此需要加大腹板厚度以获得较高的承载力，造成了腹板用钢量过大，引起钢材的浪费。

焊接钢箱梁采用四块钢板焊接而成，其中两块钢板作为腹板，平行放置，两块翼缘板与腹垂直，且翼缘相互平行，翼缘与腹板通过焊接连接。这种构件在一定程度上优化了构件的性能，尤其是断面呈箱形，对构件的侧向抗变形能力及整体抗扭转能力都有显著提高，但由于其仍然采用平钢板作为腹板，所以腹板用钢量仍然较大。

热轧方钢管受加工工艺和加工设备的限制，较难实现产品的大型化，当所要求的承载能力和刚度较大时，传统产品很难满足要求。

采用单波纹钢板作为腹板制成焊接波纹腹板H型钢，有效的利用了波纹钢板优良的平面外刚度、抗屈曲承载能力和较高的疲劳强度，可以作为普通工字型构件的良好替代品。但由于其断面仍是开口形式，所以构件的侧向变形能力和整体抗扭转能力并无显著提高。

我国现行钢结构规范(GB50017-2003)对焊接H型钢和焊接钢箱梁的腹板高厚比都有严格规定，当超过一定限值后，需要采用一定方法如焊接加劲肋对腹板进行加强，这样就要增加加工工作量，而焊接工艺还会引起应力集中等不利影响，且很难实现自动化生产。

本发明立足于下面两个事实：

1)采用双腹板组成箱形截面，相对于相同高度和材料的单腹板构件，可以大大提高构件的稳定性和承载力，尤其是抗扭承载力。而且当两块腹板对称放置，其平面布置呈蜂窝状，这样可以在整体承载力方面获得最优结果。

2)波纹钢板与平钢板相比，在厚度相同的情况下其抗剪承载力和抗面外变形能力都有显著提高。将其用于建筑结构用钢梁能有在保证抗剪承载力的前提下大量节约钢材。

因此，采用波纹钢板作为腹板组成箱形截面，可以同时发挥上述两种技术优势，其产品较之普通热轧H型钢、工字钢、焊接H型钢、单波纹腹板等同类产品，其力学性能有显著提高，且翼板、腹板厚度均可以降低，从而更能大幅度节省钢材用量。这一点符合我国可持续性发展战略的总体目标。

所以研究一种成本低廉、性能优越、使用寿命长的双波纹腹板钢箱梁是本领域技术人员的研究目标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本低廉、性能优越、使用寿命长的双波纹腹板钢箱梁。

本发明提出的双波纹腹板钢箱梁，其断面口型由中部两块钢腹板2和腹板3，以及上翼缘1、下翼缘4组成，其结构如图1所示。其中，上翼缘1与下翼缘4平行，腹板2和腹板3分别垂直位于上翼缘1与下翼缘4之间，腹板2和腹板3的断面分别呈均匀或不均匀周期性重复的波形，该波纹断面为圆弧角梯形或正弦曲线，分别见图2、图3。

本发明中，所述圆弧角梯形的梯形斜线段的倾角为30°--90°。

本发明中，所述腹板2与上翼缘1或下翼缘4之间分别为单面角焊缝。

本发明中，所述腹板3与上翼缘1或下翼缘4之间分别为单面角焊缝。

本发明中，所述腹板2和腹板3对称放置，呈蜂窝状断面结构。

本发明中，腹板2和腹板3波纹的密度和高度可根据要求改变。

本发明中，所述波纹断面为圆弧角梯形和正弦曲线。所述圆弧角梯形采用数控折弯技术制成，正弦曲线采用数控辊压技术制成。其中，梯形的圆弧过渡使腹板2和腹板3在此处应力流传递流畅，避免了腹板2、腹板3的复杂应力状态。且腹板2、腹板3波纹转角处为圆弧过渡，使腹板与翼缘钢板焊接时焊枪行走平滑，易于保证焊接质量，避免焊缝应力集中。

本发明中，腹板2和腹板3也可以根据设计需要实现任何相对位置的放置。

本发明通过优化焊接钢箱梁的腹板形式，优化了钢箱梁力学性能，通过腹板成形、全自动焊接、防腐、抗火处理等工艺生产本发明产品。

本发明的制备工艺如下：将带钢沿长度方向弯折成为圆弧角的梯形波纹腹板，或通过辊压成为正弦曲线，然后与两翼板采用单面角焊缝焊接成箱形截面。这种新型的断面组合最大特点是更大程度上优化了断面力学性能与产品用钢量之间的关系，使之更趋于合理化、科学化。因此，本发明具有高承载能力、高刚度、高抗扭能力等优良的受力性能、优良的抗疲劳性能和自重轻相结合的特点，是十分理想的结构用型钢材料。同时本发明采用全自动焊接技术和专业定位工装夹具，能确保两腹板和两翼板之间定位准确，焊缝轨迹一致，容易实现标准化。焊缝美观无飞溅，焊接完产品勿需整形。本发明采用数控滑移成型技术和辊压技术加工腹板，可以实现产品大型化。同时腹板加工工艺与工业生产焊接效率相匹配，可以实现规模化工业生产。

本发明与热轧工字钢、H型钢和焊接H型钢相比，其侧向刚度和抗扭承载力有显著提高，且用钢量更省。

本发明与普通焊接箱形梁，在刚度和承载力相等的情况下，用钢量节省40％～60％左右，比焊接、热轧H型钢等节省50％以上。

与传统焊接箱形构件相比，本发明在以下几个方面有实质性的区别和优势特点：采用特种数控滑移成型和辊压技术制作带圆弧角的梯形折线折线或正弦曲线，可以很方便实现在受力较大部位减小波长，加大波纹密度或增大波高，而在受力较小部位采用较稀疏波纹，实现了沿梁长度方向的优化，从而可以达到提高承载力和节约钢材的双重效果。

本产品可以取代平腹板焊接箱形梁，而且比传统的箱形梁用途更为广泛，可实现大型化用于特殊领域和特殊地点，包括大跨度桥梁的建造和船舶制造等。

附图说明

图1为本发明的结构图示。

图2为腹板断面的圆弧角梯形波纹曲线示意图。

图3为腹板断面的正弦曲线波纹曲线示意图。

图4为腹板对称放置的示意图。

图中标号：1为上翼缘，2、3为腹板，4为下翼缘。

具体实施方式

下面通过实施例结构附图进一步说明本发明。

实施例1：双腹板钢箱梁的断面口型由中部腹板2和腹板3及上翼缘1、下翼缘4连体构成，上翼缘1与下翼缘4平行，腹板2和3垂直位于上翼缘1与下翼缘4之间，腹板2和腹板3为长度方向呈均匀或不均匀周期性重复的波形腹板，该波纹断面为圆弧角梯形或正弦曲线。

为验证该产品性能，制作了试件进行研究。试件材料采用Q235钢，试件的翼缘1和翼缘4厚度为10毫米，宽度为500毫米，腹板2和腹板3厚度为2毫米，高度1000毫米，波纹高度50毫米，波长240毫米，转角处过渡圆弧半径30毫米。

Claims (6)

1.一种双波纹腹板钢箱梁，其断面口型由中部两块钢腹板(2)和腹板(3)，以及上翼缘(1)、下翼缘(4)组成，其特征在于上翼缘(1)与下翼缘(4)平行，腹板(2)和腹板(3)分别垂直位于上翼缘(1)与下翼缘(4)之间，腹板(2)和腹板(3)的断面分别呈均匀或不均匀周期性重复的波形，该波纹断面为圆弧角梯形或正弦曲线。

2.根据权利要求1所述的双波纹腹板钢箱梁，其特征在于所述圆弧角梯形的梯形斜线段的倾角为30°--90°。

3.根据权利要求1所述的双波纹腹板钢箱梁，其特征在于所述腹板(2)与上翼缘(1)或下翼缘(4)之间分别为单面角焊缝。

4.根据权利要求1所述的双波纹腹板钢箱梁，其特征在于所述腹板(3)与上翼缘(1)或下翼缘(4)之间分别为单面角焊缝。

5.根据权利要求1所述的双波纹腹板钢箱梁，其特征在于所述腹板(2)和腹板(3)对称放置，呈蜂窝状断面结构。

6.根据权利要求1所述的双波纹腹板钢箱梁，其特征在于所述圆弧角梯形采用数控折弯技术制成，正弦曲线采用数控辊压技术制成。

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