CN103422618A - 波形钢腹板钢混组合结构简支工字梁 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工字梁，公开了一种波形钢腹板钢混组合结构简支工字梁，梁体包括一块波形钢腹板、上翼缘钢板、下翼缘钢板，封头端板及混凝土，梁体设置在支座上，所述的波形钢腹板设置在上翼缘钢板与下翼缘钢板之间，上翼缘钢板与波形钢腹板通过焊接连接，波形钢腹板与下翼缘钢板通过焊接连接，上翼缘钢板或下翼缘钢板与混凝土组合形成混凝土组合结构。本发明的波形钢腹板通过转角三个过渡段的设置，能实现直线段与圆弧段的顺畅过渡，解决转角的应力集中问题，尤其是承压部位采用带有微型应变波的钢砼组合结构，具有良好的结构性能和经济性。

Description

波形钢腹板钢混组合结构简支工字梁

技术领域

本发明涉及工字梁，尤其涉及了一种波形钢腹板钢混组合结构简支工字梁。

背景技术

传统的工字梁或钢箱梁根据抗剪屈曲的要求，腹板的高厚比一般在100：1左右，梯形波形钢腹板由于极强的抗剪和抗屈曲性能，其高厚比可大300：1。现有的波形钢腹板工字梁中采用的波形钢腹板，其腹板的波形都是由直线段与圆弧段组成，在直线段与圆弧段的连接部分容易产生应力集中。传统工字梁或钢箱梁受压翼缘也采用钢板，在受压区采用钢结构不能体现钢结构的经济性，如采用钢混组合结构，使受压区大部分的压应力由混凝土承担，虽然能体现经济性，但混凝土的收缩与徐变特性使得其与钢结构不能协同受力，造成应力重分布现象。

发明内容

本发明针对现有技术中普通工字梁抗剪和抗屈曲性能，现有的波形钢腹板简支工字梁容易产生应力集中，纯钢结构耐压效果差等缺点，尤其是组合结构中混凝土的收缩与徐变特性使得其与钢结构不能协同受力，造成应力重分布现象。提供了一种波形钢腹板的波形通过直线段、过渡段、圆弧段三部分组成，其中过渡段能够有效的连接直线段与圆弧段，解决直线段与圆弧段直接连接时应力集中的问题，同时简支梁之间采用连体而不连续的结构，有效防止超载车大荷载或地震破坏，尤其采用了带有微型应变波的承压翼缘板，承压翼缘板上浇筑混凝土的波形钢腹板钢混组合结构简支工字梁，解决了混凝土的收缩与徐变造成的应力重分布现象。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

波形钢腹板钢混组合结构简支工字梁，梁体包括一块波形钢腹板、上翼缘钢板、下翼缘钢板，封头端板及混凝土，梁体设置在支座上，所述的波形钢腹板设置在上翼缘钢板与下翼缘钢板之间，上翼缘钢板与波形钢腹板通过焊接连接，波形钢腹板与下翼缘钢板通过焊接连接，上翼缘钢板、下翼缘钢板表面粗糙度为70-350μm，上翼缘钢板或下翼缘钢板与混凝土组合形成混凝土组合结构。简支工字梁为普通梁时，上翼缘钢板主要承受压力，此时上翼缘钢板与混凝土组合形成混凝土组合结构；当简支工字梁为悬臂梁时，下翼缘钢板主要承受压力，此时下翼缘钢板与混凝土组合形成混凝土组合结构。

作为优选，所述的波形钢腹板为带过渡段及圆弧转角的连续梯形波折钢板，过渡段位于直线段与圆弧转角之间，圆弧转角半径为r，过渡段的半径为R，R为渐变半径，R为∞—r。

作为优选，所述的波形钢腹板沿波高方向的切点连线长度为L_AB，沿波长方向的切点连线长度为L_BC，L_AB≥L_BC。

作为优选，所述的封头端板与波形钢腹板、上翼缘钢板、下翼缘钢板焊接。

作为优选，所述的顶部钢板带有外凸波峰的微型应变波。传统的波形钢板纵向基本无刚度，带有微型应变波的翼缘板纵向有刚度，能承压，且其微型应变波部分的纵向刚度减弱部分因混凝土外凸的截面而得到补强。

作为优选，所述的微型应变波的波高为上翼缘钢板厚度的3-20倍，外凸部分的波峰长度小于300mm，波峰与波峰间的距离为大于1000mm。微型应变波的波高采用翼缘板厚度的3-20倍，能使翼缘钢板受压时因微型应变波的存在而减弱的抗压能力，通过外凸增加的3-20倍翼缘板厚度所增加的混凝土截面来弥补，使翼缘板既能接受砼的纵向收缩与徐变，与砼协同受力，又在纵向收缩与徐变过程中及过程后保持整体结构强度。

因为在承压翼缘板上浇筑混凝土，混凝土存在短期收缩和长期徐变，上述变化均使混凝土出现总量千分之一左右的收缩状态，而与混凝土组合的传统平直翼缘板不能协同收缩，从而导致组合结构的实际受力状态与理想受力状态存在明显差异，不能协同收缩的翼缘板率先承担了压应力，导致组合结构中应力重分布现象。本专利采用平直翼缘板上设置微型应变波的办法，使其既能接受砼的纵向收缩与徐变，又在纵向收缩与徐变过程中及过程后保持结构强度，一举解决了组合结构的上述瓶颈问题。

作为优选，所述的梁体一端设有插头，另一端设有插孔，相邻简支工字梁之间通过插头与插孔配合连接，插头上设有倒钩，插孔为内凹式。

作为优选，所述的梁体一端设有插头，另一端设有插孔，相邻简支工字梁之间通过插头与插孔配合连接，插头为柱体，插孔为与插头配合的空心插管。

作为优选，所述的上翼缘钢板的厚度大于或小于下翼缘钢板的厚度。

作为优选，所述的上翼缘钢板、下翼缘钢板沿波形钢腹板波长方向均为拱形。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：本发明波形钢腹板的波形通过直线段、过渡段、圆弧段三部分组成，其中过渡段能够有效的连接直线段与圆弧段，解决直线段与圆弧段直接连接时应力集中的问题，同时同时承压部分浇筑混凝土，具有良好的承压效果以及较高的性价比。尤其是承压部位采用带有微型应变波的钢砼组合结构，解决了组合结构中的应力重分布的问题，使组合结构钢与混凝土协同受力，具有良好的结构性能和经济性。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图。

图2是图1的中波形钢腹板结构示意图。

图3是图2的I部放大图。

图4是图1的左视图。

图5是相邻简支梁之间的连接示意图。

图6是图5中II部放大图。

图7是图5中III部放大图。

图8是带微型应变波的结构示意图。

图9是图8的主视图。

以上附图中各数字标号所指代的部位名称如下：其中其中1—上翼缘钢板、2—波形钢腹板、3—下翼缘钢板、4—封头端板、7—混凝土、11—微型应变波、21—圆弧转角、22—过渡段、23—直线段、24—插头、25—插孔。

具体实施方式

下面结合附图1至图9与实施例对本发明作进一步详细描述：

实施例1

波形钢腹板钢混组合结构简支工字梁，如图1至图6、8、9所示，梁体包括一块波形钢腹板2、上翼缘钢板1、下翼缘钢板3，封头端板4及混凝土7，梁体设置在支座6上，所述的波形钢腹板2设置在上翼缘钢板1与下翼缘钢板3之间，上翼缘钢板1与波形钢腹板2通过焊接连接，波形钢腹板2与下翼缘钢板3通过焊接连接，上翼缘钢板1、下翼缘钢板3表面粗糙度为70-350μm，上翼缘钢板1或下翼缘钢板3与混凝土7组合形成混凝土组合结构。上翼缘钢板1与混凝土7组合形成混凝土组合结构。简支工字梁为普通梁时，上翼缘钢板1主要承受压力，此时上翼缘钢板1与混凝土7组合形成混凝土组合结构；当简支工字梁为悬臂梁时，下翼缘钢板3主要承受压力，此时下翼缘钢板3与混凝土7组合形成混凝土组合结构。上翼缘钢板1、下翼缘钢板3表面粗糙度为250μm。增加上翼缘钢板1、下翼缘钢板3表面粗糙度，高粗糙度能明显增加涂层的附着力。

波形钢腹板2为带过渡段22及圆弧转角21的连续梯形波折钢板，过渡段22位于直线段23与圆弧转角21之间，圆弧转角21半径为r，过渡段22的半径为R，R为渐变半径，R为∞—r。过渡段22与直线段23相连一端，半径为R为趋向无穷大；过渡段22与圆弧转角21相连一端，半径为R为趋向等于r，因此，由直线段23至圆弧转角21，过渡段22的半径R为从无穷大逐渐减小至等于r，从而使得直线段23与圆弧转角21更加平稳过渡，减少应力集中。腹板的波形通过直线段、过渡段、圆弧段三部分组成，其中过渡段能够有效的连接直线段与圆弧转角，解决直线段与圆弧段直接连接时应力集中的问题，适合于工业化批量制造，模具及制造成本较低。

波形钢腹板2沿波高方向的切点连线长度为L_AB，沿波长方向的切点连线长度为L_BC，L_AB≥L_BC。波形钢腹板2沿波高方向的切点连线长度等于或略大于沿波长方向的切点连线长度，即L_AB≥L_BC的设计使波形钢板的抗剪强度和用钢量达到良好的性价比，如果波长方向过长，即L_BC≥L_AB则抗剪性能明显降低，而波长方向过短，则用钢量明显增大。因此，采用L_AB≥L_BC的设计，既能够在保证抗剪强度，又能够尽量减少钢材用量。

封头端板4与波形钢腹板2、上翼缘钢板1、下翼缘钢板3焊接。通过设置封头端板4，提高梁体的横截面刚度和连接端的强度。

上翼缘钢板带有外凸波峰的微型应变波11。微型应变波11的波高为上翼缘钢板厚度的3-20倍，外凸部分的波峰长度为250mm，波峰与波峰间的距离为1200mm。微型应变波的波高采用翼缘板厚度的10倍，能使翼缘钢板受压时因微型应变波的存在而减弱的抗压能力，通过外凸增加的10倍翼缘板厚度所增加的混凝土截面来弥补，使翼缘板既能接受砼的纵向收缩与徐变，又在纵向收缩与徐变过程中及过程后保持整体结构强度。

普通的直平翼缘板纵向没有刚度，当混凝土发生收缩与徐变时，钢板纵向几乎不会发生收缩与徐变。这样，便会导致混凝土在发生收缩与徐变时，平直翼缘板与混凝土发生脱壳现象，尤为严重的是引起钢结构率先受力的应力重分布问题，影响结构的稳定性，使结构强度降低。

简支工字梁的一端设有插头24，另一端设有插孔25，相邻简支工字梁之间通过插头24与插孔25配合连接，插头24为柱体，插孔25为与插头24配合的空心插管。连续梁的连接端受压区为插入式结构，受拉区为带空腔的相连装置，受压区的插入式承压结构不仅能使连接稳定，而且在温度变化时具备收缩空间。受拉区连接稳定的同时，其空腔的设置可以抵抗梁体温度变化时的热胀现象。

通过插头24与插孔25配合，形成连体而不连续的结构，能有效防止超载车及大荷载作用下或地震作用下的梁体掉落现象。

上翼缘钢板1的厚度大于下翼缘钢板3的厚度。因受压区需考虑屈曲，受拉区则不用考虑屈曲，所以传统的受拉区与受压区的用钢量或截面面积相同，使受拉区零件存在功能富余现象，是不科学和不经济的，受压区用钢量适当增大，有利于构件的受压、受拉零件的功能充分发挥，达到较高的性价比。上翼缘钢板1的厚度大于下翼缘钢板3的厚度时，其为普通工字梁，上翼缘钢板1承受压力。

上翼缘钢板1、下翼缘钢板3沿波形钢腹板2波长方向均为拱形。上翼缘钢板1、下翼缘钢板3均为拱形，有利于构件受力，抵消承载情况下构件下挠，提高工字梁的整体结构强度。

实施例2

如图1至图5、7、8、9所示，本实施例与实施例1的区别在于：梁体一端设有插头24，另一端设有插孔25，相邻简支工字梁之间通过插头24与插孔25配合连接，插头24上设有倒钩，插孔25为内凹式。上翼缘钢板1的厚度小于下翼缘钢板3的厚度。下翼缘钢板3与混凝土7组合形成混凝土组合结构。此时，下翼缘钢板3作为承压面，其主要的结构形式为悬臂梁。

上翼缘钢板带有外凸波峰的微型应变波11。微型应变波11的波高为上翼缘钢板厚度的3-20倍，外凸部分的波峰长度为200mm，波峰与波峰间的距离为1500mm。微型应变波的波高采用翼缘板厚度的15倍，能使翼缘钢板受压时因微型应变波的存在而减弱的抗压能力，通过外凸增加的15倍翼缘板厚度所增加的混凝土截面来弥补，使翼缘板既能接受砼的纵向收缩与徐变，又在纵向收缩与徐变过程中及过程后保持整体结构强度。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (10)

1.波形钢腹板钢混组合结构简支工字梁，梁体包括一块波形钢腹板（2）、上翼缘钢板（1）、下翼缘钢板（3），封头端板（4）及混凝土（7），梁体设置在支座（6）上，其特征在于：所述的波形钢腹板（2）设置在上翼缘钢板（1）与下翼缘钢板（3）之间，上翼缘钢板（1）与波形钢腹板（2）通过焊接连接，波形钢腹板（2）与下翼缘钢板（3）通过焊接连接，上翼缘钢板（1）、下翼缘钢板（3）表面粗糙度为70-350μm，上翼缘钢板（1）或下翼缘钢板（3）与混凝土（7）组合形成混凝土组合结构。

2.根据权利要求1所述的波形钢腹板钢混组合结构简支工字梁，其特征在于：所述的波形钢腹板（2）为带过渡段（22）及圆弧转角（21）的连续梯形波折钢板，过渡段（22）位于直线段（23）与圆弧转角（21）之间，圆弧转角（21）半径为r，过渡段（22）的半径为R，R为渐变半径，R为∞-r。

3.根据权利要求1所述的波形钢腹板钢混组合结构简支工字梁，其特征在于：所述的波形钢腹板（2）沿波高方向的切点连线长度为L_AB，沿波长方向的切点连线长度为L_BC，L_AB≥L_BC。

4.根据权利要求1所述的波形钢腹板钢混组合结构简支工字梁，其特征在于：所述的封头端板（4）与波形钢腹板（2）、上翼缘钢板（1）、下翼缘钢板（3）焊接。

5.根据权利要求1所述的波形钢腹板钢混组合结构简支工字梁，其特征在于：所述的上翼缘钢板（1）带有外凸波峰的微型应变波（11）。

6.根据权利要求5所述的波形钢腹板钢混组合结构简支工字梁，其特征在于：所述的微型应变波（11）的波高为上翼缘钢板厚度的3-20倍，外凸部分的波峰长度小于300mm，波峰与波峰间的距离为大于1000mm。

7.根据权利要求1所述的波形钢腹板钢混组合结构简支工字梁，其特征在于：所述的梁体一端设有插头（24），另一端设有插孔（25），相邻简支工字梁之间通过插头（24）与插孔（25）配合连接，插头（24）上设有倒钩，插孔（25）为内凹式。

8.根据权利要求1所述的波形钢腹板钢混组合结构简支工字梁，其特征在于：所述的梁体一端设有插头（24），另一端设有插孔（25），相邻简支工字梁之间通过插头（24）与插孔（25）配合连接，插头（24）为柱体，插孔（25）为与插头（24）配合的空心插管。

9.根据权利要求1所述的波形钢腹板钢混组合结构简支工字梁，其特征在于：所述的上翼缘钢板（1）的厚度大于或小于下翼缘钢板（3）的厚度。

10.根据权利要求1所述的波形钢腹板钢混组合结构简支工字梁，其特征在于：所述的上翼缘钢板（1）、下翼缘钢板（3）沿波形钢腹板（2）波长方向均为拱形。

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