CN103485478A - 一种应用在多高层建筑的预应力装配式波纹腹板咬合组合梁 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用在多高层建筑的预应力装配式波纹腹板咬合组合梁。其是由两个波纹槽钢梁通过螺栓和预应力索装配而成；两个波纹槽钢组合梁的腹板咬合对接，通过采用螺栓在腹板的螺栓孔处进行装配连接；预应力索穿过装配后的腹板和梁端板上的预应力索孔，经张拉后由锚具将其固定在波纹槽钢梁的梁端板上；波纹槽钢梁的断面口型由上、下翼缘和腹板构成，腹板的断面呈均匀或不均匀周期性重复的波形，梁端板垂直于上、下翼缘和腹板，设置在梁的两端。本发明是一种适用于装配式钢结构体系，尤其是大跨度多高层装配式钢结构体系的创新型预应力装配式组合梁，与传统的组合梁相比，具有自重轻、承载力高和跨度大的优点。

Description

一种应用在多高层建筑的预应力装配式波纹腹板咬合组合梁

技术领域

本发明涉及一种预应力装配式波纹腹板咬合组合梁，涉及多高层建筑应用领域，特别涉及一种应用在多高层建筑的预应力装配式波纹腹板咬合组合梁。

背景技术

目前，在大跨度多高层建筑领域，装配式钢结构是钢结构建筑体系发展的主要方向。传统钢结构建筑在施工时一般采用现场焊接，这种工作方式的施工速度慢且对环境造成一定污染，而且焊缝焊接质量参差不齐，对建筑的安全性能造成很大隐患。装配式钢结构虽能有效地克服传统钢结构缺点，但组合梁与组合梁的现场拼装节点是一个关键问题。

在现有装配式钢结构体系中，通常是两个槽钢进行拼装、两个槽钢腹板对接并通过螺栓进行连接形成装配式H型钢。在这种拼接方式中，由于腹板为平钢板而剪力是通过螺栓传递给腹板，因此所以所需螺栓数和腹板数量很多且抗剪承载力有待提高。同时，在大跨度装配式钢结构体系中，传统装配式钢构件需大幅度地增加梁截面高度和面积，这样造成用钢量的增加。

为了改变传统装配式钢结构构件力学性能差、材耗大、使用寿命不长现状，本发明提出一种应用在多高层建筑的预应力装配式波纹腹板咬合组合梁，该结构用预应力装配式波纹腹板咬合钢梁代替传统型钢作为组合梁中的钢梁，在多高层建筑领域应用中实现成本降低、力学性能优化及使用寿命延长的目标。本发明提出的预应力装配式波纹腹板咬合组合梁中，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，使其更趋于合理化和科学化。预应力技术的引用可以提高组合梁承载能力、减轻组合梁自重并增加钢梁跨度。因此，本发明具有承载力和刚度高等优良受力性能，是一种十分理想的结构用型钢材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用在多高层建筑的预应力装配式波纹腹板咬合组合梁，该组合梁包括波纹槽组合梁、上翼缘、腹板、下翼缘、钢筋混凝土翼板、压型钢板、栓钉、横向钢筋、螺栓孔、螺栓、预应力索、预应力索孔、锚具、梁端板。该组合梁成本低廉、力学性能优越，适用于大跨度多高层建筑领域。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种应用在多高层建筑的预应力装配式波纹腹板咬合组合梁，该组合梁通过两个波纹槽钢组合梁通过螺栓和预应力索装配而成，两个波纹槽钢组合梁的腹板咬合对接并通过螺栓在腹板螺栓孔处进行装配连接；预应力索穿过装配后的腹板和梁端板上的预应力索孔，经张拉后由锚具将其固定在波纹槽组合钢梁的梁端板上。

波纹槽钢组合梁的断面口型由上翼缘、腹板、下翼缘、梁端板、钢筋混凝土翼板和压型钢板组成，上翼缘与下翼缘平行，腹板垂直于上翼缘与下翼缘之间；腹板断面呈均匀或不均匀周期性重复波纹，该波纹断面为矩形波纹曲线、梯形波纹曲线、楔形波纹曲线或正弦曲线；腹板上开设有螺栓孔和预应力索孔，螺栓孔设置在整个腹板上，预应力索孔设置在腹板的斜折板部分；腹板放置于上翼缘和下翼缘波纹曲线边处，腹板波纹断面与上翼缘和下翼缘波纹曲线边吻合相连；腹板与上翼缘和下翼缘之间分别为单面角焊缝；腹板的波纹密度和高度可根据受力要求改变。

上翼缘和下翼缘为钢板，钢板中与腹板平行的边为波形曲线，波纹曲线形状与腹板波纹断面形状相同；梁端板为钢板，与腹板、上翼缘和下翼缘垂直，位于波纹槽钢梁的两端，梁端板与上翼缘、腹板和下翼缘通过焊接相连；梁端板上留有预应力索孔，预应力索穿过腹板和梁端板上预留的预应力索孔，且预应力索是一根或者多根，预应力索的线形是凹口向上的，其线性形状可根据受力要求改变。

矩形波纹曲线为圆弧角矩形波纹曲线，梯形波纹曲线为圆弧角梯形波纹曲线，楔形波纹曲线为圆弧角楔形波纹曲线；梯形波纹曲线、圆弧角梯形波纹曲线梯形斜线段倾角为20°—90°，楔形波纹曲线、圆弧角楔形波纹曲线的楔形斜线段倾角为20°—90°；圆弧角梯形波纹曲线、圆弧角矩形波纹曲线和圆弧角楔形波纹曲线采用数控折弯技术制成，正弦曲线采用数控辊压技术制成。

钢筋混凝土翼板位于压型钢板上方，压型钢板位于上翼缘上方，钢筋混凝土翼板、压型钢板、上翼缘三者通过栓钉固定，栓钉可以作为抗剪连接件将钢筋混凝土翼板、压型钢板、钢梁上翼缘连接成整体，横向钢筋焊接于压型钢板上部，可以作为压型钢板和钢筋混凝土板之间的连接件。

与传统装配式钢结构体系中的装配式组合梁相比，本发明具有以下几个优点：

1、本发明采用预应力技术，在大跨度和多高层装配式钢结构体系中有效地提高了装配式咬合组合梁的承载能力；在保证装配式组合梁承载能力的前提下，能有效地减轻装配式组合梁的自重，提高装配式组合梁的跨度。组合梁腹板是装配式波纹钢板，可以有效地利用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，与槽钢拼装成的平钢板相比，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。

2、组合梁呈咬合状能有效地增加装配式组合梁的平面内的剪切承载力，传统的装配式组合梁的平面内的剪力是依靠螺栓承担和传递的，本发明依靠钢梁的咬合作用使整组合梁来承担平面内剪力，提高了装配式组合梁的抗剪承载能力。

3、本发明采用全自动焊接技术和专业定位工装夹具，能确保腹板和翼缘之间的准确定位、焊缝轨迹一致，通过标准化实现大规模生产提高生产效率。

附图说明

图1为预应力装配式波纹腹板咬合组合梁的结构示意图；

图2为预应力装配式波纹腹板咬合组合梁的结构单元分解图；

图3为波纹槽组合梁的示意图；

图4为波纹槽组合梁的单元分解图；

图5为腹板断面的矩形波纹曲线示意图；

图6为腹板断面的梯形波纹曲线示意图；

图7为腹板断面的楔形波纹曲线示意图；

图8为腹板断面的圆弧角矩形波纹曲线示意图；

图9为腹板断面的圆弧角梯形波纹曲线示意图；

图10为腹板断面的圆弧角楔形波纹曲线示意图；

图11为腹板断面的正弦曲线波纹曲线示意图。

图中：1、波纹槽组合梁2、上翼缘3、腹板4、下翼缘5、钢筋混凝土翼板6、压型钢板7、栓钉8、横向钢筋9、螺栓孔10、螺栓11、预应力索12、预应力索孔13、锚具14、梁端板

具体实施方式

以下将结合附图及实例对本发明作进一步说明。

如图1所示为预应力装配式波纹腹板咬合组合梁的结构示意图，如图2所示为预应力装配式波纹腹板咬合组合梁的结构单元分解图，如图3所示为波纹槽组合梁的示意图，图4为波纹槽组合梁的单元分解图，本发明提出的预应力装配式波纹腹板咬合组合梁是由两个波纹槽钢组合梁1通过螺栓10和预应力索11装配而成；两个波纹槽钢组合梁1的腹板咬合对接，并通过采用螺栓10在腹板3的螺栓孔9处进行装配连接；预应力索11穿过装配后的腹板3和梁端板14上的预应力索孔12，经张拉后由锚具13将其固定在波纹槽钢组合梁1的梁端板14上。

波纹槽钢组合梁1，其断面口型由上翼缘2、腹板3，下翼缘4和梁端板14组成；上翼缘2与下翼缘4平行，腹板3垂直位于上翼缘2与下翼缘4之间；所述腹板3上开设有螺栓孔9和预应力索孔12；螺栓孔9设置在整个腹板3上，预应力索孔12设置在腹板3的斜折板部分；钢筋混凝土翼板5位于压型钢板6上方，压型钢板6位于上翼缘2上方；钢筋混凝土翼板5、压型钢板6、上翼缘2三者通过栓钉7固定，栓钉7可以作为抗剪连接件将钢筋混凝土翼板5、压型钢板6、钢梁上翼缘2连接成整体；横向钢筋8焊接于压型钢板上部，腹板3、上翼缘2和下翼缘4之间分别为单面角焊缝；梁端板14与上翼缘2、腹板3和下翼缘4焊接相连；梁端板14上留有预应力索孔12。

如图5为腹板断面的矩形波纹曲线示意图，图6为腹板断面的梯形波纹曲线示意图，图7为腹板断面的楔形波纹曲线示意图，图8为腹板断面的圆弧角矩形波纹曲线示意图，图9为腹板断面的圆弧角梯形波纹曲线示意图，图10为腹板断面的圆弧角楔形波纹曲线示意图，图11为腹板断面的正弦曲线波纹曲线示意图，腹板3的断面呈均匀或不均匀周期性重复的波纹，该波纹断面为矩形波纹曲线，或为圆弧角矩形波纹曲线，或为梯形波纹曲线，或为圆弧角梯形波纹曲线，或为楔形波纹曲线，或为圆弧角楔形波纹曲线，或为正弦曲线波纹曲线；梯形波纹曲线、圆弧角梯形波纹曲线的梯形斜线段的倾角为20°—90°；楔形波纹曲线、圆弧角楔形波纹曲线的楔形斜线段的倾角为20°—90°；腹板3的波纹密度和高度可根据受力要求改变，圆弧角梯形波纹曲线、圆弧角矩形波纹曲线和圆弧角楔形波纹曲线采用数控折弯技术制成，正弦曲线采用数控辊压技术制成；预应力索11为预应力索或者为预应力筋，穿过腹板3和梁端板14上预留的预应力索孔12的预应力索11是一根或者多根。

与传统装配式组合梁相比，本发明显著提高了装配式组合梁承载能力、减少了用钢量、增加了跨度并降低了工程造价，同时可以实现大规模的工业化生产和现场快速装配式，减少施工周期。

Claims (4)

1.一种应用在多高层建筑的预应力装配式波纹腹板咬合组合梁，其特征在于：该组合梁是由波纹槽组合梁（1）、上翼缘（2）、腹板（3）、下翼缘（4）、钢筋混凝土翼板（5）、压型钢板（6）、栓钉（7）、横向钢筋（8）、螺栓孔（9）、螺栓（10）、预应力索（11）、预应力索孔（12）、锚具（13）、梁端板（14）组成；其中两个波纹槽钢组合梁（1）通过螺栓（6）和预应力索（11）装配而成；两个波纹槽钢梁（1）的腹板（3）咬合对接，并通过采用螺栓（10）在腹板（3）的螺栓孔（9）处进行装配连接，所述预应力索（11）穿过装配后的腹板（3）和梁端板（14）上的预应力索孔（12），经张拉后由锚具（13）将其固定在波纹槽钢组合梁（1）的梁端板（14）上；波纹槽钢组合梁的断面口型由上翼缘（2）、腹板（3）、下翼缘（4）、梁端板（14）、钢筋混凝土翼板（5）和压型钢板（6）组成，上翼缘（2）与下翼缘（4）平行，腹板（3）垂直位于上翼缘（2）与下翼缘（4）之间；腹板（3）断面呈均匀或不均匀周期性重复波纹，该波纹断面为矩形波纹曲线、梯形波纹曲线、楔形波纹曲线或正弦曲线；腹板（3）上开设有螺栓孔（9）和预应力索孔（12），螺栓孔（9）设置在整个腹板（3）上，预应力索孔（12）设置在腹板（3）的斜折板部分；腹板（3）放置于上翼缘（2）和下翼缘（4）波纹曲线边处，腹板（3）波纹断面与上翼缘（2）和下翼缘（4）波纹曲线边吻合相连；腹板（3）的波纹密度和高度可根据受力要求改变。

2.根据权利要求1所述的一种应用在多高层建筑的预应力装配式波纹腹板咬合组合梁，其特征在于：钢筋混凝土翼板（5）位于压型钢板（6）上方，压型钢板（6）位于上翼缘（2）上方，钢筋混凝土翼板（5）、压型钢板（6）、上翼缘（2）三者通过栓钉（7）固定；栓钉（7）可以作为抗剪连接件将钢筋混凝土翼板（5）、压型钢板（6）、钢梁上翼缘（2）连接成整体，横向钢筋（8）焊接于压型钢板（6）上部，可以作为压型钢板（6）和钢筋混凝土板之间的连接件；上翼缘（2）和下翼缘（4）为钢板，钢板中与腹板（3）平行的一条边为波形曲线，波纹曲线的形状与腹板（3）的波纹断面形状相同；腹板（3）放置于上翼缘（2）和下翼缘（4）的波纹曲线边处，腹板（3）的波纹断面与上翼缘（2）和下翼缘（4）的波纹曲线边吻合相连；梁端板（14）为钢板，与腹板（3），上翼缘（2）和下翼缘（4）垂直，位于波纹槽钢组合梁（1）的两端，梁端板（14）与上翼缘（2）、腹板（3）和下翼缘（4）焊接相连；梁端板（14）上留有预应力索孔（12）；腹板（3）与上翼缘（2）和下翼缘（4）之间分别为单面角焊缝。

3.根据权利要求1或2所述的一种应用在多高层建筑的预应力装配式波纹腹板咬合组合梁，其特征在于：矩形波纹曲线为圆弧角矩形波纹曲线，梯形波纹曲线为圆弧角梯形波纹曲线，楔形波纹曲线为圆弧角楔形波纹曲线；梯形波纹曲线、圆弧角梯形波纹曲线的梯形斜线段的倾角为20°—90°，楔形波纹曲线、圆弧角楔形波纹曲线的楔形斜线段的倾角为20°—90°；圆弧角梯形波纹曲线、圆弧角矩形波纹曲线和圆弧角楔形波纹曲线采用数控折弯技术制成，正弦曲线采用数控辊压技术制成。

4.根据权利要求1或2所述的一种应用在多高层建筑的预应力装配式波纹腹板咬合组合梁，其特征在于：所述预应力索（11）为预应力索或者为预应力筋，穿过腹板（3）和梁端板（14）上预留的预应力索孔（12）的预应力索（11）是一根或者多根；预应力索（11）的线形是凹口向上的，线性的形状可根据受力要求改变。

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