CN105402590A - 高强度凹凸槽波腹圆矩管 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高强度凹凸槽波腹圆矩管，包括钢板折弯合围并焊接形成的圆矩管结构，所述圆矩管由n个圆弧侧面组成，圆弧侧面相邻侧边之间设有折弯成型的一个凹陷的槽口，在每个槽口内部设有与槽口方向相同并宽度大于槽口的折弯成型的内部滑道；在内部滑动的底面为冷弯波纹板形状。本发明可以将圆矩管之间的连接配合采用专用连接件通过螺栓连接，使连接质量的稳定性提升，连接结构形式多样，灵活性强，大幅度的降低连接过程的操作难度。滑道底部为波纹板形状，能够进一步的提升该圆矩管的强度，同时该波纹板还能提升圆矩管之间连接时候的摩擦力。

Description

高强度凹凸槽波腹圆矩管

技术领域

本发明主要涉及冷弯钢结构型材的技术领域，具体是涉及一种高强度凹凸槽波腹圆矩管。

背景技术

圆钢管是一种中空的长条钢材，是目前工程领域中使用最频繁的管件。圆钢管不仅具有抗弯、抗扭强度，而且其重量较轻，被广泛用于制造机械零件和工程结构。现有技术中的小尺寸的圆柱形管一般分为热轧无缝圆管、冷拔无缝圆管、挤压无缝圆管、焊接圆管，圆管的截面形状一般就是常规的圆柱形，近年来也出现了一些其它截面形状的圆管，但是其惯性矩并没有很大的提升，在一些用于制造机械零件和工程结构的领域钢材的使用量并不能大幅度的降低，对于降低机械零件和工程项目自重、提升强度来说并没有太大的改善。

另外现有的圆管之间的连接和固定还是通过焊接来解决，由于焊接自身的工艺特点是连接速度慢，焊接质量的稳定性差，受焊接操作员工影响因素较大，一般人也难于操作。

发明内容

为了解决现有技术中圆钢管存在惯性矩不高和连接难度大等问题和不足，本发明提出一种高强度凹凸槽波腹圆矩管，用以提升解决上述问题。

本发明的技术方案是：一种高强度凹凸槽波腹圆矩管，包括钢板折弯合围并焊接形成的圆矩管结构，所述圆矩管由n个圆弧侧面组成，圆弧侧面相邻侧边之间设有折弯成型的一个凹陷的槽口，在每个槽口内部设有与槽口方向相同并宽度大于槽口的折弯成型的内部滑道，n≥1，整数；槽口包括与相邻圆弧侧面连接的两侧面，所述的内部滑道包括连接在一起的两个侧面、一个底面、以及两个与槽口的两侧面分别连接的上面，所述的内部滑动的底面为冷弯波纹板形状。

所述的波纹的波动方向与圆矩管的长度方向相同，或者所述的波纹的波动方向与圆矩管的长度方向垂直。

所述的内部滑道的两个上面分别与槽口的两侧面垂直连接，内部滑道为方形。所述波纹的横截面为方形波纹、或者为锯齿状波纹、或者为曲线形波纹。

所述构成圆矩管的各圆弧侧面中，至少有一对相邻圆弧侧面的侧边焊接在一起。或者，所述构成圆矩管的各圆弧侧面中，至少有两对相邻圆弧侧面的侧边焊接在一起。

所述构成圆矩管的各圆弧侧面中，至少有一对相邻圆弧侧面之间连接有加强板。

本发明的技术效果是：

1、该高强度凹凸槽圆矩管，其侧面上设有折弯成型的一个凹陷的槽口，在槽口内部设有与槽口方向相同并宽度大于槽口的折弯成型的内部滑道，这样的结构设计能够大幅的提升该惯性矩，从而提升该圆矩管的抗弯、抗扭强度。根据有限元分析和实验确定，本发明提供的高强度凹凸槽圆矩管与等直径的普通圆矩管相比，其惯性矩可提高数倍至数十倍，而且惯性矩随着管壁厚度增大而成倍增强。

2、本发明高强度凹凸槽圆矩管的结构形式，可以将圆矩管之间的连接配合采用专用连接件通过螺栓连接，使连接质量的稳定性提升，连接结构形式多样，灵活性强，大幅度的降低连接过程的操作难度。

3、在该圆矩管的内部滑道的底部为波纹板形状，能够进一步的提升该圆矩管的强度，同时该波纹板还能提升圆矩管之间连接时候的摩擦力。

4、本发明不经能够应用于建筑房屋钢构骨架，而且可以作为辅助骨架、脚手架等，以及应用于机械制造业用于替代现有方管或圆管。

附图说明

图1为该高强度凹凸槽波腹圆矩管的截面结构示意图；

图2为图1的立体结构示意图；

图3为图1的A-A剖面（矩形波腹）结构示意图；

图4为图1的A-A剖面（矩齿状波腹）结构示意图；

图5为图1的A-A剖面（曲线波腹）结构示意图；

图6是圆矩管进行计算和分析参考图；

图7是圆矩管网格剖分图；

图8是圆矩管等效应力计算图；

图9是波腹圆矩管的网格剖分图；

图10是波腹圆矩管的等效应力计算图。

图中1b.圆矩管侧面、2.槽口、3.内部滑道、2-1.槽口的侧面、3-1.内部滑道的上面、3-2.内部滑道的侧面、3-3.内部滑道的波腹底面、4.焊缝。

具体实施方式

实施例一：参见图1、图2和图3，所示的高强度凹凸槽波腹圆矩管，将整块钢板折弯合围成圆矩管，由四个圆弧侧面1组合而成。并且，每两个相邻圆弧侧面1之间设有折弯成型的凹陷的槽口2，共四个凹陷槽口2。

图1和图2可以看出，在每个槽口2内部设有与槽口2方向相同并宽度大于槽口2的折弯成型的内部滑道3。

所述的槽口2包括与圆矩管侧面连接的两个槽口的侧面2-1，所述的内部滑道3包括连接在一起的两个内部滑道的侧面3-2、一个内部滑道的波腹底面3-3、以及两个与槽口2的两侧面分别连接的内部滑道的上面3-1。

所述的槽口2的两侧面与圆矩管的侧面垂直连接，所述的内部滑道3的两个上面分别与槽口2的两侧面垂直连接，内部滑道3为方形。

可以看出，圆矩管的四个圆弧侧面1是通过弯曲或折叠组成，最末端两侧边对接后焊接在一起，形成连接的焊缝4。

图3可以看出，内部滑道的波腹底面3-3为冷弯矩形波纹板形状。并且矩形波纹的波动方向与圆矩管的长度方向相同。

高强度凹凸槽波腹圆矩管生产工艺，

如图5所示的高强度凹凸槽波腹圆矩管，将整块钢板折弯合围成圆矩管，由四个圆弧侧面1组合而成。并且，每两个相邻圆弧侧面1之间设有折弯成型的凹陷的槽口2，共四个凹陷槽口2。

在每个槽口2内部设有与槽口2方向相同并宽度大于槽口2的折弯成型的内部滑道3。

所述的槽口2包括与圆矩管侧面连接的两个槽口的侧面2-1，所述的内部滑道3包括连接在一起的两个内部滑道的侧面3-2、一个内部滑道的波腹底面3-3、以及两个与槽口2的两侧面分别连接的内部滑道的上面3-1。

所述的槽口2的两侧面与圆矩管的侧面垂直连接，所述的内部滑道3的两个上面分别与槽口2的两侧面垂直连接，内部滑道3为方形。

可以看出，圆矩管的四个圆弧侧面1是通过弯曲或折叠组成，最末端两侧边对接后焊接在一起，形成连接的焊缝4。

内部滑道的波腹底面3-3为冷弯矩形波纹板形状。并且矩形波纹的波动方向与圆矩管的长度方向相同。

其生产工艺包括如下步骤；

a．将平整后的钢板后，在钢板上滚压四个带状波纹区域。如图8、图9或图10所示，波纹的横截面为方形波纹、或者为锯齿状波纹、或者为曲线形波纹。

b.将上述内部滑道的底面宽度的板材折弯后形成方形的竖向凸起，保证步骤a中带状波纹区域位于竖向凸起的上表面内，其余钢板与该竖向凸起的两侧面保持垂直，该方形的竖向凸起的高度等于内部滑道的一个侧面的宽度、内部滑道一个上面的宽度、槽口一个侧面的宽度之和；

c.重复步骤b四次，形成四个竖向凸起；将步骤a中的四个带状波纹区域分别位于四个竖向凸起的上表面内，

d.在步骤b中的方形凸起的两侧面底部折弯向内凹陷的凹槽，该凹槽的高度与所述的圆矩管的槽口高度相同，在凹槽上部形成向两侧的横向凸起，横向凸起与凹槽之间台阶深度与所述的圆矩管的内部滑道的上面相同；步骤d完成后竖向凸起变成T形的凸起，

e.在步骤c中的每个竖向凸起的两侧，重复一次步骤d；

f．在步骤e完成后形成n个T形的凸起，相邻的T形的凸起之间的间隔的钢板进行圆弧折弯，将钢板合围成外形为圆矩管，在钢板的对缝处通过焊接进行连接。

实施例二：参见图4，实施例二与实施例一基本相同，相同之处不重述，不同之处为实施例二中的波纹的横截面为锯齿状波纹。

实施例三：参见图5，实施例三与实施例一基本相同，相同之处不重述，不同之处为实施例三中的波纹的横截面为曲线形波纹。

为了增加更多的实施例，上述实施例一到三中的有两个相对的圆弧侧面上设有折弯成型的两个凹陷的槽口，可以形成更多的实施例。

在实施例一和三的基础上，调整其焊缝的位置，如调整成所述的圆矩管的四个圆弧侧面为中至少有一个侧面设有钢板的连接焊缝，可形成新的实施例。

在实施例一和三的基础上，调整所述的波纹的波动方向与圆矩管的长度方向垂直，可以形成新的实施例。

本发明以上所有连接点在定位后，强度基本符合使用要求。为达到反复利用目的，可以通过拆装方式反复利用。而且，在不考虑重复利用的情况下，还可以通过点焊方式补充固定，加强连接性。在本发明的构思的指引下，对槽口形状的改变，以及对滑动形状的改变，只要其目的与本发明的目的一致，均属于本发明的保护范围，在此不一一赘述。

为了验证本发明中圆矩管的惯性矩的大幅度提升，发明人对本发明的圆矩管进行了如下的计算和分析：

关于无波腹圆矩管的特性表

无波腹圆矩管网格剖分结果参见图5，等效应力计算结果参见图6。

与无波腹圆矩管相比，有波腹的圆矩管的波腹长度取10mm，深度取5mm，其他条件不变，网格剖分图如图9所示，等效应力计算结果如图10所示，图10是取弯矩为1000Nmm时应力图。

结论：根据无波腹圆矩管与有波腹的圆矩管有限元分析对比可知，有波腹的圆矩管同尺寸下添加相应波腹后比没有波腹的情况下，等效应力最大值缩减了一半左右，可知有波腹圆矩管要比无波腹圆矩管的抗弯性能提高一倍以上；抗剪和抗压抗拉的计算结果也明显提高。另外，圆矩管波腹的尺寸还可以进一步优化，根据实际需求达到最合理的搭配。

圆矩管h1越大，整体惯性矩越小，取值时h1应尽可能取小值；h2对惯性矩的变化影响较大，h2越大惯性矩越大；其他参数对惯性矩的贡献不明显。

另外发明人通过软件进行了有限元分析，得出该圆矩管比同尺寸的C型钢抗屈服能力明显增加，抗屈服能力与壁厚有关，1mm壁厚时，抗屈服能力提高1.5倍，2mm壁厚时提高11倍，3mm时提高26倍。所以可以估算出，如果以3mm建钢构房，圆矩管至少建到7层，所以适合高层住宅使用。

上述计算和分析可以得出本发明中圆矩管的惯性矩的明显得到提升。

Claims (7)

1.一种高强度凹凸槽波腹圆矩管，包括钢板折弯合围并焊接形成的圆矩管结构，其特征是：所述圆矩管由n个圆弧侧面组成，圆弧侧面相邻侧边之间设有折弯成型的一个凹陷的槽口，在每个槽口内部设有与槽口方向相同并宽度大于槽口的折弯成型的内部滑道，n≥1，整数；槽口包括与相邻圆弧侧面连接的两侧面，所述的内部滑道包括连接在一起的两个侧面、一个底面、以及两个与槽口的两侧面分别连接的上面，所述的内部滑动的底面为冷弯波纹板形状。

2.根据权利要求1所述的高强度凹凸槽波腹圆矩管，其特征是：所述的波纹的波动方向与圆矩管的长度方向相同，或者所述的波纹的波动方向与圆矩管的长度方向垂直。

3.根据权利要求1所述的高强度凹凸槽波腹圆矩管，其特征是：所述的内部滑道的两个上面分别与槽口的两侧面垂直连接，内部滑道为方形。

4.根据权利要求1-3所述的高强度凹凸槽波腹圆矩管，其特征是：所述波纹的横截面为方形波纹、或者为锯齿状波纹、或者为曲线形波纹。

5.根据权利要求1-3所述的高强度凹凸槽波腹圆矩管，其特征是：所述构成圆矩管的各圆弧侧面中，至少有一对相邻圆弧侧面的侧边焊接在一起。

6.根据权利要求1-3所述的高强度凹凸槽波腹圆矩管，其特征是：所述构成圆矩管的各圆弧侧面中，至少有两对相邻圆弧侧面的侧边焊接在一起。

7.根据权利要求1-3所述的高强度凹凸槽波腹圆矩管，其特征是：所述构成圆矩管的各圆弧侧面中，至少有一对相邻圆弧侧面之间连接有加强板。