CN1054640A - 结构件 - Google Patents

Abstract

一种组合构件(10)，由两个通常为C形截面的 元件(1)作弹变组装而成。每个元件(11)都有一腹板 (12)，它具有一对沿本身延伸的肋(16)，上部和下部 主翼缘(13)在它们边棱处端接在彼此相对的辅助缘 (14)上，每个辅助翼缘端接在一个凸缘(15a.15b)上， 该凸缘向后指向腹板(12)。每个元件的凸缘 (15a.15b)相应地与另一元件的肋(16)之内和外表面 卡接，从而阻止搭接翼缘的位移，并保持一个高惯性 矩以阻止载荷作用下结构件(10)的过度挠曲。

Description

本发明涉及一种组合结构件，其例如可作为柱、梁、椽子、楼板托梁、或房屋及农用建筑结构中的其它应用，以及栅栏等其他一般应用。

采用中空截面的柱，梁和类似的构件已经公知，例如参见澳大利亚专利524516及577328，前者描述一种在栏杆立柱间含有矩形截面横柱的栏杆，而后者则表示一种栅栏组件，它含有基本上是垂直的墩柱和上部及下部纵向件，这些纵向件固定在相邻的墩柱间和之上，而垂直件延伸在上部和下部横梁之间，其中，墩柱和垂直件都是中空截面件。另一个更相关的例证是新南威、赖达尔、338维多利亚路的享特道格拉斯有限公司的中空成品梁，并将它作为参考梁，此处本发明人认为该梁是一种优秀产品，所以，后边还将对本发明与该梁进行比较。

在申请人所知的全部现有技术中，还没有这样一种连续截面的梁，它能横跨长距离和具有框形截面的优点，还可用辊轧成形方法加工，又能方便地进行组装，既具有抗弯能力，又不使用紧固件，不用焊接或不用抗剪切的其他固定装置。

如果一种中空截面的组合构件是由两个如享特道格拉斯参考梁那样类似C形截面的元件组装而成，那么，显而易见就可得到最好的结果，只要是由两层含有最外受力层（extreme  fibres）的金属（板）组成的梁，这就是说，此处（两层金属）在载荷作用下，出现金属的最大应力和挠度。而侧壁承受较小应力只需单层厚度。

然而，在载荷作用下，梁会发生变形，因而会使含有最外受力层的内侧金属层（板）产生位移，从而损失一些功用。如果利用紧固件来保持金属层（板）的接合，则由于紧固件孔的存在也要丧失一些强度。

因此，本发明的目的是提供一种由两元件构成的横截面形状梁，其中，两元件的连接配合被保持在含有最外受力层的内层（板）和外层（板）之间，而不使用紧固件。本发明另一目的是提供一种易于辊轧成形的构件形状，并在辊轧成形后，很容易地通过弹变组装成中空截面的组合梁，但它的形状和全部强度可保持在失效之前。

本发明的一种组合构件是通过将两个一般为C形截面的元件作弹变组装而成的，每个元件都有一腹板，沿腹板有一对延伸的肋，上部和下部翼缘通过它们的边棱端接着彼此相对的辅助翼缘，并至少一个辅助翼缘端接在向后指向腹板的凸缘上，每个元件的一个凸缘与另一元件的肋内表面相卡接，从而阻止接合翼缘的位移，并保持一个高的惯矩，以便在载荷作用下，能阻止构件的过分挠曲。

特别地，本发明由一对具有相同且不变的横截面形状的通常为C形横面的元件组成，每个元件都具有两个平行隔置的主翼缘，这两个主翼缘置于腹板两侧，并在腹板两侧分别与两个主翼缘的第一对边棱相连接，与腹板平行的辅助翼缘则分别从两个主翼缘的第二对边棱相向延伸，还有从至少一个辅助翼缘上折回指向腹板的加强凸缘，腹板还有一对由向内的板部限定成的凹肋，一个C形截面元件的至少一个凸缘与另一个C形截面元件的腹板凹肋的内凸部分的内表面卡合。

这种结构具有许多优点：

第一：因为具有相同的横截面形状，简化了加工工具。

第二：在载荷作用下和与载荷作用平面互相平行的腹板隔置的情况下，该构件可有效地提供一种含有双层金属厚度的上和下部最外弦翼横截面结构（梁），而中间（截面）部分是单层金属厚度的腹板。

第三：在需要采用细长构件例如栅栏栏杆的情况下可错位安置连接件，此时，连接部位的强度损失最小。

第四：在潮湿环境使用时，由于大多数并不是所有搭接接头都处于水淋的情况下，故侵入的湿气最小。

附图表示本发明的一个实施例，下面参照附图对该实施例进行详细说明。其中：

未标号的图（图1左边）表示申请人所知的与本发明最接近的现有技术。

图1是本发明组合构件的局部透视图;

图2表示把两个辊轧成相同横截面的元件经弹变组装成一个构件;

图3概略地表示本构件在房屋建筑中的典型应用;和

图4表示一种试验方案，用于检验挠度和施加载荷的关系，试验结果将在后面表示。

未标号的（图1左边）图表示本申请人所知的与本发明最接近的现有技术，即前面所述的享特道格拉斯参考梁。

首先参考图1，该中空构件10包括两个相同的C形截面元件11，每个元件11都是用金属板制成的，并都包括一个腹板12，而在腹板12的两侧带两个主翼缘13，每个翼缘13都在端部沿相应的边棱向内弯转成一个辅助翼缘14，每个辅助翼缘14都具有一个由它的内边棱延伸的强化凸缘15a和15b（在某些场合下凸缘15a可以不要）。

每个腹板12都有一对隔距安置的由向内的斜壁17形成的肋16，而在组装时，每个C形截面元件11的凸缘15a和15b分别与向内的壁部17的外表面和内表面相卡接。这种接合用于阻止两个元件11相搭接的主翼缘13的位移，即使在不使用紧固件的情况下，也能保持它们之间的接合。

主翼缘13也具有肋18，它可按要求辊轧成形，并同样使主翼缘得到加强。

横跨支承着凸缘15内表面的那个主翼缘13（即置于里边的主翼缘）宽度的轮廓尺寸“d”比支承在强化凸缘15外表面的主翼缘的相应宽度尺寸“D”少两个金属厚度。采用这种结构设置可使每个元件11比较容易地将其内置的强化凸缘嵌入另一元件11的外置强化凸缘中，并且外置的强化凸缘就叠盖在另一元件11的相应外表面上，进而该强化凸缘就压靠在肋16向内的壁部上，以阻止它们脱离配合。

附图表示了每个元件11都用辊轧成形的方法加工成具有相同的横截面形状，然而，本发明并不要求仅限于采用辊轧成形方法，而在一些实施例中，也可根据需要用挤压方法加工该元件，例如对于铝材元件。

图中所示的组件即构件10具有相当大的强度，因为若按图2中所示在垂直于组件的方向施加载荷，该构件的上和下弦翼具有双金属的厚度，即使不使用紧固件，该构件的强度也是相当大的，虽然紧固件可附加补偿构件在载荷作用下所产生的剪切力。然而对于轻载荷条件下的应用，就不必要将元件组合在一起形成构件，而是每个元件都能单独分开使用，这在建筑工程中是相当有益的，例如，一些建筑构件需要使用较轻的截面构件。而上部构件则需要使用强度较大的构件。

图3中，具有相同截面的构件用于墩柱21，椽子22、系梁23、支柱24，所需的桁条没有表示。

檐部支承托25包括侧板26，其用两个L形隔板27隔开，这样实际上就形成三个孔座28（用于墩柱21），29（用于系梁）和30（用于椽子22）。脊部支承组件32包括形成两个椽子孔座33的板件，这些板件用通过连接夹板34的紧固件而连接一起。在侧板35之间形成一个空腔，支柱24的上端装入其中。在系梁23两端中间的侧板36给支柱24的下端提供了夹紧结构。

图4表示一个挠度试验装置，其中，将一个构件与所示的已有技术作比较，图表还精确地列出结果。两个构件（横截面）的全部尺寸都是相同的，金属的厚度是相同的，但本申请人的辊轧成形的构件只需用较软等级的铝材（H34标准硬度，与H16结构等级的进行比较）。有关的强度如下：

抗拉强度 H34 159 兆帕 （10⁶牛顿/米²）“M.Pa”

屈服强度 H34 134 兆帕 （10⁶牛顿/米²）“M.Pa”

抗剪强度 H34 97 兆帕 （10⁶牛顿/米²）“M.Pa”

抗拉强度 H16 179 兆帕 （10⁶牛顿/米²）“M.Pa”

本申请人用H34  现有技术为H16

辊轧成形的铝材  挤压成形的铝材

载荷  挠度（f）  载荷  挠度（f）

（千牛顿）  （英吋）  （千牛顿）  （英吋）

使用  1  0.070  1  0.080

紧固件  2  0.150  2  0.160

3  0.240  3  0.245

4 〔0.310〕^＊3.5 〔0.395〕^＊

^＊〔发生断裂〕

不使用  1  0.075  1  0.045

紧固件  2  0.150  2  0.150

3  0.200  3  0.215

4  0.260  4  0.275

本申请人的镀锌钢材

载荷（千牛顿）  挠度（f）（英吋）

使用  1  0.050

紧固件  2  0.070

3  0.090

4  0.110

5  0.126

6  0.147

7  0.170

8  0.195

9  0.225

不使用  1  0.040

紧固件  2  0.065

3  0.080

4  0.100

5  0.115

6  0.140

7  0.165

8  0.190

8.5  0.210

上面试验是由澳大利亚国家铁道部门于1990年10月29日在南澳大利亚的艾斯灵顿实验室独立完成的。

他们指出：

（1）在发生断裂之前载荷可有相当大的增加，

（2）对于铝材不使用紧固件有强度损失，但对于钢材强度增加。

所得到的结论是：本申请人的构件的横截面形状可完全不使用紧固件。

对弹性模量为3×10⁷的钢材来说，挠度/载荷的比率处于予期的范围内。虽然惯性矩小于用与构件的组合厚度同样壁厚的轧制管所得到的惯性矩，但在相同的挠度下，就相对成本而言本申请人的构件却十分经济便宜。

Claims (8)

1、一种中空组合结构件，包括一对具有相同不变的通常为C形横截面的元件，每个元件都具有两个平行隔置的主翼缘，这两个主翼缘在一个腹板的两侧，而腹板通过两个主翼缘的第一对边棱相应地与两个主翼缘相连，还有与腹板平行的辅助翼缘从两个主翼缘的第二对边棱相向延伸，以及从至少一个辅助翼缘折回指向腹板的强化凸缘；

所说的腹板具有一对由向内的壁部形成的内凹肋，所说的每个C形截面元件的凸缘相应地与另一个C形截面元件的腹板肋内凹壁的内表面和外表面相卡接。

2、按权利要求1的结构件，其特征在于：

每个C形元件的肋部是分别邻近于（而不是置于）主翼缘的第一对边棱处从腹板向内凹斜而成。

3、按权利要求1或2的结构件，其特征在于：元件凸缘与腹板肋的卡接使元件的主翼缘保持在搭接状态。

4、按权利要求1的结构件，其特征在于：

元件是通过辊轧成形方法将平整的金属薄板辊轧成所述横截面形状的。

5、一种加工结构件的方法，包括：

辊轧成形工序，将平整的薄金属带辊轧成两个如权利要求1所限定的具有相同的横截面尺寸的元件;

弹变组装工序，将两个元件作弹变组装成一个中空的构件，要使每个元件的凸缘分别与所说的内凹壁部的内表面和外表面相卡接，并使相互搭接的主翼缘处于靠接状态。

6、一种构架包括全部按权利要求1所限定的结构件组成的墩柱、椽子和系梁，还包括檐部支承托，该托具有孔座，其周壁可夹持所说的墩柱，椽子和系梁的端部。

7、按权利要求6的构架，其特征在于：

檐部支承托包括一对侧板，其被一对L形隔板隔开，侧、隔板构成所说的孔座。

8、按权利要求6的构架，其特征在于：

还有一脊部支承部件，其含有孔座板，夹板和紧固件，孔座板构成两个孔座，每个孔座支承一个椽子的端部，夹板装在孔座板上，紧固件将夹板面对面地固定在一起。

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