CN109750790A - 波纹腹板钢连梁 - Google Patents

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黄学红
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Abstract

本发明公开了一种波纹腹板钢连梁,它包括上、下翼缘板,其中:上、下翼缘板之间固定连接有波纹腹板,波纹腹板的楞与上、下翼缘板平行;沿上、下翼缘板的长度方向,上、下翼缘板两端设有连梁端板,连梁端板与上、下翼缘板、波纹腹板固定连接。本发明波纹腹板钢连梁具有抗震性能好、可工厂批量生产、现场施工方便、适用范围广等优点。

Description

波纹腹板钢连梁
技术领域
本发明涉及一种波纹腹板钢连梁,尤指一种用于剪力墙等主体结构的波纹 腹板钢连梁结构。
背景技术
剪力墙作为抗震性能优异的构件被大量应用于高层建筑中,在遇地震的作 用下,剪力墙连梁成为剪力墙整体结构耗能的主要构件,占总体耗能的90%以 上。传统的剪力墙连梁通常选用混凝土连梁,并且为了控制剪力墙的整体性能, 混凝土连梁的跨高比一般控制在3以内。但是,跨高比在3以内的混凝土连梁 的破坏形式为属于脆性破坏的剪切破坏,因此这种混凝土连梁的耗能能力不 佳,无法满足抗震的要求。
鉴于混凝土连梁易被脆性破坏、耗能能力差的缺陷,目前出现了混凝土分 缝连梁、钢连梁的技术方案。但是,混凝土分缝连梁施工困难,工期长,且耗 能能力一般,并不十分理想。钢连梁采用的是较厚的平板腹板,腹板高厚比90 以内,材料用量大,较厚的腹板会导致钢连梁的抗剪承载力过高,不能提早进 入塑性耗能阶段来保护剪力墙的整体结构,并且布置较多的加劲肋,焊接工作 量大,焊接残余应力大,影响耗能性能。
目前也出现了采用普通波纹板钢连梁的做法。普通波纹板钢连梁通过较薄 的波纹腹板来控制腹板的屈曲,这样,腹板可较早地进入塑性耗能阶段,适用 于高跨比大于3的钢框架梁、钢次梁等,但是,普通波纹板钢连梁上的波纹腹 板的楞垂直于翼缘板的结构,对于跨高比在3以内的钢连梁来说,波纹腹板不 能很好地控制自身局部的屈曲,滞回环曲线不饱满,延性差,耗能能力弱,还 是无法满足抗震的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种波纹腹板钢连梁,其具有抗震性能好、可工厂 批量生产、现场施工方便、适用范围广等优点。
为了实现上述目的,本发明采用了以下技术方案:
一种波纹腹板钢连梁,其特征在于:它包括上、下翼缘板,其中:上、下 翼缘板之间固定连接有波纹腹板,波纹腹板的楞与上、下翼缘板平行;沿上、 下翼缘板的长度方向,上、下翼缘板两端设有连梁端板,连梁端板与上、下翼 缘板、波纹腹板固定连接。
所述波纹腹板可为单一一片波纹板材。
所述波纹腹板可为若干片波纹板材层叠构成,相邻两个波纹板材之间相距 一间距。
所述波纹腹板为波折板或波浪板。
所述波纹腹板的厚度t在2毫米至40毫米之间,所述波纹腹板的高度h 与厚度t的比值在50至300之间,所述波纹腹板钢连梁的高跨比小于等于2。
本发明的优点是:
1、本发明在地震作用下的耗能能力强,延性好,滞回环曲线饱满,能有 效起到减震作用,且震后易于更换。
2、本发明可实现现场装配式施工,施工便捷,施工工期短。
3、本发明重量轻,吊装方便。
4、本发明可在工厂实现产业化批量生产,成本低。
5、本发明适用范围广,特别适用于跨高比小于2的钢连梁结构。
附图说明
图1是本发明波纹腹板钢连梁的一实施例示意图。
图2是本发明波纹腹板钢连梁的主视示意图。
图3是图2的俯视示意图。
图4是图2的A-A向剖面示意图。
图5是性能对比所采用的波纹腹板的波纹结构示意图。
图6是钢连梁的波纹腹板在楞平行、楞垂直情形下的竖向位移与荷载的关 系曲线图。
图7是钢连梁的波纹腹板在楞平行情形下的滞回环曲线图。
图8是钢连梁的波纹腹板在楞垂直情形下的滞回环曲线图。
具体实施方式
如图1至图4所示,本发明波纹腹板钢连梁包括上、下翼缘板20、30,其 中:上、下翼缘板20、30之间固定连接有波纹腹板40,即波纹腹板40的顶部、 底部与上、下翼缘板20、30的板面固定连接,上、下翼缘板20、30的板面相 对且平行,从波纹腹板高度方向来看,波纹腹板40的高度所在纵平面P与上、 下翼缘板20、30的板面垂直,波纹腹板40的楞401与上、下翼缘板20、30 的板面平行,这种波纹腹板40的楞与上、下翼缘板20、30平行的设计使得传力更直接有效;沿上、下翼缘板20、30的长度方向,上、下翼缘板20、30两 端各设有一连梁端板10,连梁端板10的板面与上、下翼缘板20、30的两端、 波纹腹板40的两端固定连接,连梁端板10的板面与上、下翼缘板20、30的 板面垂直。
在实际设计中,波纹腹板40为单一一片波纹板材。但当工厂无法加工较 厚波纹板材时,可通过多片波纹板材具有空隙地层叠在一起的做法来满足厚度 的要求,也就是说,波纹腹板40可为若干片波纹板材并排层叠构成,相邻两 个波纹板材之间相距一间距,间距很小,通常为2mm左右,不受局限,目的 是令相邻两个波纹板材分离,形成一个空气隔层。
在本发明中,波纹腹板40为规则或不规则的波折板或波浪板。波折板的 波纹形状可为梯形、三角形、矩形等,不受局限。波浪板的弧形弯曲度可合理 设计,例如可为圆弧形、椭圆弧形、抛物线形、双曲线形、正弦形等,不受局 限。
在本发明中,波纹腹板40的厚度t在2毫米至40毫米之间,波纹腹板40 的高度h与厚度t的比值在50至300之间,本发明波纹腹板钢连梁的高跨比 小于等于2且大于0。本发明波纹腹板钢连梁的高跨比中的高度H、跨度L如 图2所标示。波纹腹板40的长度1与上、下翼缘板20、30的长度1一样。
在实际设计中,波纹腹板40厚度t、波纹腹板40高度h与厚度t之比可 根据实际要求来合理设计,不受局限。例如,波纹腹板40的厚度t取2毫米, 波纹腹板40的高度h与厚度t比值取300,又例如,波纹腹板40的厚度t取 40毫米,波纹腹板40的高度h与厚度t比值取50,又例如,波纹腹板40的 厚度t取5毫米,波纹腹板40的高度h与厚度t比值取100,等等。
在实际设计中,本发明波纹腹板钢连梁的高跨比可根据实际要求来合理设 计,不受局限。例如,高跨比可设计为2、1、0.5或更小。
如图2至图4,连梁端板10的高度H、宽度D、厚度,以及上、下翼缘板 20、30的宽度d、厚度,可根据实际需求来合理设计,不受局限。通常,上、 下翼缘板20、30的宽度d应满足波纹腹板40在其上面的牢固焊接,连梁端板 10的高度H、宽度D应满足上、下翼缘板20、30和波纹腹板40在其上面的 牢固焊接。
在实际实施中,上、下翼缘板20、30与波纹腹板40之间焊接连接,上、 下翼缘板20、30、波纹腹板40与连梁端板10之间焊接连接。
在本发明中,焊接采用普通焊接技术即可,当然采用更牢固的焊接方式更 好,如双面角焊缝焊接、双坡口对接焊缝焊接等,不受局限。
在本发明中,上、下翼缘板20、30、波纹腹板40、连梁端板10采用钢材 制成,如普通钢材、软钢材料或高强钢材料等,不受局限。
在实际使用时,将连梁端板10与剪力墙等主体结构中的相应板材构件相 固定连接,即完成本发明波纹腹板钢连梁的安装,其中,本发明波纹腹板钢连 梁的安装方位可根据主体结构的实际需求合理设计。例如,本发明波纹腹板钢 连梁可竖向安装,即连梁端板10如图2所示竖立设置。又例如,本发明波纹 腹板钢连梁可横向安装,即将图2所示本发明波纹腹板钢连梁顺时针或逆时针 旋转90度,连梁端板10板面朝上设置。
连梁端板10与剪力墙等主体结构中的相应板材构件之间的固定连接可为 焊接或螺栓连接。当为螺栓连接时,连梁端板10上设有若干螺栓安装孔(图 中未示出)。
下面通过对比1#钢连梁与2#钢连梁之间的差异,来说明本发明波纹腹板 钢连梁的可行性和特点。
1#钢连梁为本发明波纹腹板钢连梁的结构,即1#钢连梁的波纹腹板的楞与 上、下翼缘板平行。
2#钢连梁为目前已有的普通波纹板钢连梁的结构,即2#钢连梁的波纹腹板 的楞与上、下翼缘板垂直。
1#钢连梁与2#钢连梁的跨高比都为1,1#、2#钢连梁的高度都为1000mm, 跨度都为1000mm,上、下翼缘板的厚度都为30mm,上、下翼缘板的宽度都 为200mm,两者之间的结构差别仅为楞与上、下翼缘板之间的方向关系不同。
1#钢连梁与2#钢连梁的波纹腹板采用《波纹腹板钢结构技术规程》 CECS291-2011中规定的一波纹腹板,此波纹腹板的波纹结构如图5所示,波 纹腹板采用波纹形状为等腰梯形的波折板,波纹腹板厚度t为6mm,波折板的 高度hr为38cm,波长λ为175cm,平直段长度b为64cm,倾斜腰长度S为 45cm,倾斜腰映射长度c为23.5cm,波折角度θ为58度。
1#、2#钢连梁采用图2所示的竖向安装方式,并以图2来定义方向,即图 2中的竖直方向定义为竖向,水平方向定义为横向。进而对1#、2#钢连梁进行 弹塑性仿真,得到图6所示的竖向位移与竖向荷载间的关系曲线图。
通过图6所示曲线图,可以得到1#、2#钢连梁的峰值荷载、峰值荷载应变 和0.85峰值荷载对应的应变,如下表所示,其中,峰值荷载应变=峰值竖向位 移/波纹腹板跨度,0.85峰值荷载对应的应变=0.85峰值竖向位移/波纹腹板跨 度。这里的波纹腹板跨度即图2所示的长度1。并且,进一步计算出1#、2#钢 连梁间的峰值荷载比值、峰值荷载应变比值和0.85峰值荷载对应的应变比值, 如下表所示。
从图6以及上表可知,1#、2#钢连梁的承载力基本一致,但与2#钢连梁相 比,1#钢连梁的峰值荷载应变提高了26.5%,1#钢连梁的0.85峰值荷载对应的 应变提高了64.2%,这说明了与2#钢连梁相比,1#钢连梁的延性大大得到了提 高,因此在地震作用下的耗能能力得到了显著提升,因此本发明可适用于跨高 比小于2的钢连梁结构。
图7、图8分别示出了1#、2#钢连梁的滞回环曲线图。从图7和图8可以 看出,1#钢连梁得到的滞回环比2#钢连梁的滞回环饱满得多,由此可知,与 2#钢连梁相比,1#钢连梁的波纹腹板能很好地控制自身局部屈曲,滞回环曲线 饱满,延性好,耗能能力强,可以很好地满足抗震要求,1#钢连梁的设计是可 行性的。
另外,本发明波纹腹板钢连梁与目前已有的采用平板腹板的钢连梁(通常 设置加劲肋)相比,同样具有能很好地控制自身局部屈曲,滞回环曲线饱满, 延性好,耗能能力强的优点,在此不再赘述。已有的波纹腹板的楞与上、下的 翼缘板相垂直的普通波纹板钢连梁与已有的采用平板腹板的钢连梁之间的屈 曲控制能力、延性、滞回环饱满度、耗能能力等性能的比较可参见申请号为 201610178002.9、发明名称为“可更换剪切型波纹腹板消能连梁”的发明专利 申请中的描述,此发明专利申请对普通波纹板钢连梁在上述性能方面优于采用 平板腹板的钢连梁给出了详尽的说明。
本发明的优点是:
1、本发明在地震作用下的耗能能力强,延性好,滞回环曲线饱满,能有 效起到减震作用,且震后易于更换。
2、本发明可实现现场装配式施工,施工便捷,施工工期短。
3、本发明重量轻,吊装方便。
4、本发明可在工厂实现产业化批量生产,成本低。
5、本发明适用范围广,特别适用于跨高比小于2的钢连梁结构。
以上所述是本发明较佳实施例及其所运用的技术原理,对于本领域的技术 人员来说,在不背离本发明的精神和范围的情况下,任何基于本发明技术方案 基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变,均属于本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种波纹腹板钢连梁,其特征在于:它包括上、下翼缘板,其中:上、下翼缘板之间固定连接有波纹腹板,波纹腹板的楞与上、下翼缘板平行;沿上、下翼缘板的长度方向,上、下翼缘板两端设有连梁端板,连梁端板与上、下翼缘板、波纹腹板固定连接。
2.如权利要求1所述的波纹腹板钢连梁,其特征在于:
所述波纹腹板为单一一片波纹板材。
3.如权利要求1所述的波纹腹板钢连梁,其特征在于:
所述波纹腹板为若干片波纹板材层叠构成,相邻两个波纹板材之间相距一间距。
4.如权利要求1或2或3所述的波纹腹板钢连梁,其特征在于:
所述波纹腹板为波折板或波浪板。
5.如权利要求1或2或3所述的波纹腹板钢连梁,其特征在于:
所述波纹腹板的厚度t在2毫米至40毫米之间,所述波纹腹板的高度h与厚度t的比值在50至300之间,所述波纹腹板钢连梁的高跨比小于等于2。
6.如权利要求1或2或3所述的波纹腹板钢连梁,其特征在于:
所述上、下翼缘板与所述波纹腹板之间焊接连接,所述上、下翼缘板、所述波纹腹板与所述连梁端板之间焊接连接。
7.如权利要求1所述的波纹腹板钢连梁,其特征在于:
所述连梁端板上设有若干螺栓安装孔。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108612258A (zh) * 2018-05-21 2018-10-02 同济大学 轴向肋波纹腹板钢-混凝土组合连梁
CN110725472A (zh) * 2019-09-30 2020-01-24 上海欧本钢结构有限公司 一种局部波纹腹板的优腹梁

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