CN110725472A - 一种局部波纹腹板的优腹梁 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种局部平腹板、局部波纹腹板的H型钢梁，简称“优腹梁”，优腹梁的跨中段为波纹腹板H型钢；波纹腹板H型钢包括跨中段上翼缘板、跨中段下翼缘板和波纹腹板；跨中段上翼缘板和跨中段下翼缘板平行设置，波纹腹板架设于跨中段上翼缘板和跨中段下翼缘板之间，以提出一种用料经济，并且具有更好的延性和耗能能力的局部波纹腹板的优腹梁。

Description

一种局部波纹腹板的优腹梁
技术领域
本发明涉及建筑、民用工程技术领域，尤其涉及一种局部波纹腹板的优腹梁。
背景技术
对于大多数H型钢框架梁而言，在多工况荷载作用下，梁端弯矩最大M1与跨中最大弯矩M2的比值为1.2～10，梁端最大剪力V1与跨中剪力V2的比值为无穷大。通常情况下，若钢框架梁采用等截面H型钢梁，为保证梁腹板不先于翼缘屈服出现局部稳定破坏，腹板有高厚比要求，比较经济的梁支座段抗弯的应力比为0.8～0.9，跨中段抗弯的应力比为0.5以下，梁支座段的抗剪应力比为0.5以下，跨中段的抗剪应力比为0.2以下，整根钢梁有近40％的钢材是多余的，即使采用变截面的H型钢梁，抗剪应力比仍然在0.5以下，整根钢梁仍然存在20％左右的多余钢材。
发明内容
本发明的目的在于提出一种用料经济，并且具有更好的延性和耗能能力的局部波纹腹板的优腹梁。
为达到上述目的，本发明提出一种局部波纹腹板的优腹梁，所述优腹梁的跨中段为波纹腹板H型钢；
所述波纹腹板H型钢包括跨中段上翼缘板、跨中段下翼缘板和波纹腹板；所述跨中段上翼缘板和所述跨中段下翼缘板平行设置，所述波纹腹板架设于所述跨中段上翼缘板和所述跨中段下翼缘板之间。
优选的，所述优腹梁的两端为平腹板H型钢；
所述平腹板H型钢包括侧端上翼缘板、侧端下翼缘板和平腹板；所述侧端上翼缘板和所述侧端下翼缘板平行设置，所述平腹板架设于所述侧端上翼缘板和所述侧端下翼缘板之间。
优选的，所述跨中段上翼缘板的两端分别与所述侧端上翼缘板的端头通过焊接固定连接；并且所述跨中段上翼缘板与所述侧端上翼缘板一直线设置；
所述跨中段下翼缘板的两端分别与所述侧端下翼缘板的端头通过焊接固定连接；并且所述跨中段下翼缘板与所述侧端下翼缘板一直线设置。
优选的，所述波纹腹板的两端均焊接固定有一加劲板；所述加劲板与所述波纹腹板垂直设置。
优选的，所述平腹板靠近所述波纹腹板的一端与所述加劲板焊接固定；
所述平腹板与所述加劲板垂直设置，所述平腹板与所述波纹腹板同水平设置。
优选的，所述跨中段上翼缘板和所述跨中段下翼缘板均与所述波纹腹板垂直设置；
所述侧端上翼缘板和所述侧端下翼缘板均与所述平腹板垂直设置。
与现有技术相比，本发明的优势之处在于：本发明的局部波纹腹板的优腹梁近柱端采用平腹板H型钢，具有较大的抗弯抗剪承载力，跨中段采用波纹腹板H型钢具有较小的抗弯抗剪承载力，优腹梁的抗弯抗剪承载力曲线与优腹梁的弯矩包络曲线及剪力包络曲线吻合，既可以节省20％～40％的钢材，又可以让优腹梁在大震下的塑性铰外移，让优腹梁具有更好的延性和耗能能力，实现大震不倒的抗震设防目标。
附图说明
图1为本发明一实施例中局部波纹腹板的优腹梁的整体结构示意图；
图2为本发明一实施例中部波纹腹板的优腹中波纹腹板的结构示意图；
图3为本发明一实施例中优腹梁弯矩-承载力包络图；
图4为本发明一实施例中优腹梁剪力-承载力包络图；
图5为本发明一实施例中主梁的搭建示意图；
图6为本发明一实施例中普通工字钢梁的弯矩-承载力包络图；
图7为本发明一实施例中优腹梁弯矩-承载力包络图；
图8为本发明一实施例中普通工字梁剪力-承载力包络图；
图9为本发明一实施例中优腹梁的剪力-承载力包络图；
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案作进一步地说明。
如图1和图2所示，本发明提出一种局部波纹腹板的优腹梁，优腹梁的跨中段为波纹腹板H型钢1；波纹腹板H型钢1包括跨中段上翼缘板11、跨中段下翼缘板12和波纹腹板13；跨中段上翼缘板11和跨中段下翼缘板12平行设置，波纹腹板13架设于跨中段上翼缘板11和跨中段下翼缘板12之间；如图2所示为波纹腹板13的结构形状，波纹腹板13为呈波纹状的钢板；波纹腹板13与跨中段上翼缘板11和跨中段下翼缘板12之间均采用焊接固定。
在本实施例中，优腹梁的两端为平腹板H型钢2；平腹板H型钢2包括侧端上翼缘板21、侧端下翼缘板22和平腹板23；侧端上翼缘板21和侧端下翼缘板22平行设置，平腹板23架设于侧端上翼缘板21和侧端下翼缘板22之间。
在本实施例中，跨中段上翼缘板11的两端分别与侧端上翼缘板21的端头通过焊接固定连接；并且跨中段上翼缘板11与侧端上翼缘板21一直线设置；
跨中段下翼缘板12的两端分别与侧端下翼缘板22的端头通过焊接固定连接；并且跨中段下翼缘板12与侧端下翼缘板22一直线设置。
在本实施例中，波纹腹板13的两端均焊接固定有一加劲板3；加劲板3与波纹腹板13垂直设置；平腹板23靠近波纹腹板13的一端与加劲板3焊接固定；加劲板3的主要作用是过渡作用，不论波纹腹板的哪个波段在此断开，都能够与此加劲板进行对接。
平腹板23与加劲板3垂直设置，平腹板23与波纹腹板13同水平设置。
在本实施例中，跨中段上翼缘板11和跨中段下翼缘板12均与波纹腹板13垂直设置；
侧端上翼缘板21和侧端下翼缘板22均与平腹板23垂直设置。
如图3：优腹梁弯矩-承载力包络图以及图4：优腹梁剪力-承载力包络图所示，其中，阴影填充部分表示为本发明的优腹梁相对于传统的框架梁所节省的钢材部分；由此可知，常规框架梁支座最大弯矩M1与跨中最大弯矩M2的比值为1.5～2.5，优腹梁的承载力包络线与弯矩包络线一致，即在保证承载力的情况下，可比传统的H型钢梁节省钢材20％-40％，更加的经济。
下面将通过本发明在实施例中的应用，结合在过程中所记录下来的数据，对本发明的技术优点做出进一步的解释说明。
此处选用对某公司一期(F2栋)扩建工程项目为例，阐释优腹梁的实用案例，并据此对比传统工字钢梁(即传统的框架梁)与优腹梁的受力特征与用钢量情况。
某公司一期(F2栋)厂房建筑面积为42761.19㎡，建筑高度33m，共6层，标准柱距为10m×10.5m(如图5所示)，楼面活荷载5kN/㎡。
如图5所示，选图示主梁为研究对象，分别设计为普通工字钢梁和本发明的优腹梁，并使用YJK2.0结构设计软件进行结构整体计算，得到该梁在两种情况下的结构设计用弯矩包络图和剪力包络图，同时表示出各自的极限承载力包络图
1、优腹梁与工字钢梁设计内力对比
主梁设计采用两种形式，主梁设计为普通工字钢梁时，最终选用截面为H880x250x14x16的普通工字钢；采用优腹梁进行设计时，两端距离支座1800mm范围内使用H874x250x14x16的普通工字钢，梁中部分采用ZH874x250x3.5x12的波纹腹板工字钢。
图6表示采用普通工字钢梁用作主梁时计算得出的弯矩包络图，从图中可以看出最大弯矩为1201kN·m，工字钢的抗弯承载力为1604kN·m，应力比为0.74。跨中最大弯矩为625kN·m，抗弯承载力为1604kN·m，应力比为0.39.
图7表示采用优腹梁时计算所得弯矩包络图和抗弯承载力包络图。支座部分的最大弯矩为1319kN·m，最大抗弯承载力为1589kN·m，应力比为0.83。波纹腹板工字钢部分承受最大弯矩为645kN·m，抗弯承载力为783kN·m，应力比为0.82。
图8表示采用普通工字钢梁时计算所得剪力包络图和抗剪承载力包络图，支座部分最大剪力为621kN，最大抗剪承载力为2156kN，应力比为0.29。
图9表示采用优腹梁时计算所得剪力包络图和抗剪承载力包络图，两端采用普通工字钢梁区域剪力为614kN，抗剪承载力为2141kN，应力比为0.29。跨中采用波纹腹板13工字钢梁的部分最大剪力为438kN，最大抗剪承载力为535kN，应力比为0.8承载力。
以案例中的主梁为例，计算所得用钢量以及计算造价如表1所示。
用钢量 单价 总价
普通工字钢梁 1435kg 7.5元/kg 10762.5元
优腹梁 991kg 8.3元/kg 8225.3元
表1
优腹梁的用钢量相较于普通工字钢梁节省了31％，虽然因为工艺复杂导致单价增加，最终造价也能节省23.6％。
2、总结11
通过对某有限公司一期(F2栋)扩建工程项目主梁的设计，对比了采用普通工字钢梁和优腹梁的设计内力和截面承载力并进行了两种梁的经济性对比，优腹梁具有钢材利用率高，经济效应好的优点。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种局部波纹腹板的优腹梁，其特征在于，所述优腹梁的跨中段为波纹腹板H型钢；
所述波纹腹板H型钢包括跨中段上翼缘板、跨中段下翼缘板和波纹腹板；所述跨中段上翼缘板和所述跨中段下翼缘板平行设置，所述波纹腹板架设于所述跨中段上翼缘板和所述跨中段下翼缘板之间。
2.根据权利要求1所述的局部波纹腹板的优腹梁，其特征在于，所述优腹梁的两端为平腹板H型钢；
所述平腹板H型钢包括侧端上翼缘板、侧端下翼缘板和平腹板；所述侧端上翼缘板和所述侧端下翼缘板平行设置，所述平腹板架设于所述侧端上翼缘板和所述侧端下翼缘板之间。
3.根据权利要求2所述的局部波纹腹板的优腹梁，其特征在于，所述跨中段上翼缘板的两端分别与所述侧端上翼缘板的端头通过焊接固定连接；并且所述跨中段上翼缘板与所述侧端上翼缘板一直线设置；
所述跨中段下翼缘板的两端分别与所述侧端下翼缘板的端头通过焊接固定连接；并且所述跨中段下翼缘板与所述侧端下翼缘板一直线设置。
4.根据权利要求2所述的局部波纹腹板的优腹梁，其特征在于，所述波纹腹板的两端均焊接固定有一加劲板；所述加劲板与所述波纹腹板垂直设置。
5.根据权利要求4所述的局部波纹腹板的优腹梁，其特征在于，所述平腹板靠近所述波纹腹板的一端与所述加劲板焊接固定；
所述平腹板与所述加劲板垂直设置，所述平腹板与所述波纹腹板同水平设置。
6.根据权利要求2所述的局部波纹腹板的有优腹梁，其特征在于，所述跨中段上翼缘板和所述跨中段下翼缘板均与所述波纹腹板垂直设置；
所述侧端上翼缘板和所述侧端下翼缘板均与所述平腹板垂直设置。
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