CN110905123A - 一种钢木组合箱形梁 - Google Patents

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谢启芳
张毅
魏荣
胡方正
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    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C3/00—Structural elongated elements designed for load-supporting
    • E04C3/02—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces
    • E04C3/29—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces built-up from parts of different material, i.e. composite structures
    • E04C3/292—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces built-up from parts of different material, i.e. composite structures the materials being wood and metal

Abstract

一种钢木组合箱形梁，主要由胶合木上翼缘板、胶合木下翼缘板、U型冷弯薄壁型钢、胶合木腹板和自攻螺钉构成，胶合木上、下翼缘板位与冷弯薄壁型钢背部相贴，通过螺钉连接，翼缘板与腹板通过螺钉连接形成箱形截面:该截面的优点是采用胶合木与冷弯薄壁型钢组合代替传统钢筋混凝土箱形梁和钢箱梁，充分利用材料的性能，减轻了梁的自重，同时降低了材料成本，在此基础上也确保了截面具有足够的承载能力和刚度。木板与冷弯薄壁型钢通过螺栓连接，加工方便，制作工序简单，节能环保，适合工业批量化生产。

Description

一种钢木组合箱形梁
技术领域
本发明属于土木工程技术领域，特别涉及一种钢木组合箱形梁。
背景技术
绿色、生态、环保、低碳的新型材料、创新结构体系是土木工程科技发展的必然方向。木材是当前节能环保的生物质绿色材料的重要品种之一，尤其在当前提倡节能、低碳的背景下，新型木结构的发展对于降低建筑工程的能耗具有显著意义。
木结构除了自身性能比较优越，还可以充分利用林木资源，木材或木结构有着以下优点：(1)木材资源是可再生资源，木材生产相对混凝土、钢材的生产节约能源、产生的污染少；(2)木材强重比高，作为建筑材料使结构具有良好的抗震性能，(3)木材导热系数低、热传导速度慢，低温、隔热性能好。(4)木材易于加工，可工业化生产，方便快捷。
但是，木材却也存在弹性模量低，截面刚度小，挠度变形大等缺陷，以及原生木材强度受缺陷影响较大，导致木结构的推广应用受到了限制。
钢材的各项强度均很高，材质均匀，工作可靠性好高。但是，钢材也存在耐腐蚀性差，耐热而不耐火等问题。同时，稳定性是钢结构的一个突出问题，纯钢结构总是会因为该问题而无法充分利用钢材的强度特性。而钢木组合截面，在设计合理的情况下，可充分利用材料的强度，同时避免因截面刚度过小而导致的失稳问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种钢木组合箱形梁，充分发挥了冷弯薄壁型钢强度以及胶合木强重比性能，结构整体性好，施工简单快捷，材料环保耐久。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种钢木组合箱形梁，包括：
上翼缘，包括上翼缘胶合木板1和位于上翼缘胶合木板1下方的上翼缘冷弯薄壁型钢2，上翼缘冷弯薄壁型钢2的腹板与上翼缘胶合木板1相贴，并以自攻螺钉一3连接；
下翼缘，包括下翼缘胶合木板6和位于下翼缘胶合木板6上方的下翼缘冷弯薄壁型钢5，下翼缘冷弯薄壁型钢5的腹板与下翼缘胶合木板6相贴，并以自攻螺钉二9连接；
两块胶合木腹板4，分别从上翼缘和下翼缘的左右两侧将二者连接。
所述上翼缘胶合木板1和下翼缘胶合木板6等宽。
所述自攻螺钉一3有左右两排，关于上翼缘胶合木板1的中轴线对称；所述自攻螺钉二9有左右两排，关于下翼缘胶合木板6的中轴线对称。
所述上翼缘冷弯薄壁型钢2为倒置的U型钢，所述下翼缘冷弯薄壁型钢5 为正置的U型钢，上翼缘冷弯薄壁型钢2的翼缘与两块胶合木腹板4的内侧或外侧连接，下翼缘冷弯薄壁型钢5的翼缘与两块胶合木腹板4的内侧或外侧连接。
所述胶合木腹板4的外侧边缘分别与上翼缘胶合木板1和下翼缘胶合木板6 的外侧边缘平齐。
所述胶合木腹板4与上翼缘胶合木板1的翼缘和下翼缘胶合木板6的翼缘连接处均有开槽，使胶合木腹板4两外侧边缘与上翼缘胶合木板1和下翼缘胶合木板6的外侧边缘能够平齐。
在胶合木腹板4宽度方向即上下方向，以长螺钉一8将下翼缘胶合木板6、下翼缘冷弯薄壁型钢5的腹板与胶合木腹板4连接拧紧，或将下翼缘胶合木板6 与胶合木腹板4连接拧紧，以长螺钉二10将上翼缘胶合木板1、上翼缘冷弯薄壁型钢2的腹板与胶合木腹板4连接拧紧，或将上翼缘胶合木板1与胶合木腹板4连接拧紧；在胶合木腹板4厚度方向即左右方向，以自攻螺钉三7将下翼缘冷弯薄壁型钢5的翼缘与胶合木腹板4连接拧紧，以自攻螺钉四11将上翼缘冷弯薄壁型钢2的翼缘与胶合木腹板4连接拧紧。
各螺钉拧进木板的深度大于木板厚度的1/2。
与现有技术相比，本发明充分发挥了冷弯薄壁型钢的强度性能，通过钢木组合，能够有效避免截面刚度不足而导致的失稳问题。同时，使用冷弯薄壁型钢作为选用钢材，很大程度上降低了钢材用量，减轻了构件自重，对提高结构整体抗震性能有积极意义。采用螺钉连接，加工方便，制作简单，适合工业化生产。
附图说明
图1为本发明实施例1的横截面结构示意图。
图2为本发明实施例2的横截面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
实施例1
参考图1，一种钢木组合箱形梁，包括：
上翼缘，包括上翼缘胶合木板1和位于上翼缘胶合木板1下方的上翼缘冷弯薄壁型钢2，上翼缘冷弯薄壁型钢2为倒置的U型钢，其腹板与上翼缘胶合木板1下表面相贴，并以自攻螺钉一3连接，其中自攻螺钉一3可有左右两排，关于上翼缘胶合木板1的中轴线对称；
下翼缘，包括下翼缘胶合木板6和位于下翼缘胶合木板6上方的下翼缘冷弯薄壁型钢5，下翼缘胶合木板6和上翼缘胶合木板1等宽。下翼缘冷弯薄壁型钢5为正置的U型钢，其腹板与下翼缘胶合木板6上表面相贴，并以自攻螺钉二9连接，其中自攻螺钉二9可有左右两排，关于下翼缘胶合木板6的中轴线对称
两块胶合木腹板4，分别从上翼缘和下翼缘的左右两侧将二者连接，形成纵截面为箱型的箱形梁。
具体而言，本实施例中，上翼缘冷弯薄壁型钢2的翼缘、下翼缘冷弯薄壁型钢5的翼缘、上翼缘胶合木板1的两侧、下翼缘胶合木板6的两侧均与两块胶合木腹板4的外侧平齐。其中，胶合木腹板4与上翼缘胶合木板1的翼缘和下翼缘胶合木板6的翼缘连接处均有开槽，使胶合木腹板4两外侧边缘与上翼缘胶合木板1和下翼缘胶合木板6的外侧边缘能够平齐。
其施工过程如下：
(1)选择合适规格的冷弯薄壁U型钢以及胶合木板，加工宽度与冷弯薄壁型钢腹板高度相同的板材(上翼缘胶合木板1和下翼缘胶合木板6)，一侧上下开缺口的板材(胶合木腹板4)，缺口尺寸稍大于冷弯薄壁型钢翼缘宽厚；
(2)拼装上翼缘板：上翼缘胶合木板1与上翼缘冷弯薄壁型钢2腹板居中对称相贴，通过两排自攻螺钉一3连接；
(3)拼装下翼缘板：下翼缘胶合木板6与下翼缘冷弯薄壁型钢5腹板居中对称相贴，通过两排自攻螺钉二9连接；
(4)下翼缘板与腹板拼装：两块胶合木腹板4左或右边缘分别与下翼缘胶合木板6以及下翼缘冷弯薄壁型钢5左或右平齐，在胶合木腹板4宽度方向即上下方向，以长螺钉一8将下翼缘胶合木板6、下翼缘冷弯薄壁型钢5的腹板与胶合木腹板4连接拧紧，在胶合木腹板4厚度方向即左右方向，以自攻螺钉三7 将下翼缘冷弯薄壁型钢5的翼缘与胶合木腹板4连接拧紧；
(5)上翼缘板与腹板拼装：使用相同的连接方式，以长螺钉二10将上翼缘胶合木板1、上翼缘冷弯薄壁型钢2的腹板与胶合木腹板4连接拧紧，以自攻螺钉四11将上翼缘冷弯薄壁型钢2的翼缘与胶合木腹板4连接拧紧。
各螺钉拧进木板的深度最好大于木板厚度的1/2。
实施例2
参考图2，一种钢木组合箱形梁，其主要结构与实施例1一致，不同之处在于，本实施例中，上翼缘冷弯薄壁型钢2的翼缘与两块胶合木腹板4的内侧连接。
其施工过程如下：
(1)选择合适规格的冷弯薄壁U型钢以及胶合木板，加工宽度与冷弯薄壁型钢腹板高度相同的板材(上翼缘胶合木板1和下翼缘胶合木板6)，一侧上下开缺口的板材(胶合木腹板4)，缺口尺寸稍大于冷弯薄壁型钢翼缘宽厚，所选上翼缘冷弯薄壁型钢2腹板高度为上翼缘胶合木板1或下翼缘胶合木板6宽度减去2胶合木腹板4的厚度；
(2)拼装上翼缘板：上翼缘胶合木板1与上翼缘冷弯薄壁型钢2腹板居中对称相贴，通过对称与木板轴线的两排自攻螺钉3连接；
(3)拼装下翼缘板：下翼缘胶合木板6与下翼缘冷弯薄壁型钢5腹板居中对称相贴，通过两排自攻螺钉二9连接；
(4)下翼缘板与腹板拼装：两块胶合木腹板4左或右边缘分别与下翼缘胶合木板6以及下翼缘冷弯薄壁型钢5左或右平齐，在胶合木腹板4宽度方向通过长螺钉8将木翼缘板6、冷弯薄壁型钢5与木腹板4同时连接拧紧，在胶合木腹板4宽度方向即上下方向，以长螺钉一8将下翼缘胶合木板6、下翼缘冷弯薄壁型钢5的腹板与胶合木腹板4连接拧紧，在胶合木腹板4厚度方向即左右方向，以自攻螺钉三7将下翼缘冷弯薄壁型钢5的翼缘与胶合木腹板4连接拧紧；
(5)上翼缘板与腹板拼装：两块胶合木腹板4左或右边缘分别与下翼缘胶合木板6左或右平齐，并紧贴上翼缘冷弯薄壁型钢2翼缘外侧，以长螺钉二10 将将上翼缘胶合木板1与胶合木腹板4连接拧紧；在胶合木腹板4厚度方向即左右方向，以自攻螺钉四11将上翼缘冷弯薄壁型钢2的翼缘与胶合木腹板4连接拧紧。
胶合木板与冷弯薄壁型钢的组合能够发挥冷弯薄壁型钢和胶合木板的这两种材料的优点，与此同时，组合截面能避免两种材料的缺点。木板的约束使得薄壁型钢的侧向刚度得到提高，防止薄壁型钢过早屈曲失稳，型钢的存在使得组合构件的刚度以及延性性能得到较好的提升，当木板与型钢间的螺钉连接可靠时，钢-木组合构件能够整体工作，其力学性能与单一材料构件相比具有明显优势。
本发明还有更多的组合形式，均在本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种钢木组合箱形梁，其特征在于，包括：
上翼缘，包括上翼缘胶合木板(1)和位于上翼缘胶合木板(1)下方的上翼缘冷弯薄壁型钢(2)，上翼缘冷弯薄壁型钢(2)的腹板与上翼缘胶合木板(1)相贴，并以自攻螺钉一(3)连接；
下翼缘，包括下翼缘胶合木板(6)和位于下翼缘胶合木板(6)上方的下翼缘冷弯薄壁型钢(5)，下翼缘冷弯薄壁型钢(5)的腹板与下翼缘胶合木板(6)相贴，并以自攻螺钉二(9)连接；
两块胶合木腹板(4)，分别从上翼缘和下翼缘的左右两侧将二者连接。
2.根据权利要求1所述钢木组合箱形梁，其特征在于，所述上翼缘胶合木板(1)和下翼缘胶合木板(6)等宽。
3.根据权利要求1所述钢木组合箱形梁，其特征在于，所述自攻螺钉一(3)有左右两排，关于上翼缘胶合木板(1)的中轴线对称；所述自攻螺钉二(9)有左右两排，关于下翼缘胶合木板(6)的中轴线对称。
4.根据权利要求1所述钢木组合箱形梁，其特征在于，所述上翼缘冷弯薄壁型钢(2)为倒置的U型钢，所述下翼缘冷弯薄壁型钢(5)为正置的U型钢，上翼缘冷弯薄壁型钢(2)的翼缘与两块胶合木腹板(4)的内侧或外侧连接，下翼缘冷弯薄壁型钢(5)的翼缘与两块胶合木腹板(4)的内侧或外侧连接。
5.根据权利要求4所述钢木组合箱形梁，其特征在于，所述胶合木腹板(4)的外侧边缘分别与上翼缘胶合木板(1)和下翼缘胶合木板(6)的外侧边缘平齐。
6.根据权利要求5所述钢木组合箱形梁，其特征在于，所述胶合木腹板(4)与上翼缘胶合木板(1)的翼缘和下翼缘胶合木板(6)的翼缘连接处均有开槽，使胶合木腹板(4)两外侧边缘与上翼缘胶合木板(1)和下翼缘胶合木板(6)的外侧边缘能够平齐。
7.根据权利要求5所述钢木组合箱形梁，其特征在于，在胶合木腹板(4)宽度方向即上下方向，以长螺钉一(8)将下翼缘胶合木板(6)、下翼缘冷弯薄壁型钢(5)的腹板与胶合木腹板(4)连接拧紧，或将下翼缘胶合木板(6)与胶合木腹板(4)连接拧紧，以长螺钉二(10)将上翼缘胶合木板(1)、上翼缘冷弯薄壁型钢(2)的腹板与胶合木腹板(4)连接拧紧，或将上翼缘胶合木板(1)与胶合木腹板(4)连接拧紧；在胶合木腹板(4)厚度方向即左右方向，以自攻螺钉三(7)将下翼缘冷弯薄壁型钢(5)的翼缘与胶合木腹板(4)连接拧紧，以自攻螺钉四(11)将上翼缘冷弯薄壁型钢(2)的翼缘与胶合木腹板(4)连接拧紧。
8.根据权利要求7所述钢木组合箱形梁，其特征在于，各螺钉拧进木板的深度大于木板厚度的1/2。
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