CN114809440B - 一种波纹腹板h型蜂窝钢梁及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及结构工程技术领域，尤其是一种波纹腹板H型蜂窝钢梁及其制造方法，该波纹腹板H型蜂窝钢梁由波纹腹板以及上、下翼缘板构成，其中所述波纹腹板焊接在所述上、下翼缘板之间，所述波纹腹板上设有若干开孔，若干所述开孔的孔型相同且呈等间距布置，所述波纹腹板的横截面呈规律的波纹状。本发明的优点是：波纹腹板成孔加工工艺可以保证不再浪费材料的基础上实现蜂窝钢梁的制造,是一种高效节能波纹腹板蜂窝钢梁加工制造的新型工艺；加工方便，节省材料，受力性能好，承载力高，具有很好的工程价值。

Description

一种波纹腹板H型蜂窝钢梁及其制造方法

技术领域

本发明涉及结构工程技术领域，尤其是一种波纹腹板H型蜂窝钢梁及其制造方法。

背景技术

以往通过沿着轧制或焊接H型钢梁腹板上设计的路径进行切割，然后错位焊接形成的有着一系列等间距相同孔型的新型钢梁为H型蜂窝钢梁，相对于原来的实腹钢梁具有更高的抗弯刚度和抗弯承载力，同时形成的孔洞可穿越设备管线，节约了建筑空间。

传统的H型蜂窝钢梁通常采用平腹板，存在以下有待克服的缺点：平腹板面外刚度弱，抗剪屈曲承载力低，限制了蜂窝钢梁的扩张比，使蜂窝钢梁结构性能受到限制；考虑到制造、运输和安装过程中对构件刚度的要求，平腹板的高厚比不能太大。为解决以上缺点，往往需要增加腹板厚度或焊接腹板横向加劲肋。然而，上述措施不仅会增大用钢量及制造工序，也会影响蜂窝钢梁的美观性。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种波纹腹板H型蜂窝钢梁及其制造方法，采用波纹腹板取代平面腹板的方式则可以在不增加用钢量及制造工序的情况下，很好的解决了平腹板面外刚度问题，具有更高的抗剪屈曲承载力。另外一方面，波纹腹板相对于平腹板具有更高的高厚比限值，有利于提高蜂窝钢梁的扩张比，充分发挥蜂窝钢梁的结构性能，可适用于更大跨度结构。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种波纹腹板H型蜂窝钢梁，其特征在于：该波纹腹板H型蜂窝钢梁由波纹腹板以及上、下翼缘板构成，其中所述波纹腹板焊接在所述上、下翼缘板之间，所述波纹腹板上设有若干开孔，若干所述开孔的孔型相同且呈等间距布置，所述波纹腹板的横截面呈规律的波纹状。

所述波纹腹板是由两块相同规格的波纹腹板在竖向对应焊接构成。

所述梯形波纹腹板的高厚比不大于，其中/>为所述梯形波纹腹板的钢材屈服强度。

若干所述开孔沿波纹状的波纹腹板横截面均匀布置。

一种涉及上述的波纹腹板H型蜂窝钢梁的制造方法，其特征在于：所述制造方法包括以下步骤：

通过模压设备对平直板进行连续模压使其形成波纹腹板；

沿设定切割路径对所述波纹腹板进行切割，使所述波纹腹板分为若干切割单元；

按照切割单元的波纹横截面对应关系以及孔型对应关系，将对应的切割单元进行焊接形成具有相同孔型且等间距布置的波纹腹板；

将所述波纹腹板焊接在上、下翼缘板之间。

所述切割路径在平面中呈镜像关系。

当采用一块波纹板时，所述切割路径包括将该波纹板均分的尺寸切割路径以及成型分割路径，所述成型分割路径包括呈镜像关系的两条切割路径。

当采用两块波纹板时，在两块所述波纹板上分别设置成型分割路径，两块所述波纹腹的上的所述成型分割路径在呈镜像关系。

本发明的优点是：

1）波纹腹板成孔加工工艺可以保证不再浪费材料的基础上实现蜂窝钢梁的制造,是一种高效节能波纹腹板蜂窝钢梁加工制造的新型工艺；

2）蜂窝钢梁在不增加用钢量及制造工序的情况下，具有更高的面外刚度及抗剪屈曲承载力；

3）蜂窝钢梁腹板高厚比限值可放宽至，其中/>为腹板钢材的屈服强度，波纹腹板可以制造得高且薄，有利于提高蜂窝钢梁的扩张比，充分发挥蜂窝钢梁的结构性能，可适用于更大跨度结构；

4）蜂窝钢梁的波纹腹板大大提高了蜂窝钢梁的平面外刚度和运输过程所需要的挺起刚度，便于运输和安装；

5）蜂窝钢梁在建筑外观上有所不同，为设计师提供了另一种建筑外观风格的选择；

6）加工方便，节省材料，受力性能好，承载力高，具有很好的工程价值。

附图说明

图1为本发明为矩形孔型波纹腹板H型蜂窝钢梁的结构示意图；

图2为图1中各切割单元的立面图；

图3为本发明为矩形孔型波纹腹板H型蜂窝钢梁立面图及平面图；

图4为本发明为矩形孔型波纹腹板H型蜂窝钢梁时的切割方式一示意图；

图5为本发明为矩形孔型波纹腹板H型蜂窝钢梁时的切割方式二示意图；

图6为本发明为六边形孔型波纹腹板H型蜂窝钢梁时的切割单元立面图；

图7为本发明为六边形孔型波纹腹板H型蜂窝钢梁立面图及平面图；

图8为本发明为六边形孔型波纹腹板H型蜂窝钢梁时的切割方式示意图；

图9为本发明为另一种六边形孔型波纹腹板H型蜂窝钢梁时的切割单元立面图；

图10为本发明为另一种六边形孔型波纹腹板H型蜂窝钢梁立面图及平面图；

图11为本发明为另一种六边形孔型波纹腹板H型蜂窝钢梁时的切割方式示意图；

图12为本发明为椭圆孔型波纹腹板H型蜂窝钢梁立面图及截面示意图；

图13为本发明为图12中各切割单元的立面图；

图14为本发明为椭圆孔型波纹腹板H型蜂窝钢梁时的切割方式示意图；

图15为本发明为椭圆孔型波纹腹板H型蜂窝钢梁时的切割方式示意图；

图16为本发明为椭圆孔型波纹腹板H型蜂窝钢梁时的切割方式一示意图；

图17为本发明为椭圆孔型波纹腹板H型蜂窝钢梁时的切割方式一示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-17所示，图中各标记分别表示为：第一切割单元1、第二切割单元2、第三切割单元3、第四切割单元4、切除部分5、波纹板6、波纹板7、切割线M、切割线N、切割线Q、下切割线X1、上切割线X2、下切割线X3、上切割线X4。

实施例一：如图1至图3所示，本实施例中的波纹腹板H型蜂窝钢梁为矩形孔型波纹腹板H型蜂窝钢梁，由波纹腹板以及上、下翼缘板构成，其中波纹腹板焊接在所述上、下翼缘板之间，波纹腹板上设有若干矩形开孔，若干矩形开孔的孔型相同且呈等间距布置，所述波纹腹板的横截面呈规律的波纹状。

如图1所示，该矩形孔型波纹腹板H型蜂窝钢梁在加工时，包括以下步骤：

1）通过模压设备对平直板进行连续模压使其形成波纹腹板；

2）沿设定切割路径对波纹腹板进行切割，使波纹腹板分为若干切割单元。

具体而言，如图3所示，沿图中虚线的成型切割路径，即切割线M和切割线N对横截面已模压为梯形波纹状的两块波纹腹板分别进行切割，该切割线M和切割线N在平面内呈镜像关系且将波纹腹板等分呈面积相同的两个部分。如图2所示，第一切割单元1、第二切割单元2、第三切割单元3、第四切割单元4即为两块波纹腹板所切割构成的四个切割单元，其中第一切割单元1和第二切割单元2为一块波纹腹板切割出的两部分，第三切割单元3和第四切割单元4为另一块波纹腹板切割出的两部分。

3）按照切割单元的波纹横截面对应关系以及孔型对应关系，将对应的切割单元进行焊接形成具有相同孔型且等间距布置的波纹腹板。

结合图2和图3所示，在本实施例中，第一切割单元1和第四切割单元4为相对应的两个切割单元，两者所成型的横向半矩形孔位置构成对应，第二切割单元2和第三切割单元3为相对应的两个切割单元，两者所成型的横向半矩形孔位置构成对应。将第一切割单元1与第四切割单元4进行焊接，第二切割单元2与第三切割单元3进行焊接。

在本实施例中，如图3所示，由第一切割单元1和第四切割单元4所构成的子单元在图示右侧具有竖向半矩形孔，而第二切割单元2和第三切割单元3所构成的子单元在图示左侧具有竖向半矩形孔，将两个子单元在横向进行焊接后，两个竖向的半矩形孔组合构成完整的矩形孔且与其余矩形孔的孔型相同。

4）将波纹腹板焊接在上、下翼缘板之间。

基于此，结合图1至图3可以看出，本实施例中的制造方法完整利用了平直钢板，不浪费任何材料。此外，本实施例相较于现有传统平直板错位焊接后模压（或弯折）形成的蜂窝孔波纹钢腹板的加工工艺而言，具有更显著的优势，包括：

（1）后压法因存在波纹板倾斜段倾角θ与孔净距、孔规格之间的几何制约关系而限制了蜂窝孔波形钢腹板的波高范围，进而限定了其应用范围；而本实施例中的制造方法则避免了制约。

2）避免因后模压误差的问题而存在洞口外观发生变形的可能性，有效保证制造精度。

3）后压存在两次高度应力集中叠加过程，既焊接残余应力与模压过程中产生的应力峰值进行叠加，焊缝处易产生撕裂，孔口边缘处易产生鼓屈变形及高度应力集中问题，而本实施例提出的先对波纹腹板切割后组装加工工艺可避免焊接应力与波纹腹板冷压应力峰值叠加，最大限度的削弱了加工缺陷，避免了焊缝接口及孔口薄弱部位在加工过程中发生伤损。

4）因焊接工艺要求，避免焊接翘曲，采用常规制造方法的平直板高厚比不宜超过250，而本专利提出的波纹腹板成孔则是基于波纹腹板切割后组装而来，其高厚比可放宽至，式中/>为波纹腹板所采用的钢材的屈服强度。基于此，本实施例提出的波纹腹板H型蜂窝钢梁腹板可以做到更加轻薄，更能充分发挥波纹腹板结构性能。

如图4所示和图5所示，本实施例中波纹腹板还具有两种切割方式，图4所示的是由高H，长2L+ψ波纹板竖向切割得到两块高H，长L的波纹腹板，ψ为图4切割方法一的切除部分5，其可结合具体设计进行优化；图5为由高2H，长L波纹板沿切割线Q水平切割得到两块高H，长L的波纹板6和波纹板7。

如图1或图3所示，波纹板倾斜段倾角θ需满足结构用波纹腹板工艺要求。λ为波纹板的一个波长，f为波纹板波高，s为矩形开孔的宽度，h为矩形开孔的高度，a为波纹腹板倾斜段水平投影长度，b为波纹腹板平直段长度。

在本实施例中，该具有一系列等间距相同孔型的波纹腹板的结构满足于下列关系式：

s>a，s=a+b，m=b/2，h2=h/2，H=2h1+h2，λ=2b+2a。

采用上述的关系式可得到一系列等间距且孔型为相同矩形的波纹腹板，但在实际设计中，即使不采用上述关系式，也可得到蜂窝梁的波纹腹板，例如孔型不同的波纹腹板，或孔洞所处位置不同的波纹腹板。总的来说，上述关系式是一种为了得到一系列等间距相同孔型波纹腹板的优选方案，并非唯一方案；但通过上述关系式可得到更美观、更有规律的蜂窝梁。

实施例二：如图6至图8所示，本实施例相较于实施例一的不同之处在于：波纹腹板上的开孔形状为六边形。此时，通过对成型分割路径进行计算和规划，使各分割单元形成六边形的一半，而后参照实施例一的对应焊接方式进行焊接，即第一切割单元1与第二切割单元4焊接，第二切割单元2与第三切割单元3焊接。

实施例三：如图9至图11所示，本实施例相较于实施例二的不同之处在于：波纹腹板上所开设的六边形开孔的尺寸不同，该不同之处同样是通过对成型分割路径进行计算和规划实现。

实施例四：如图12和图13所示，本实施例与上述实施例的不同之处在于：波纹腹板上的孔型为椭圆形。基于此，如图14和图15所示，本实施例中为了成型椭圆形开孔，在等分切割路径外侧所布置的成型切割路径包含有两条路径，切割单元1和切割单元2之间通过下切割线X3、上切割线X4切割，切割单元3和切割单元4之间通过下切割线X1、上切割线X2切割，即一块板需要切割两次，其中下切割线X1和上切割线X4在平面内呈镜像关系，上切割线X2和下切割线X3在平面内呈镜像关系，在图中所示阴影部分为切除部分；通过两条成型切割路径的配合实现在各分割单元上成型半椭圆孔，而后将对应的分割单元两两焊接，从而形成具有一系列等间距椭圆形孔型的波纹腹板。

如图16所示和图17所示，本实施例中波纹腹板还具有两种切割方式，图16所示的是由高H，长2L+ψ波纹板竖向切割得到两块高H，长L的波纹腹板，ψ为图16切割方法一的切除部分5，其可结合具体设计进行优化；图17为由高2H，长L波纹板沿切割线Q水平切割得到两块高H，长L的波纹板6和波纹板7。

如图12或图13所示，波纹板倾斜段倾角θ需满足结构用波纹腹板工艺要求。λ为波纹板的一个波长，f为波纹板波高，s为椭圆孔长轴，h为椭圆孔短轴，a为波纹腹板倾斜段水平投影长度，b为波纹腹板平直段长度，d为孔净距。

在本实施例中，该具有一系列等间距相同孔型的波纹腹板的结构满足于下列关系式：

d>a，s=d+2k，d=a+2g，s=2h2，H=h1+h2+h3，λ=2b+2a。

采用上述的关系式可得到一系列等间距且孔型为相同椭圆形的波纹腹板，但在实际设计中，即使不采用上述关系式，也可得到蜂窝梁的波纹腹板，例如孔型不同的波纹腹板，或孔洞所处位置不同的波纹腹板。总的来说，上述关系式是一种为了得到一系列等间距相同孔型波纹腹板的优选方案，并非唯一方案；但通过上述关系式可得到更美观、更有规律的蜂窝梁。

上述实施例在具体实施时：除了上述实施例中所体现的矩形、六边形、椭圆形以外，在波纹腹板H型蜂窝钢梁的实际设计及制造过程中，也可将开孔设计为其他一些形状，例如弧形、菱形、圆形等。同样地，波纹腹板的横截面除了呈规律的梯形波纹状以外，也可采用弧形波纹等。

虽然以上实施例已经参照附图对本发明目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，故在此不一一赘述。

Claims (4)

1.一种波纹腹板H型蜂窝钢梁的制造方法，其特征在于：所述制造方法包括以下步骤：

通过模压设备对平直板进行连续模压使其形成波纹板；

沿设定切割路径对所述波纹板进行切割，使所述波纹板分为若干切割单元，所述切割路径在平面中呈镜像关系；

按照切割单元的波纹横截面对应关系以及孔型对应关系，将对应的切割单元进行焊接形成具有相同孔型且等间距布置的波纹腹板；

将所述波纹腹板焊接在上、下翼缘板之间；

当采用一块波纹板时，所述切割路径包括将该波纹板均分的尺寸切割路径以及成型分割路径，所述成型分割路径包括呈镜像关系的两条切割路径；

当采用两块波纹板时，在两块所述波纹板上分别设置成型分割路径，两块所述波纹腹的上的所述成型分割路径在呈镜像关系。

2.根据权利要求1所述的一种波纹腹板H型蜂窝钢梁的制造方法，其特征在于：波纹腹板H型蜂窝钢梁由波纹腹板以及上、下翼缘板构成，其中所述波纹腹板焊接在所述上、下翼缘板之间，所述波纹腹板上设有若干开孔，若干所述开孔的孔型相同且呈等间距布置，所述波纹腹板的横截面呈规律的波纹状。

3.根据权利要求2所述的一种波纹腹板H型蜂窝钢梁的制造方法，其特征在于：波纹腹板的高厚比不大于，其中/>为波纹腹板的钢材屈服强度。

4.根据权利要求2所述的一种波纹腹板H型蜂窝钢梁的制造方法，其特征在于：若干所述开孔沿波纹状的波纹腹板横截面均匀布置。