CN116464211A - 一种穿透焊接式承托板、一种小空腔金属空腔板及其组合结构 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种穿透焊接式承托板、一种小空腔金属空腔板及其组合结构，解决现有小空腔金属空腔板空腔内连接件与面板或底板焊接难、连接件可设计性差等问题，提供一种采用空心管状承托脚的小空腔金属板，其技术方案要点为包括面板和多个承托脚；面板上具有多个相互间隔的安装孔；承托脚为中空管状，所述多个承托脚固定在面板的一侧，且每个承托脚的一端与面板固定，每个承托脚与一个安装孔相匹配，承托脚的内腔与安装孔联通。通过面板开孔伸入空心管内焊接，解决了小空腔金属板空腔内焊接难的问题，同时管状承托脚可调节参数多，能够满足与不同板厚面板刚度之间的合理匹配。

Description

一种穿透焊接式承托板、一种小空腔金属空腔板及其组合 结构

技术领域

本申请涉及空腔板结构领域，尤其是一种小空腔金属空腔板及其组合结构。

背景技术

用于结构的板件与梁、柱不同，其不但要承受长宽方向的荷载，更要以平面或曲面承受随时、随处的荷载，且承受荷载有着较大的随机性。传统结构中，单层金属板或钢板作为结构件由于刚度差、疲劳问题突出，往往需要进行强化。金属空腔板即是一种强化手段，其由外层的金属面板和中部的连接件构成的一种结构，同时可在空腔内填充填充材料形成组合结构。

双钢板混凝土组合结构是近年来兴起的一种金属空腔板组合结构，由外包钢板、连接件以及内填混凝土组成，构件截面中间为混凝土，内外两侧均为钢板。外侧钢板主要承受拉力，且能够抗渗、抗裂；内部混凝土主要承受压力，防止钢板失稳，弥补传统钢筋混凝土结构受拉侧混凝土易开裂，导致钢筋锈蚀，耐久性降低的缺点。该结构具有优越的力学性能，承载力高、密闭性好、防撞抗爆等优点，在核电站安全壳、桥梁结构、超高层建筑剪力墙结构、海洋结构、地下结构等领域被广泛应用。

钢板与混凝土之间的连接件，增加钢板与混凝土之间的界面连接，保证钢板混凝土共同工作，是保障双钢板混凝土组合结构各部件共同受力、协调变形的前提。

现有技术中，根据连接件与钢板的连接方式的不同，分为单连接和双连接。单连接中连接件只与一侧的钢板连接，双层钢板可以分别加工，方便施工，其缺点是连接件无法约束双侧钢板所有方向的相对移动，在施工阶段和使用阶段易发生相对移动，不能形成有效连接。双连接的连接件同时连接并约束两侧的钢板，其整体性能优于单连接，但由于双层钢板之间的空间距离的限制，双连接的难点是要在小空腔内部进行焊接等操作，双连接的加工难度大，制造成本高昂。

其次，双钢板的疲劳开裂主要发生在连接件与钢板的连接或焊接部位，常见连接件如栓钉、对穿螺栓等，由于连接件承受剪力为主，栓钉粗短且刚度大，而外侧钢板较薄，在抗剪时极容易在栓钉和薄钢板连接界面之间形成缺陷或裂缝，因而外侧钢板上焊接栓钉或粗短的连接件是较为敏感的一种构造，设计规范对钢板厚度和栓钉的直径和长度的进行严格限制，此类双钢板的可设计性较差。

发明内容

本申请的发明目的是为了解决现有小空腔金属空腔板空腔内连接件与面板或底板焊接难、连接件可设计性差等问题，提供一种采用空心管状承托脚的小空腔金属板，通过面板开孔伸入空心管内焊接，解决了小空腔金属板空腔内焊接难的问题，同时管状承托脚可调节参数多，能够满足与不同板厚面板刚度之间的合理匹配。

为了实现上述发明目的，本申请采用了以下技术方案：

本申请第一方面提供了一种穿透焊接式承托板，包括面板和多个承托脚；所述面板上具有多个相互间隔的安装孔；所述承托脚为中空管状，所述多个承托脚固定在面板的一侧，且每个承托脚的一端与面板固定连接，每个承托脚与一个安装孔相匹配，承托脚的内腔与安装孔联通。

作为优选，所述承托脚与面板通过摩擦焊固定。摩擦焊高稳定性和低能耗，成品率极高，热影响区小，焊接疲劳问题不突出，是广泛应用于航空航天恶劣环境、动载或过载的抗疲劳连接方式。尤其适用于多脚承托板的生产线专项高效生产。

作为优选，所述面板一边或相邻两边边缘具有向承托脚一侧方向翻折的折板。不管多脚承托板应用于桥面、楼面、剪力墙或钢平台等各种场合，由于加工平台的尺寸限制、运输限制等，通常涉及多块标准尺寸的承托板的拼接。在面板边缘设置折板，能够实现相邻两块承托板搭接焊接，其中一边或相邻两边均设置，可以进行一个方向，或纵横双向拼接。

作为优选，所述多个承托脚为规则排列，相邻承托脚的排列方式为等腰三角形或矩形。相邻承托脚三角形或矩形排列，形成双向或多向的金属空腔板构造，能够不具方向性的应对任何方向来的剪力或其他力。同时由于承托脚可调间距和可调壁厚，即可实现调节刚度，达到与面板的刚度匹配，提高抗疲劳性能。

作为优选，所述安装孔边缘的面板板厚增厚。安装孔边缘壁厚增加，相当于增加了安装孔内壁与承托脚外侧壁之间的接触面积，既有利于提高摩擦焊的连接强度，进一步增大了承托脚与面板之间的抗剪性能，同时也利于承托脚的安装，由于承托脚数量众多，能够显著提高安装效率。

作为优选，所述安装孔边缘具有朝一侧向外延伸的翻口，所述承托脚与翻口套接。在孔边缘设置翻口，在承托脚安装到面板时，翻口的设置更利于安装孔和承托脚同轴定位。同时，由于翻口为环形，也为管状，与承托脚相互嵌套，不仅提高连接强度，同时抗屈曲抗剪及稳定性也有所提高。由于面板开孔会局部弱化面板，翻口为原有钢板的母材，利用了其开孔需要去除的材料，强化了开孔边缘，提高面板刚度。

作为优选，所述承托脚为圆管状或椎管状。尤其是锥形管状的承托脚，锐角处除了管体的抗剪能力外，形成天然的机械嵌固，当空腔内浇筑混凝土后，混凝土在锐角内不易滑移。同时面板一端小的椎形管，锐角形成小直径，减少面板开孔面积，减少对面板的截面弱化。钝角使管体的直径变大，增加了焊道长度，提高了抗剪能力。天然形成抗拔力。

作为优选，所述面板为阶梯状板。阶梯状面板适用一些特殊场合，如桥梁悬臂段等。

作为优选，所述面板为曲面板。曲面板适用于一些异形构件上，如船体、机翼、潜艇耐压壳等，一侧或双侧外层金属板为曲面板的小空腔金属板有很好的应用价值和空间。

本申请第二方面提供了一种小空腔金属空腔板，包括上述穿透焊接式承托板和底板，所述面板和底板之间具有空腔；所述承托脚位于面板和底板之间的空腔内，承托脚远离面板的一端与底板固定连接。

作为优选，所述承托脚与底板通过焊接连接，且焊缝位于承托脚的内壁与底板贴合处。该多脚承托板与底板贴合，无需精配或契合尺寸，从面板的孔内伸入，将多脚承托板的末端和底板连接，见孔就焊，即无需对每一个孔进行定位和测量，作业效率高，连接稳定，可视可检，解决了空腔双钢板内焊接的难点问题。

本申请第三方面提供了一种小空腔金属空腔板组合结构，包括上述的小空腔金属空腔板，在面板和底板之间的空腔内灌注有填充体。穿透焊接式小空腔金属板，金属板构造能够形成多向传力的结构体系，但是它是由腹杆，即连接件的点阵形成桁架梁，多个桁架梁单元形成多向板，在加入了填充体混凝土后，即形成了多向填充抗剪材料的组合结构，更进一步的提升了板的材料性能和结构性能的发挥。

作为优选，所述小空腔金属空腔板组合结构用于桥面结构，所述填充体为混凝土，所述面板上间隔开设排气排浆孔。排气排浆孔在混凝土浇筑时能够有效防止混凝土和面板之间产生空隙。

与现有技术相比，上述技术方案具有如下有益效果：

1、解决小空腔金属空腔板内腔焊接的难题，本申请的多脚承托板的面板开设用于穿透焊接的安装孔，同时结合空心管状的承托脚，即抗剪连接件，只要将整张多脚承托板定位固定后，即无需对每一个孔进行定位和测量，通过安装孔伸入空心管的内腔可以进行施焊，无需精配或契合尺寸，就将多脚承托板的末端和底板连接，具有方便、间接、效率高、见孔就焊，连接稳定，可视可检，解决了空腔双钢板内焊接的难点问题。尤其适用于空腔高度小于450mm，手和工具难以进入的情况。

2、同时，由于本申请承托脚为空心管状，相对于栓钉、螺栓等杆件，具有更高的抗剪、抗屈曲性能。在实心栓钉类的连接件中，直径决定一切，既决定了抗剪能力，又决定了自身刚度，不具备可调节空间，本申请管状的承托脚与实心的栓钉不同，具备管体直径和壁厚两个参数来调整承托脚的抗剪能力和自身刚度，具有更丰裕的调节空间，使之满足不同板厚与承托脚刚度之间的合理匹配，由于承托脚为薄壁管状，连接处与钢板的刚度差异小，同时由于其直径较栓钉或螺栓等连接件大，具有更强的稳定性和抗剪性能。

3、本申请小空腔金属板通过多个承托脚的有规律的排列，容易形成多向板构造，形成了多个方向组合的以面板为上弦，以承托脚为刚性腹杆，以底板为下弦的空腹式桁架构造，形成了多个方向的空腹式桁架所组合的双向钢板，传力路径发散，进一步通过调整承托脚的间距、壁厚及布局走向，能够形成更佳的传力路径，可设计性更强。

附图说明

图1本申请实施例1小空腔金属空腔板的立体结构示意图；

图2为本申请实施例1中穿透焊接式承托板局部剖切的立体结构示意图；

图3为本申请实施例1中小空腔金属空腔板的截面图，其中安装孔边缘面板增厚；

图4为图5的局部放大图；

图5为本申请实施例1中小空腔金属空腔板的局部截面图，其中安装孔具有翻口；

图6为本申请实施例1中承托脚为矩形排列方式的示意图；

图7为本申请实施例1中承托脚为三角形排列方式的示意图；

图8为本申请实施例2的一种小空腔金属空腔板的平面示意图，其中面板和底板为曲面板；

图9为本申请实施例3中一种组合桥面结构的立体示意图；

图10为本申请实施例3一种组合桥面结构的平面示意图。

附图标记：1—面板、11—安装孔、12—翻口、13—折板、14—排气排浆孔2—承托脚、3—底板、4—填充体。

具体实施方式

下面结合附图对本申请做进一步描述。需要说明的是，在本申请的描述中，术语“横向”，“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

实施例1：

如图1所示，实施例1为一种小空腔金属空腔板结构，包括平板状的底板3，和多块穿透焊接式承托板，多块穿透焊接式承托板相互拼接，置于底板3上方或一侧。

如图2所示为穿透焊接式承托板局部剖切的立体结构示意图，穿透焊接式承托板包括面板1和多个承托脚2。面板1上具有多个相互间隔的安装孔11，多个承托脚2固定在面板1的一侧，且每个承托脚2的一端与面板1固定，每个承托脚2与一个安装孔11相匹配。

如图3所示的小空腔金属板的截面图和图4的局部放大图所示，承托脚2为具有内腔的空心管状结构，优选为圆形管状或椎形管状，管状的承托脚2的中轴线与面板1所在平面相互垂直，承托脚11的内腔与面板1安装孔11相联通。

高度较小的空腔金属板，由于内部空腔狭小，人手和工具难以进入空腔施焊，本申请的穿透焊接式承托板在面板1上开设用于穿透焊接的安装孔11，同时结合承托脚2的空心管状设计，且安装孔11与管状承托脚2的内部空腔联通，当穿透焊接式承托板与底板3或其他结构进行连接时，可以伸入空心管的内腔可以进行施焊，解决了小空腔内部焊接的难题。

传统栓钉、螺栓等实心杆状连接件，是较为敏感的一种构造，在实心栓钉中，栓钉直径决定一切，直径一个参数既决定了栓钉作为连接件的抗剪能力，又决定其自身刚度，因而可设计性差。因为栓钉粗短刚度大，而面板厚度较薄，两者刚度差异大，在抗剪时极容易在栓钉和薄面板连接界面之间形成缺陷或裂缝，同时，由于栓钉刚度过大，长期服役下会在面板形成“凸起”，类似“瘦马效应”，所以设计规范对面板厚度和栓钉的直径和长度的限制也在于此。本申请管状承托脚2与实心的栓钉不同，具备管径和管壁厚两个参数来调整承托脚的自身刚度，有效解决了面板板厚与连接件刚度难以匹配的矛盾，由于管径大，具有更强的稳定性和抗剪性能，连接件的数量也可以大大减少。

如图2所示，面板1一边或相邻两边边缘具有向承托脚2一侧相同方向翻折的折板13。由于受生产线加工的尺寸限制、运输限制、现场作业的限制等，不管承托板应用于桥面、楼面、剪力墙或钢平台等各种场合，通常涉及多块标准尺寸的承托板的拼接来形成大尺寸空腔板。在面板1边缘设置折板13，能够实现相邻两块承托板之间搭接焊接，其中一边或相邻两边均设置折板13，可以进行一个方向，或纵横双向拼接。

如图4-6所示，面板1的安装孔11边缘的面板板厚增厚或安装孔边缘外翻形成翻口12，安装孔11边缘镦厚或设置翻口12，能够增加安装孔11内壁与承托脚3外侧壁之间的接触面积，即焊缝截面，提高承托脚2与面板1的焊接强度。由于翻口12为环形，也为管状，与承托脚2相互嵌套，翻口12的设置更利于安装孔11和承托脚2同轴定位，不仅提高连接强度，抗屈曲抗剪及稳定性也有所提高。进一步，由于面板1开孔会局部弱化面板1，翻口12或安装孔11边缘板厚镦厚，能够强化开孔边缘，提高面板刚度。

承托脚2数量众多，承托脚2与面板1通过摩擦焊固定。摩擦焊具有很高的稳定性和较低的能耗，本申请的多脚承托板为生产线专项制作的产品，非常适合于摩擦焊的使用条件。摩擦焊除了上述优点之外，成品率极高，热影响区小，焊接疲劳问题不突出，是广泛应用于航空航天恶劣环境、动载或过载的抗疲劳连接方式。

如图6、7所示，为承托脚2在面板1上的平面布局方式，多个承托脚2为规则排列，相邻承托脚2的排列方式采用等腰三角形或矩形布局，能够形成双向或多向的金属空腔板构造，能够不具方向性的应对任何方向来的剪力或其他力。通过多个承托脚2有规律的排列，形成了多个方向组合的以面板1为上弦，以承托脚2为刚性腹杆，以底板3为下弦的空腹式桁架构造，形成了多个方向的空腹式桁架所组合的双向钢板，传力路径发散，进一步通过调整承托脚2的间距、壁厚及布局走向，能够形成更佳的传力路径，可设计性更强。

实施例2：

实施例2所示的一种小空腔金属空腔板结构与实施例1的区别在于面板1或底板3可采用除平板外的其他形状的板，如图8所示的小空腔金属空腔板中，面板1或底板3为较缓的曲面板，在一些异形构件上，如船体、机翼、潜艇耐压壳等，外层金属板采用单侧为曲面板，或两侧均为曲面板的小空腔金属板都有很好的应用价值和空间。

除了曲面板，小空腔金属空腔板中，也可采用阶梯状的板作为面板1或底板3，如应用于箱梁的悬臂段等。

实施例3：

实施例3提供了一种采用实施例1的小空腔金属空腔板制成的组合桥面结构。如图10所示，在面板1和底板3之间的空腔内灌注有填充体4，在桥面结构中填充体4为混凝土，在面板1上开设间隔距离的排气排浆孔14，能够消除灌注混凝土时，在空腔内部产生空隙。

通过在空腔内灌注填充体后，即形成了多向填充抗剪材料的组合结构，更进一步的提升了板的材料性能和结构性能的发挥。还可以用于剪力墙，耐压壳体等。

以上所述是本申请的优选实施方式，对于本领域的普通技术人员来说不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为本申请的保护范围。

Claims (13)

1.一种穿透焊接式承托板，其特征在于：包括面板(1)和多个承托脚(2)；所述面板(1)上具有多个相互间隔的安装孔(11)；所述承托脚(2)为中空管状，所述多个承托脚(2)固定在面板(1)的一侧，且每个承托脚(2)的一端与面板(1)固定连接，每个承托脚(2)与一个安装孔(11)相匹配，承托脚(11)的内腔与安装孔(11)联通。

2.根据权利要求1所述的穿透焊接式承托板，其特征在于：所述承托脚(2)与面板(1)通过摩擦焊固定。

3.根据权利要求1所述的穿透焊接式承托板，其特征在于：所述面板(1)一边或相邻两边边缘具有向承托脚(2)一侧方向翻折的折板(13)。

4.根据权利要求1所述的穿透焊接式承托板，其特征在于：所述多个承托脚(2)为规则排列，相邻承托脚(2)的排列方式为等腰三角形或矩形。

5.根据权利要求1所述的穿透焊接式承托板，其特征在于：所述安装孔(11)边缘的面板板厚增厚。

6.根据权利要求1所述的穿透焊接式承托板，其特征在于：所述安装孔(11)边缘具有朝一侧向外延伸的翻口(12)，所述承托脚(2)与翻口(12)套接。

7.根据权利要求1所述的穿透焊接式承托板，其特征在于：所述承托脚(2)为圆管状或椎管状。

8.根据权利要求1所述的穿透焊接式承托板，其特征在于：所述面板(1)为阶梯状板。

9.根据权利要求1所述的穿透焊接式承托板，其特征在于：所述面板(1)为曲面板。

10.一种小空腔金属空腔板，包括权利要求1-9任一项所述的穿透焊接式承托板和底板(3)，其特征在于：所述面板(1)和底板(3)之间具有空腔；所述承托脚(2)位于面板(1)和底板(3)之间的空腔内，承托脚(2)远离面板(1)的一端与底板(3)固定连接。

11.根据权利要求10所述的小空腔金属空腔板，其特征在于：所述承托脚(2)与底板(3)通过焊接连接，且焊缝位于承托脚(2)的内壁与底板(3)贴合处。

12.一种小空腔金属空腔板组合结构，包括权利要求10-11任一项的小空腔金属空腔板，其特征在于：在面板(1)和底板(3)之间的空腔内灌注有填充体(4)。

13.根据权利要求12所述的小空腔金属空腔板组合结构，其特征在于：所述小空腔金属空腔板组合结构用于桥面结构，所述填充体(4)为混凝土，所述面板(1)上间隔开设排气排浆孔(14)。