CN201474164U - 组合波纹腹板箱梁 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于建筑型材技术领域，具体涉及一种组合波纹腹板箱梁。其断面口型由两个对称放置的波纹腹板和上、下翼缘连体构成。上翼缘与下翼缘平行，腹板垂直于上翼缘与下翼缘，腹板与翼缘采用单面角焊缝连接，腹板为长度方向周期性重复的梯形波纹或正弦曲线波纹。组合梁上部为钢筋混凝土翼板及压型钢板。上翼缘、钢筋混凝土板和压型钢板之间通过栓钉连接，而钢筋混凝土翼板和压型钢板之间还可以通过附加横向钢筋连接。本实用新型可以取代传统的热轧工字钢、H型钢组合梁和焊接钢箱组合梁，而且比工字钢和H型钢组合梁用途更加广泛，可实现大型化用于特殊领域和特殊地点，包括大跨度工业民用建筑和大跨度桥梁的建造等。

Description

组合波纹腹板箱梁

技术领域

本实用新型属于建筑用型材技术领域，具体涉及一种组合波纹腹板箱梁。

背景技术

目前在同类领域普遍采用的是普通热轧工字钢、热轧H型钢和焊接H型钢组合梁。上述组合梁由下部钢梁和上部钢筋混凝土板通过抗剪连接件组成受力构件，钢梁一般采用热轧工字钢、热轧H型钢和焊接H型钢，这种设计可见于专利——组合梁(ZL 95195718.X)。此外，也有采用平钢板焊接而成钢箱梁，与混凝土板构成平腹板钢箱组合梁。

普通热轧工字钢和H型钢在工厂内通过热轧而成，受加工工艺的限制，其腹板必须是直线板。而焊接H型钢则是将两块翼缘板和一块平面腹板焊接在一起组成H型截面，当热轧型钢规格无法满足要求时，可以采用焊接H型钢。但焊接H型钢多采用两面角焊缝，焊接工作量较大。

普通热轧工字钢和H型钢用钢量大，主要原因在于平面腹板抗屈曲能力较低，所以需要提高腹板厚度。而焊接H型钢也存在同样的问题，所以在设计时需要对腹板的高厚比进行限制，造成其腹板厚度一般也较厚，因此用钢量过大。此外，焊接H型钢在使用时，还要需要采取特殊的技术措施，比如加劲肋或者是利用腹板屈曲后强度等，设计和施工都较为复杂。

焊接钢箱梁采用四块钢板焊接而成，其中两块钢板作为腹板，平行放置，两块翼缘板与腹垂直，且翼缘相互平行，翼缘与腹板通过焊接连接。这种构件在一定程度上优化了构件的性能，尤其是断面呈箱形，对构件的侧向抗变形能力及整体抗扭转能力都有显著提高，但由于其仍然采用平钢板作为腹板，所以腹板用钢量仍然较大。

我国现行钢结构规范(GB50017-2003)对焊接H型钢和焊接钢箱梁的腹板高厚比都有严格规定，当超过一定限值后，需要采用一定方法如焊接加劲肋对腹板进行加强，这样就要增加加工工作量，而焊接工艺还会引起应力集中等不利影响，且很难实现自动化生产。且传统的热轧工字钢和H型钢由于受加工工艺和加工设备的限制，较难实现产品的大型化，当所要求的承载能力和刚度较大时，传统产品很难满足要求。若通过设计、加工焊接H型钢来完成，则较为费工费时，提高造价，并影响建设速度。

研究和探讨用双波纹腹板钢箱梁代替传统型钢作为组合梁中的钢梁，进而应用于多高层建筑领域，实现降低成本、优化性能、延长使用寿命长，是本领域技术人员的研究目标。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种成本低廉、性能优越、使用寿命长的组合波纹腹板箱梁。

本实用新型提出的组合波纹腹板箱梁，由上翼缘1、腹板2、腹板3、下翼缘4、压型钢板5和钢筋混凝土翼板8连接构成，其结构如图1-3所示。其中，上翼缘1与下翼缘4平行，腹板2和腹板3分别垂直位于上翼缘1与下翼缘4之间，腹板2和腹板3的断面均呈均匀或不均匀周期性重复的波形，该波纹断面为圆弧角梯形或正弦曲线，分别见图4、图5，钢筋混凝土翼板8位于压型钢板5上方，压型钢板5位于上翼缘1上方，钢筋混凝土翼板8、压型钢板5、上翼缘1三者通过栓钉6固定，栓钉6可以作为抗剪连接件将钢筋混凝土翼板8、压型钢板5、钢梁上翼缘1连接成整体，横向钢筋7焊接于压型钢板5上部，可作为压型钢板5和钢筋混凝土板8之间的连接件。

本实用新型中，所述圆弧角梯形的梯形斜线段的倾角为30-90°。

本实用新型中，所述腹板2与上翼缘1或下翼缘4之间分别为单面角焊缝。

本实用新型中，所述腹板3与上翼缘1或下翼缘4之间分别为单面角焊缝。

本实用新型中，所述腹板2和腹板3对称放置，呈蜂窝状断面结构。

本实用新型中，所述腹板2和腹板3的波纹形状采用数控折弯技术或数控辊压技术制成。且腹板2和腹板3波纹的密度和高度可根据要求改变。

本实用新型通过改变热轧H型钢、焊接H型钢和焊接钢箱梁的腹板形状，优化了组合梁中钢梁的断面力学性能，通过腹板成形、全自动焊接、防腐、抗火处理等工艺生产本实用新型产品。

本实用新型中，所述钢筋混凝土翼板8为钢筋混凝土材料，构件5为压型钢板，可作为钢筋混凝土翼板8的永久模板，钢梁上翼缘1、压型钢板5和钢筋混凝土翼板8之间通过栓钉6连接。

本实用新型的制备工艺如下：将带钢沿长度方向弯折成为圆弧角的梯形波纹腹板，或通过辊压成为正弦曲线波形腹板，然后与两翼板采用单面角焊缝焊接成箱形截面。这种新型的断面组合最大特点是更大程度上优化了断面力学性能与产品用钢量之间的关系，使之更趋于合理化、科学化。因此，本实用新型具有高承载能力、高刚度、高抗扭能力等优良的受力性能、优良的抗疲劳性能和自重轻相结合的特点，是十分理想的结构用型钢材料。同时本实用新型采用全自动焊接技术和专业定位工装夹具，能确保两腹板和两翼板之间定位准确，焊缝轨迹一致，容易实现标准化。焊缝美观无飞溅，焊接完产品勿需整形。本实用新型采用数控滑移成型技术和辊压技术加工腹板，可以实现产品大型化。同时腹板加工工艺与工业生产焊接效率相匹配，可以实现规模化工业生产。

本实用新型与热轧工字钢、H型钢和焊接H型钢组合梁相比，其侧向刚度和抗扭承载力有显著提高，且用钢量更省。本实用新型与采用热轧工字钢和H型钢的组合梁相比，由于可以以较薄的腹板厚度获得较高的抗屈曲承载力和整体稳定承载力，所以具有较高的经济优势。本实用新型与采用热轧工字钢和H型钢的组合梁相比，在刚度和承载力近似的情况下，钢梁用钢量可以节省40％～60％左右，比焊接H型钢节省30％左右。

本实用新型立足于下面两个事实：

1)采用双腹板组成箱形截面，相对于相同高度和材料的单腹板构件，可以大大提高构件的稳定性和承载力，尤其是抗扭承载力。

2)波纹钢板与平钢板相比，在厚度相同的情况下其抗剪承载力和抗面外变形能力都有显著提高。将其用于建筑结构用钢梁能有在保证抗剪承载力的前提下大量节约钢材。

因此，采用波纹钢板作为腹板组成箱形截面，并将其应用到组合梁中，可以同时发挥上述两种技术优势，其产品较之普通热轧H型钢、工字钢、焊接H型钢、单波纹腹板H型钢组合梁等同类产品，其力学性能有显著提高，且翼板、腹板厚度均可以降低，从而更能大幅度节省钢材用量，这一点符合我国可持续性发展战略的总体目标。

本实用新型在以下几个方面有实质性的优势特点：

1)本实用新型采用特种数控折弯技术和数控辊压成型技术制作波纹钢腹板2和腹板3，可以实现在受力较大部位减小波长，加大波纹密度或增大波高，而在受力较小部位采用较稀疏波纹，实现了沿梁长度方向的优化，从而可以达到提高承载力和节约钢材的双重效果。

2)本实用新型在波纹钢板的制作中采用数控折弯技术和数控辊压技术可以实现构件的大型化，例如可以生产出截面高度达到3米至4米的大型钢梁。

3)波纹腹板2和腹板3的制作采用数控折弯技术和数控辊压技术，因此所产生的残余变形和局部拉伸比冲压或冷弯轧制等成型技术显著降低，因此性能更优，且生产效率较高。

4)本实用新型采用波纹腹板2和3比平腹板具有更高的抗疲劳强度，因此可以应用在某些对构件抗疲劳性能要求更高的特定领域，如大型工业厂房等。

5)本实用新型采用箱形截面，具有更高的抗扭承载力和整体稳定承载力，可以作为主受力构件应用到结构中。

本实用新型可以作为传统工字钢和H型钢组合梁的替代产品，而且比工字钢和H型钢组合梁用途更加广泛，可实现构件的大型化用于特殊领域和特殊地点，包括大跨度工业民用建筑和大跨度桥梁的建造等。

附图说明

图1为本实用新型结构三维图示。

图2为本实用新型的横剖面图示

图3为本实用新型的纵剖面图示。

图4为梯形波纹腹板的断面示意图。

图5为正弦曲线波纹腹板的断面示意图。

图中标号：1为上翼缘，2和3为腹板，4为下翼缘，5为压型钢板，6为栓钉，7为横向钢筋，8为钢筋混凝土翼板。

具体实施方式

下面通过实施例结构附图进一步说明本实用新型。

实施例1：组合波纹腹板箱梁的其断面口型由中部腹板2和腹板3和上翼缘1、下翼缘4连体构成，上翼缘1与下翼缘4平行，腹板2和腹板3垂直于上翼缘1与下翼缘4，腹板2和3为断面形状为梯形。钢筋混凝土翼板8位于压型钢板5上方，压型钢板5位于上翼缘1上方，钢筋混凝土翼板8、压型钢板5、上翼缘1三者通过大头栓钉6固定，横向钢筋7焊接于压型钢板5上部。

为验证本装置性能，制作了试件进行研究。试件中钢材的材料都采用Q235钢，钢筋混凝土翼板8厚度为100毫米，采用C20混凝土，栓钉6采用M19×100，压型钢板5采用YX38-175-700。试件的上翼缘1和下翼缘4厚度为10毫米，宽度为150毫米，腹板2厚度为2毫米，高度500毫米，波纹高度38毫米，其倾斜段的倾角为58°，波长175毫米。

Claims (5)

1.一种组合波纹腹板箱梁，由上翼缘(1)、腹板(2)、腹板(3)、下翼缘(4)、压型钢板(5)和钢筋混凝土翼板(8)连接构成，其结特征在于上翼缘(1)与下翼缘(4)平行，腹板(2)和腹板(3)分别垂直位于上翼缘(1)与下翼缘(4)之间，腹板(2)和腹板(3)的断面均呈均匀或不均匀周期性重复的波形，该波纹断面为圆弧角梯形或正弦曲线，并对称放置；钢筋混凝土翼板(8)位于压型钢板(5)上方，压型钢板(5)位于上翼缘(1)上方，钢筋混凝土翼板(8)、压型钢板(5)、上翼缘(1)三者通过栓钉(6)固定，栓钉(6)作为抗剪连接件将钢筋混凝土翼板(8)、压型钢板(5)、钢梁上翼缘(1)连接成整体，横向钢筋(7)焊接于压型钢板(5)上部，作为压型钢板(5)和钢筋混凝土板(8)之间的连接件。

2.根据权利要求1所述的组合波纹腹板箱梁，其特征在于所述圆弧角梯形的梯形斜线段的倾角为30-90°。

3.根据权利要求1所述的组合波纹腹板箱梁，其特征在于所述腹板(2)与上翼缘(1)或下翼缘(4)之间分别为单面角焊缝。

4.根据权利要求1所述的组合波纹腹板箱梁，其特征在于所述腹板(3)与上翼缘(1)或下翼缘(4)之间分别为单面角焊缝。

5.根据权利要求1所述的组合波纹腹板箱梁，其特征在于所述腹板(2)和腹板(3)对称放置，呈蜂窝状断面结构。

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