波纹腹板H型钢组合梁.pdf

本发明属于建筑型材技术领域，具体涉及一种波纹腹板H型钢组合梁。其断面口型由波纹腹板和上、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。本发明可以取代传统的热轧工字钢和H型钢组合梁，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。

1.  一种波纹腹板H型钢组合梁，由上翼缘(1)、腹板(2)、下翼缘(3)、钢筋混凝土翼板(4)和压型钢板(5)连接构成，其特征在于上翼缘(1)与下翼缘(3)平行，腹板(2)垂直于上翼缘(1)与下翼缘(3)之间，腹板(2)的断面呈梯形或正弦曲线波纹，梯形波纹倾斜段的倾角为30--90°，钢筋混凝土翼板(4)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(4)、压型钢板(5)、上翼缘(1)三者通过栓钉(6)固定，横向钢筋(7)焊接于压型钢板(5)上部。

2.  根据权利要求1所述的波纹腹板H型组合梁，其特征在于所述腹板(2)和上翼缘(1)、下翼缘(3)之间连接方式分别为单面角焊缝。

3.  根据权利要求1所述的波纹腹板H型组合梁，其特征在于所述腹板(2)波纹形状采用数控折弯技术或数控辊压技术制成。

波纹腹板H型钢组合梁
技术领域
本发明属于建筑用型材技术领域，具体涉及一种波纹腹板H型钢组合梁。
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。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)。
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，所以用钢量过大。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。
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。
研究和探讨用波纹腹板H型钢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。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成本低廉、性能优越、使用寿命长的波纹腹板H型钢组合梁。
本发明提出的波纹腹板H型钢组合梁，由上翼缘1、腹板2、下翼缘3、钢筋混凝土翼板4和压型钢板5连接构成，其结构如图1-图3所示。其中，上翼缘1与下翼缘3平行，腹板2垂直位于上翼缘1与下翼缘3之间，腹板2的断面呈梯形波纹或正弦曲线波纹，梯形波纹倾斜段的倾角为30--90°，其结构如图4所示，钢筋混凝土翼板4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4、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4、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4之间的连接件。
本发明中，所述腹板2和上翼缘1、下翼缘3之间分别为单面角焊缝。
本发明中，压型钢板5的断面呈梯形结构。
本发明中，腹板2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波纹密度和高度可根据受力要求改变。
本发明通过改变热轧H型钢和焊接H型钢腹板形状，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发明产品。
本发明中，所述钢筋混凝土翼板4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4的永久模板，钢梁上翼缘1、压型钢板5和钢筋混凝土翼板4之间通过栓钉6连接。
本发明的制备工艺如下：若采用梯形波纹，可以采用数控折弯技术，将带钢沿长度方向折成梯形波纹腹板，倾斜段的倾角可以从30度到90度，并与两翼板采用角焊缝焊接成H型截面；若采用正弦曲线波纹断面，可以采用数控正弦辊压成型设备将带钢沿长度方向辊压成正弦曲线波纹腹板，然后焊接成H型断面。
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，本发明具有高承载能力、高刚度、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。同时本发明采用全自动焊接技术和专业定位工装夹具，能确保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。本发明采用数控折弯技术和数控辊压成型设备加工腹板，可以实现产品大型化，同时其生产效率与工业生产焊接效率相匹配，可以实现规模化工业生产。
本发明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，所以具有较高的经济优势。本发明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。
本发明在以下几个方面有实质性的区别和优势特点：
1)生产时可以将腹板2和上翼缘1、下翼缘3之间采用单面角焊缝，这样就减少一半焊接量，并减小了焊接残余应力和残余变形，同时降低造价。
2)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，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。
3)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。
4)波纹腹板2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。
5)本发明采用波纹腹板2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。
本发明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为本发明采用梯形断面腹板的结构三维图示。
图2为本发明采用正弦曲线断面腹板的结构三维图示。
图3为本发明的横剖面图示。
图4为本发明的纵剖面图示。
图5为梯形波纹腹板的断面示意图。
图6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为腹板，3为下翼缘，4为钢筋混凝土翼板，5为压型钢板，6为栓钉，7为横向钢筋。
具体实施方式
下面通过实施例结构附图进一步说明本发明。
实施例1：波纹腹板H型钢组合梁的其断面口型由中部腹板2和上翼缘1、下翼缘3连体构成，上翼缘1与下翼缘3平行，腹板2垂直于上翼缘1与下翼缘3，腹板2为断面形状为梯形的波纹钢板，其倾斜段的倾角为58°。钢筋混凝土翼板4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4、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4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3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，波长175毫米，转角处过渡圆弧半径20毫米。