CN103485479A - 一种装配式预应力蜂窝形腹板组合梁 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种装配式预应力蜂窝形腹板组合梁，其由两个预应力波纹腹板槽钢组合梁通过螺栓装配而成。预应力波纹腹板槽钢组合梁是由钢筋混凝土翼板、压型钢板、上翼缘、腹板、下翼缘、预应力索、锚具和梁端板组成；预应力波纹槽钢组合梁的断面口型由钢筋混凝土翼板、压型钢板、上、下翼缘和腹板构成；腹板的断面呈均匀或不均匀周期性重复的波形；预应力索穿过腹板和梁端板，经过张拉后由锚具将其固定在梁端板上。本发明的腹板平面布置呈蜂窝状，可以在构件的整体承载力方面获得最优结果，适用于装配式钢结构体系，尤其是大跨度多高层装配式钢结构体系的创新型装配式预应力组合梁，与传统的装配式梁相比，具有自重轻、承载力高和跨度大等优点。

Description

一种装配式预应力蜂窝形腹板组合梁

技术领域

本发明涉及一种装配式预应力蜂窝形腹板组合梁，属于建筑型材技术领域。

背景技术

装配式钢结构体系有效地克服了传统钢结构住宅现场焊接量大、施工速度慢及质量不易控制的缺点，是钢结构住宅体系发展的重要方向。在装配式钢结构体系中，梁和梁的现场拼装是一个需要重点研究的问题。

相比钢梁，组合梁有如下有优势：可利用钢梁上组合楼板混凝土的受压作用，增加梁截面的有效高度，提高钢结构梁的抗弯刚度及承载力，从而节省钢材和降低造价；钢结构组合梁与钢筋混凝土梁板结构相比，可节约模板减少预埋埋件、减轻自重、降低层高、方便施工、缩短工期且便于安装管线；组合梁可以实现高层钢结构体系的全装配式。

在现有的装配式钢结构体系中，传统组合梁通常采用的是两个槽钢组合梁进行拼装，两个槽钢的腹板对接，通过螺栓进行连接，形成装配式H型钢。但是，在这种拼接方式中，剪力是通过螺栓传递给腹板，腹板为平钢板，所需螺栓数和腹板的用钢量很大，抗剪承载力有待提高。由此可见，将传统的型钢构件用在装配式钢结构之中效果不是很理想，不仅影响构件的受力性能，而且需要消耗大量的钢材，产生不必要的浪费。而预应力技术的应用不仅可以节约钢材，而且推进了大跨度、多高层钢结构体系发展。为解决上述问题本发明提出一种装配式预应力蜂窝形腹板组合梁，该组合梁可以显著提高梁承载能力和节约钢材的双重效果，用途更加广泛；同时可以实现大规模的工业化生产，促进全装配式钢结构体系的发展。

发明内容

本发明的目的在于提出一种装配式预应力蜂窝形腹板组合梁，该组合梁成本低廉、受力性能优越且适用于装配式钢结构体系，尤其是大跨度多高层装配式钢结构体系的装配式组合梁。

为实现上述目的本发明采用的技术方案为：一种装配式预应力蜂窝形腹板组合梁，该组合梁是由两个预应力蜂窝形腹板槽钢组合梁腹板对接，并在腹板处采用螺栓在螺栓孔处进行装配连接；预应力波纹腹板槽钢组合梁包括钢筋混凝土板、压型钢板、上翼缘、腹板、下翼缘、预应力索、锚具和梁端板；组合梁的断面口型由钢筋混凝土板、压型钢板、上翼缘，腹板和下翼缘组成；钢筋混凝土翼板、压型钢板、上翼缘三者通过栓钉固定；上翼缘与下翼缘平行，腹板垂直位于上翼缘与下翼缘之间；腹板的断面呈均匀或不均匀周期性重复的波纹，该波纹断面为矩形波纹曲线、梯形波纹曲线、楔形波纹曲线或正弦曲线；腹板上开设有螺栓孔和预应力索孔；上翼缘和下翼缘为钢板，腹板整体位于上翼缘和下翼缘之间，腹板的波纹曲线沿长度方向的最外侧与上翼缘和下翼缘沿长度方向的一条边线齐平相连；梁端板为钢板，垂直于上翼缘、腹板和下翼缘，位于预应力波纹腹板槽钢梁的两端，梁端板与上翼缘、腹板和下翼缘焊接相连；梁端板上留有预应力索孔；预应力索穿过腹板和梁端板上预留的预应力索孔，经张拉后由锚具将其固定在预应力波纹腹板槽钢梁两端的梁端板上。

压型钢板位于上翼缘上方，横向钢筋焊接于压型钢板上部，钢筋混凝土翼板位于压型钢板上方，其中压型钢板、钢筋混凝土板中沿长度方向的一条边线与腹板的波纹曲线沿长度方向最外侧的边线齐平；矩形波纹曲线为圆弧角矩形波纹曲线，梯形波纹曲线为圆弧角梯形波纹曲线，楔形波纹曲线为圆弧角楔形波纹曲线；梯形波纹曲线、圆弧角梯形波纹曲线的梯形斜线段的倾角为20°—90°，所述楔形波纹曲线、圆弧角楔形波纹曲线的楔形斜线段的倾角为20°—90°；腹板与上翼缘和下翼缘之间分别为单面角焊缝；腹板的波纹密度和高度可根据受力要求改变；圆弧角梯形波纹曲线、圆弧角矩形波纹曲线和圆弧角楔形波纹曲线采用数控折弯技术制成，正弦曲线采用数控辊压技术制成；预应力索为预应力索，或者为预应力筋，穿过腹板和梁端板上预留的预应力索孔的预应力索是一根或者多根；预应力索的线形是凹口向上的，线形可根据受力要求改变。

相比传统装配式钢结构体系中的装配式组合梁，本发明有以下几个优点：

1、本发明的组合梁采用了两个预应力索对称布置，有效地提高了装配式组合梁的承载能力，保证了受力的合理性，预应力技术的引用，可以在保证装配式组合梁承载能力的前提下，有效地减轻装配式组合梁的自重，增加梁的跨度，使本发明更适用于大跨度和多高层装配式钢结构体系之中。

2、组合梁腹板呈现波纹曲线型，可以有效的利用波纹钢板优良的平面外刚度、抗屈曲承载能力和较高的疲劳强度，与槽钢拼装成的平钢板相比，在厚度相同的情况下抗剪承载力和抗面外变形能力都有显著提高。

3、组合梁腹板是两个波纹腹板装配其相当于双波纹腹板，可以有效地提高构件的稳定性和承载能力尤其是抗扭承载力，腹板的平面布置呈蜂窝状，可以在构件的整体承载力方面获得最优结果。

因此，采用本发明的装配式预应力蜂窝形腹板组合梁可以同时发挥以上三种技术优势，与其他同类产品相比其力学性能有显著提高；预应力技术的引用可以大幅度的削减用钢量，增加装配式钢梁的跨度，有效地促进大跨度和多高层装配式钢结构体系在我国的发展。同时，本发明提出的装配式预应力蜂窝形腹板组合梁中，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，使其更趋于合理化和科学化。预应力技术的引用可以提高组合梁的承载能力、减轻组合梁自重、增加梁的跨度。因此，本发明具有高承载力和高刚度等优良的受力性能，是一种十分理想的组合梁形式。本发明采用全自动焊接技术和专业定位工装夹具，能确保腹板和翼缘之间的准确定位、焊缝轨迹一致，容易实现标准化，可以实现多规模生产、有效提高生产效率。

附图说明

图1为装配式预应力蜂窝形腹板组合梁的结构示意图；

图2为装配式预应力蜂窝形腹板组合梁的结构单元分解图；

图3为装配式预应力蜂窝形腹板组合梁梯形断面腹板的结构示意图；

图4为预应力蜂窝形腹板钢梁的结构示意图；

图5为预应力蜂窝形腹板钢梁的单元分解图；

图6为预应力波纹腹板槽钢梁的示意图；

图7为预应力波纹腹板槽钢梁的单元分解图；

图8为腹板断面的矩形波纹曲线示意图；

图9为腹板断面的梯形波纹曲线示意图；

图10为腹板断面的楔形波纹曲线示意图；

图11为腹板断面的圆弧角矩形波纹曲线示意图；

图12为腹板断面的圆弧角梯形波纹曲线示意图；

图13为腹板断面的圆弧角楔形波纹曲线示意图；

图14为腹板断面的正弦曲线波纹曲线示意图；

图15为预应力波纹腹板槽钢梁的平面示意图；

图16为装配式预应力蜂窝形腹板钢梁的平面示意图。

图中：1、预应力波纹腹板槽钢组合梁2、上翼缘3、腹板4、下翼缘5、螺栓孔6、螺栓7、预应力索8、预应力索孔9、锚具10、梁端板11、压型钢板12、钢筋混凝土翼板13、栓钉14-横向钢筋。

具体实施方式

以下将结合附图和实例对本发明作进一步说明。

如图1所示为装配式预应力蜂窝形腹板组合梁的结构示意图，图2为装配式预应力蜂窝形腹板组合梁的结构单元分解图，本发明提出的装配式预应力蜂窝形腹板组合梁是由两个预应力波纹腹板槽钢组合梁1通过螺栓6装配而成，两个预应力波纹腹板槽钢组合梁1腹板对接，在腹板处通过采用螺栓6在螺栓孔5处进行装配连接。

如图3所示为装配式预应力蜂窝形腹板组合梁梯形断面腹板的结构示意图，图4为预应力蜂窝形腹板钢梁的结构示意图，图5为预应力蜂窝形腹板钢梁的单元分解图，图6为预应力波纹腹板槽钢梁的示意图，图7为预应力波纹腹板槽钢梁的单元分解图，预应力波纹腹板槽钢组合梁1的断面口型包括上翼缘2、腹板3、下翼缘4、预应力索7、锚具9、梁端板10、压型钢板11和钢筋混凝土翼板12；上翼缘2与下翼缘4平行，腹板3垂直位于上翼缘2与下翼缘4之间；腹板3上开设有螺栓孔5和预应力索孔8；压型钢板11位于上翼缘2上方，横向钢筋14焊接于压型钢板11上部；钢筋混凝土翼板12位于压型钢板11上方；钢筋混凝土翼板12、压型钢板11、上翼缘2三者通过栓钉13固定。

如图8所示为腹板断面的矩形波纹曲线示意图，图9为腹板断面的梯形波纹曲线示意图，图10为腹板断面的楔形波纹曲线示意图，图11为腹板断面的圆弧角矩形波纹曲线示意图，图12为腹板断面的圆弧角梯形波纹曲线示意图，图13为腹板断面的圆弧角楔形波纹曲线示意图，图14为腹板断面的正弦曲线波纹曲线示意图，图15为预应力波纹腹板槽钢梁的平面示意图，图16为装配式预应力蜂窝形腹板钢梁的平面示意图，腹板3的断面呈均匀或不均匀周期性重复的波形，该波纹断面为矩形波纹曲线、或为圆弧角矩形波纹曲线、或为梯形波纹曲线、或为圆弧角梯形波纹曲线、或为楔形波纹曲线、或为圆弧角楔形波纹曲线、或为正弦曲线；上翼缘2和下翼缘4为钢板，腹板3整体位于上翼缘2和下翼缘4之间，腹板3的波纹曲线沿长度方向的最外侧与上翼缘2和下翼缘4沿长度方向的一条边线齐平相连，腹板3与上翼缘2和下翼缘4之间分别为单面角焊缝；梁端板10为钢板，垂直于上翼缘2、腹板3和下翼缘4，位于预应力波纹腹板槽钢梁1的两端，梁端板10与上翼缘2、腹板3和下翼缘4焊接相连；梁端板10上留有预应力索孔8；预应力索7，穿过腹板3和梁端板10上预留的预应力索孔8，经张拉后由锚具9将其固定在预应力波纹腹板槽钢梁1两端的梁端板10上；梯形波纹曲线、圆弧角梯形波纹曲线的梯形斜线段的倾角为20°—90°，楔形波纹曲线、圆弧角楔形波纹曲线的楔形斜线段的倾角为20°—90°；腹板3的波纹密度和高度可根据受力要求改变；圆弧角梯形波纹曲线、圆弧角矩形波纹曲线和圆弧角楔形波纹曲线采用数控折弯技术制成，正弦曲线采用数控辊压技术制成；预应力索7为预应力索，或者为预应力筋，穿过腹板3和梁端板10上预留的预应力索孔8的预应力索7是一根或者多根；预应力索7的线形是凹口向上的，线形可根据受力要求改变。

Claims (4)

1.一种装配式预应力蜂窝形腹板组合梁，其特征在于：该预应力波纹腹板槽钢组合梁（1）由上翼缘（2）、腹板（3）、下翼缘（4）、预应力索（7）、锚具（9）和梁端板（10）、钢筋混凝土翼板（12）、压型钢板(11)构成；钢筋混凝土翼板（12）、压型钢板（11）、上翼缘（2）三者通过栓钉（13）固定；上翼缘（2）与下翼缘（4）平行，腹板（3）垂直位于上翼缘（2）与下翼缘（4）之间；装配式预应力蜂窝形腹板组合梁是由两个预应力波纹腹板槽钢组合梁（1）通过螺栓（6）装配而成，两个预应力波纹腹板槽钢组合梁（1）腹板对接，在腹板处通过采用螺栓（6）在螺栓孔（5）处进行装配连接；腹板（3）的断面呈均匀或不均匀周期性重复的波纹，该波纹断面为矩形波纹曲线、梯形波纹曲线、楔形波纹曲线或正弦曲线；腹板（3）上开设有螺栓孔（5）和预应力索孔（8）；上翼缘（2）和下翼缘（4）为钢板，腹板（3）整体位于上翼缘（2）和下翼缘（4）之间，腹板（3）的波纹曲线沿长度方向的最外侧与上翼缘（2）和下翼缘（4）沿长度方向的一条边线齐平相连；梁端板（10）为钢板，垂直于上翼缘（2）、腹板（3）和下翼缘（4），位于预应力波纹腹板槽钢梁（1）的两端，梁端板（10）与上翼缘（2）、腹板（3）和下翼缘（4）焊接相连；梁端板（10）上留有预应力索孔（8）；预应力索（7），穿过腹板（3）和梁端板（10）上预留的预应力索孔（8），经张拉后由锚具（9）将其固定在预应力波纹腹板槽钢梁（1）两端的梁端板（10）上；压型钢板（11）位于上翼缘（2）上方，横向钢筋（14）焊接于压型钢板（11）上部，钢筋混凝土翼板（12）位于压型钢板（11）上方，其中压型钢板（11）、钢筋混凝土板（12）中沿长度方向的一条边线与腹板的波纹曲线沿长度方向最外侧的边线齐平。

2.根据权利要求1所述的一种装配式预应力蜂窝形腹板组合梁，其特征在于：矩形波纹曲线为圆弧角矩形波纹曲线，所述梯形波纹曲线为圆弧角梯形波纹曲线，楔形波纹曲线为圆弧角楔形波纹曲线；梯形波纹曲线、圆弧角梯形波纹曲线的梯形斜线段的倾角为20°—90°，所述楔形波纹曲线、圆弧角楔形波纹曲线的楔形斜线段的倾角为20°—90°；圆弧角梯形波纹曲线、圆弧角矩形波纹曲线和圆弧角楔形波纹曲线采用数控折弯技术制成，正弦曲线采用数控辊压技术制成。

3.根据权利要求1或2所述的一种装配式预应力蜂窝形腹板组合梁，其特征在于：预应力索（7）为预应力索，或者为预应力筋，穿过腹板（3）和梁端板（10）上预留的预应力索孔（8）的预应力索（7）是一根或者多根；腹板（3）的波纹密度和高度可根据受力要求改变；腹板（3）与上翼缘（2）和下翼缘（4）之间分别为单面角焊缝。

4.根据权利要求1或2或3要求所述的一种装配式预应力蜂窝形腹板组合梁，其特征在于：预应力索（7）的线形是凹口向上的，线形可根据受力要求改变。

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