圓形復(fù)孔鋼梁及形成方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了圓形復(fù)孔鋼梁，它包括上T形型鋼、下T形型鋼，上、下T形型鋼的腹板對應(yīng)的位置設(shè)置有若干個大小相同的半圓開孔，半圓開孔沿T形型鋼的長度方向布置，上下兩T形型鋼的腹板通過對接部位C、D與A、B對接并焊接形成整板，整板的腹板上形成若干個完整的圓形孔，相鄰圓形孔的大小相同、間距相等。本發(fā)明圓形復(fù)孔鋼梁既克服了熱軋實腹鋼梁的缺點，其實腹處慣性矩和空腹處慣性矩都有較大幅度提高，又克服了多邊形復(fù)孔梁的缺點，鋼梁整體剛度提高，圓拱結(jié)效應(yīng)明顯，可有效避免應(yīng)力現(xiàn)象集中發(fā)生，鋼材利用率可進一步提高。
【專利說明】圓形復(fù)孔鋼梁及形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型鋼梁，它是由H型鋼或工字鋼經(jīng)加工后，形成受力性能優(yōu)化的鋼梁，它作為重要的工程結(jié)構(gòu)件，廣泛應(yīng)用于各種類型的鋼結(jié)構(gòu)及組合結(jié)構(gòu)中。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工程技術(shù)的進步和材料新品種的增加，型鋼梁的設(shè)計使用技術(shù)始終處在不斷的更新發(fā)展過程中。型鋼梁依據(jù)其不同的成型方法，可分為熱軋實腹梁、加工成型腹空梁等等。其中，腹孔有規(guī)律重復(fù)排列的稱為復(fù)孔鋼梁，如腹孔形狀為六邊形應(yīng)稱為“六邊形復(fù)孔鋼梁”或簡稱“蜂窩形復(fù)孔梁”，腹孔形狀為八邊形應(yīng)稱為“八邊形復(fù)孔鋼梁”等等，目前分類命名方面存在認(rèn)識誤區(qū)。現(xiàn)將熱軋實腹鋼梁及蜂窩形復(fù)孔梁的缺點總結(jié)如下:一、熱軋實腹梁(熱軋型鋼)的缺點:(1)由于生產(chǎn)設(shè)備和工藝的原因，梁高受到一定的限制(目前我國標(biāo)準(zhǔn)及實際生產(chǎn)最大h=1000mm)，由于梁高及跨度限制，使用范圍也受到限制(詳見表1);
(2)寬翼、等邊型鋼無法作為鋼梁使用或使用存在不合理性；(3)翼緣鋼材料由于梁高的限制難以充分發(fā)揮作用；(4)腹板中和軸位置鋼材料分布存在一定的贅余性；二、蜂窩形復(fù)孔梁的缺點:(I) 一定型號及梁高條件下，腹板開孔率受到限制，鋼材利用率低(詳見附表1)；
[2]腹板多邊形開孔，轉(zhuǎn)角處存在應(yīng)力集中缺陷(見附圖6中所示3、4、5、6等點)；(3)腹板開孔部位存在梁橋，受壓時局部穩(wěn)定性差(見附圖6所示4-5)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的問題是提供圓形復(fù)`孔鋼梁及形成方法，通過該形成方法得到的圓形復(fù)孔鋼梁既克服了熱軋實腹鋼梁的缺點，其實腹處慣性矩和空腹處慣性矩都有較大幅度提高，又克服了多邊形復(fù)孔梁的缺點，鋼梁整體剛度提高，圓拱結(jié)效應(yīng)明顯，可有效避免應(yīng)力現(xiàn)象集中發(fā)生，鋼材利用率可進一步提高。
[0004]本發(fā)明圓形復(fù)孔鋼梁，它包括上T形型鋼、下T形型鋼，上、下T形型鋼的腹板對應(yīng)的位置設(shè)置有若干個大小相同的半圓開孔，半圓開孔沿T形型鋼的長度方向布置，上下兩T形型鋼的腹板通過對接部位C、D與A、B對接并焊接形成整板，整板的腹板上形成若干個完整的圓形孔，相鄰圓形孔的大小相同、間距相等。
[0005]其中，圓形復(fù)孔鋼梁的腹孔高度hQ=2R，梁高H=2R+2ht，橋墩寬度W=0.25hQ或0.(其中:R為圓孔的半徑，ht= {h- R [2-cos (a/2)]}/2，h為熱軋H型鋼梁高)。
[0006]本發(fā)明圓形復(fù)孔鋼梁的形成方法，其具體步驟是:1、進行圓形復(fù)孔鋼梁有關(guān)數(shù)據(jù)的設(shè)計，2、確定線切割型鋼的參數(shù)并按一定的軌跡切割熱軋型鋼的腹板，3、將切開形成的上下板重新對接，并將兩者焊接在一起，便得到本發(fā)明的圓形復(fù)孔鋼梁。
[0007]本發(fā)明圓形復(fù)孔鋼梁的優(yōu)點是:
一、相對于實腹鋼梁(型鋼):1、主要技術(shù)指標(biāo)有較大幅度提高，詳見表1:其中，圓形復(fù)孔鋼梁實腹處慣性矩:
Is=1/12*B*H3-1/12*(B-tl)*(H_2t2)3+4*0.215*r2*((H_2t2)/2-0.223*r)2 (式中 r 為熱軋H型鋼軋制圓角)；
圓形復(fù)孔鋼梁空腹處慣性矩:IQ=Is-l/12*tl*hQ3H (表列圓形復(fù)孔鋼梁W按0.5hQ和
0.25h0兩種方案設(shè)計)；
2、設(shè)計可選用型號規(guī)格范圍得到極大的拓展，進一步擴大了鋼梁的應(yīng)用范圍，按照熱軋H型鋼現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T11263-2010統(tǒng)計，并以此為基準(zhǔn)加工衍生復(fù)孔鋼梁，圓形復(fù)孔鋼梁梁高可達(dá)1500mm，詳見表2 ;
3、突破了寬翼、等邊型鋼無法作為鋼梁使用或使用存在不合理性的限制，同時也突破了熱軋型鋼翼緣寬度的限制，(目前熱軋型鋼鋼梁翼緣的最大寬度為300mm)使圓形復(fù)孔鋼梁的翼緣寬度可選范圍拓寬至寬翼型鋼的寬度(B-400)。
【權(quán)利要求】
1.圓形復(fù)孔鋼梁，其特征是:它包括上T形型鋼(11)、下T形型鋼(22)，上、下T形型鋼的腹板對應(yīng)的位置設(shè)置有若干個大小相同的半圓開孔，半圓開孔沿T形型鋼的長度方向布置，上下兩T形型鋼的腹板通過對接部位C、D與A、B對接并焊接形成整板，整板的腹板上形成若干個完整的圓形孔，相鄰圓形孔的大小相同、間距相等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓形復(fù)孔鋼梁，其特征是:圓形復(fù)孔鋼梁的腹孔高度hfZR，梁高H=2R+2ht，橋墩寬度W=0.25hQ或0.5hQ (其中:R為圓孔的半徑，ht= {h_ R [2-cos(a/2)]} /2，h為熱軋H型鋼梁高)。
3.權(quán)利要求1或2所述的圓形復(fù)孔鋼梁的形成方法，其具體步驟是:1、進行圓形復(fù)孔鋼梁有關(guān)數(shù)據(jù)的設(shè)計，2、確定線切割型鋼的參數(shù)并按一定的軌跡切割熱軋型鋼的腹板，3、將切開形成的上下板重新對接，并將兩者焊接在一起，便得到本發(fā)明的圓形復(fù)孔鋼梁。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圓形復(fù)孔鋼梁的形成方法，其特征是:步驟I中梁高H的的具體過程是:先按最優(yōu)擴張比H/h=l.5，初步確定梁高H，然后按腹孔處受壓區(qū)T型截面腹板自由邊滿足受壓穩(wěn)定性要求原則進行具體計算和驗算，在1.3-1.6的擴張比范圍內(nèi)確定實際采用的梁高H (擴張比=H/h中，H為本發(fā)明的梁高、h為原熱軋H型鋼梁高)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圓形復(fù)孔鋼梁的形成方法，其特征是:步驟I中圓形復(fù)孔鋼梁的腹孔高度hfl.05h (h為原材料型鋼高度);橋墩寬度W設(shè)計值按0.25h0和0.5h0兩種方案確定；ht= {h- R [2-cos (a/2)]}/2，(其中R=0.5hQ，a為Z CO2D夾角，依據(jù)橋墩寬度設(shè)計值W確定)，圓形復(fù)孔鋼梁梁高Η=&+2Μ。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圓形復(fù)孔鋼梁的形成方法，其特征是:步驟2中線切割的軌跡為有規(guī)律的弧線，弧線為上下兩條，上面一條線為:若干個開口向下的等徑半圓，左右兩個半圓相鄰的端點之間通過一線段連接；下面一條線為:若干個開口向上的等徑半圓，左右兩個半圓相鄰的端點之間通過一線段連接；上下的連接線段正好為開口向上的半圓和開口向下的半圓的弦長；其中，半圓的半徑R=h</2，上下圓的圓心O1O2所在的直線平行并對稱于H型鋼的中和軸(即H型鋼梁高的中心線)，平行線間距=L2=Rcos (a/2);圓心沿鋼梁長度方向間距O1O2= R+Rsin (a/2)(式中a為Z CO2D夾角，依據(jù)橋墩寬度設(shè)計值W確定，W為線段⑶的長度。
【文檔編號】E04C3/08GK103696534SQ201310665788
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】范國利, 李慶中 申請人:范國利