圆形复孔钢梁及形成方法
【专利摘要】本发明公开了圆形复孔钢梁，它包括上T形型钢、下T形型钢，上、下T形型钢的腹板对应的位置设置有若干个大小相同的半圆开孔，半圆开孔沿T形型钢的长度方向布置，上下两T形型钢的腹板通过对接部位C、D与A、B对接并焊接形成整板，整板的腹板上形成若干个完整的圆形孔，相邻圆形孔的大小相同、间距相等。本发明圆形复孔钢梁既克服了热轧实腹钢梁的缺点，其实腹处惯性矩和空腹处惯性矩都有较大幅度提高，又克服了多边形复孔梁的缺点，钢梁整体刚度提高，圆拱结效应明显，可有效避免应力现象集中发生，钢材利用率可进一步提高。
【专利说明】圆形复孔钢梁及形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种新型钢梁，它是由H型钢或工字钢经加工后，形成受力性能优化的钢梁，它作为重要的工程结构件，广泛应用于各种类型的钢结构及组合结构中。
【背景技术】
[0002]随着工程技术的进步和材料新品种的增加，型钢梁的设计使用技术始终处在不断的更新发展过程中。型钢梁依据其不同的成型方法，可分为热轧实腹梁、加工成型腹空梁等等。其中，腹孔有规律重复排列的称为复孔钢梁，如腹孔形状为六边形应称为“六边形复孔钢梁”或简称“蜂窝形复孔梁”，腹孔形状为八边形应称为“八边形复孔钢梁”等等，目前分类命名方面存在认识误区。现将热轧实腹钢梁及蜂窝形复孔梁的缺点总结如下:一、热轧实腹梁(热轧型钢)的缺点:(1)由于生产设备和工艺的原因，梁高受到一定的限制(目前我国标准及实际生产最大h=1000mm)，由于梁高及跨度限制，使用范围也受到限制(详见表1);
(2)宽翼、等边型钢无法作为钢梁使用或使用存在不合理性；(3)翼缘钢材料由于梁高的限制难以充分发挥作用；(4)腹板中和轴位置钢材料分布存在一定的赘余性；二、蜂窝形复孔梁的缺点:(I) 一定型号及梁高条件下，腹板开孔率受到限制，钢材利用率低(详见附表1)；
[2]腹板多边形开孔，转角处存在应力集中缺陷(见附图6中所示3、4、5、6等点)；(3)腹板开孔部位存在梁桥，受压时局部稳定性差(见附图6所示4-5)。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的问题是提供圆形复`孔钢梁及形成方法，通过该形成方法得到的圆形复孔钢梁既克服了热轧实腹钢梁的缺点，其实腹处惯性矩和空腹处惯性矩都有较大幅度提高，又克服了多边形复孔梁的缺点，钢梁整体刚度提高，圆拱结效应明显，可有效避免应力现象集中发生，钢材利用率可进一步提高。
[0004]本发明圆形复孔钢梁，它包括上T形型钢、下T形型钢，上、下T形型钢的腹板对应的位置设置有若干个大小相同的半圆开孔，半圆开孔沿T形型钢的长度方向布置，上下两T形型钢的腹板通过对接部位C、D与A、B对接并焊接形成整板，整板的腹板上形成若干个完整的圆形孔，相邻圆形孔的大小相同、间距相等。
[0005]其中，圆形复孔钢梁的腹孔高度hQ=2R，梁高H=2R+2ht，桥墩宽度W=0.25hQ或0.(其中:R为圆孔的半径，ht= {h- R [2-cos (a/2)]}/2，h为热轧H型钢梁高)。
[0006]本发明圆形复孔钢梁的形成方法，其具体步骤是:1、进行圆形复孔钢梁有关数据的设计，2、确定线切割型钢的参数并按一定的轨迹切割热轧型钢的腹板，3、将切开形成的上下板重新对接，并将两者焊接在一起，便得到本发明的圆形复孔钢梁。
[0007]本发明圆形复孔钢梁的优点是:
一、相对于实腹钢梁(型钢):1、主要技术指标有较大幅度提高，详见表1:其中，圆形复孔钢梁实腹处惯性矩:
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 为热轧H型钢轧制圆角)；
圆形复孔钢梁空腹处惯性矩:IQ=Is-l/12*tl*hQ3H (表列圆形复孔钢梁W按0.5hQ和
0.25h0两种方案设计)；
2、设计可选用型号规格范围得到极大的拓展，进一步扩大了钢梁的应用范围，按照热轧H型钢现行标准GB/T11263-2010统计，并以此为基准加工衍生复孔钢梁，圆形复孔钢梁梁高可达1500mm，详见表2 ;
3、突破了宽翼、等边型钢无法作为钢梁使用或使用存在不合理性的限制，同时也突破了热轧型钢翼缘宽度的限制，(目前热轧型钢钢梁翼缘的最大宽度为300mm)使圆形复孔钢梁的翼缘宽度可选范围拓宽至宽翼型钢的宽度(B-400)。
【权利要求】
1.圆形复孔钢梁，其特征是:它包括上T形型钢(11)、下T形型钢(22)，上、下T形型钢的腹板对应的位置设置有若干个大小相同的半圆开孔，半圆开孔沿T形型钢的长度方向布置，上下两T形型钢的腹板通过对接部位C、D与A、B对接并焊接形成整板，整板的腹板上形成若干个完整的圆形孔，相邻圆形孔的大小相同、间距相等。
2.根据权利要求1所述的圆形复孔钢梁，其特征是:圆形复孔钢梁的腹孔高度hfZR，梁高H=2R+2ht，桥墩宽度W=0.25hQ或0.5hQ (其中:R为圆孔的半径，ht= {h_ R [2-cos(a/2)]} /2，h为热轧H型钢梁高)。
3.权利要求1或2所述的圆形复孔钢梁的形成方法，其具体步骤是:1、进行圆形复孔钢梁有关数据的设计，2、确定线切割型钢的参数并按一定的轨迹切割热轧型钢的腹板，3、将切开形成的上下板重新对接，并将两者焊接在一起，便得到本发明的圆形复孔钢梁。
4.根据权利要求3所述的圆形复孔钢梁的形成方法，其特征是:步骤I中梁高H的的具体过程是:先按最优扩张比H/h=l.5，初步确定梁高H，然后按腹孔处受压区T型截面腹板自由边满足受压稳定性要求原则进行具体计算和验算，在1.3-1.6的扩张比范围内确定实际采用的梁高H (扩张比=H/h中，H为本发明的梁高、h为原热轧H型钢梁高)。
5.根据权利要求3所述的圆形复孔钢梁的形成方法，其特征是:步骤I中圆形复孔钢梁的腹孔高度hfl.05h (h为原材料型钢高度);桥墩宽度W设计值按0.25h0和0.5h0两种方案确定；ht= {h- R [2-cos (a/2)]}/2，(其中R=0.5hQ，a为Z CO2D夹角，依据桥墩宽度设计值W确定)，圆形复孔钢梁梁高Η=&+2Μ。
6.根据权利要求3所述的圆形复孔钢梁的形成方法，其特征是:步骤2中线切割的轨迹为有规律的弧线，弧线为上下两条，上面一条线为:若干个开口向下的等径半圆，左右两个半圆相邻的端点之间通过一线段连接；下面一条线为:若干个开口向上的等径半圆，左右两个半圆相邻的端点之间通过一线段连接；上下的连接线段正好为开口向上的半圆和开口向下的半圆的弦长；其中，半圆的半径R=h</2，上下圆的圆心O1O2所在的直线平行并对称于H型钢的中和轴(即H型钢梁高的中心线)，平行线间距=L2=Rcos (a/2);圆心沿钢梁长度方向间距O1O2= R+Rsin (a/2)(式中a为Z CO2D夹角，依据桥墩宽度设计值W确定，W为线段⑶的长度。
【文档编号】E04C3/08GK103696534SQ201310665788
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月11日 优先权日:2013年12月11日
【发明者】范国利, 李庆中 申请人:范国利