本发明涉及建筑施工技术领域，具体涉及一种折板弯扭牛腿及其制作方法。
背景技术：
传统的弯扭牛腿深化放样和加工很困难，牛腿的单块板件主要采用双曲板加工法或三角拼版加工法。双曲板法为了达到双曲的效果，单块板件需要多次滚压校正，加工周期长；另一方面，双曲板法加工的单块板件经焊接组装成牛腿，牛腿因焊缝而产生的残余变形容易导致牛腿外形产生较大变化。三角拼版法需将多块小板焊接形成牛腿，牛腿存在大量的连接焊缝，一方面，大大增加牛腿的生产加工周期，且大量的焊缝会使板件的缺陷增多，影响结构的安全性。
技术实现要素：
为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种折板弯扭牛腿及其制作方法，以解决采用传统的双曲板加工法或三角拼版加工法加工弯扭牛腿存在加工周期长且影响构件的的结构安全性的问题。
为实现上述目的，提供一种折板弯扭牛腿，包括：
上翼缘折板、下翼缘折板和连接于所述上翼缘折板和所述下翼缘折板的两侧之间的腹折板，所述上翼缘折板、所述下翼缘折板和所述腹折板均为四边形，所述上翼缘折板、所述下翼缘折板和所述腹折板分别沿自身的一对角线折弯形成抗弯脊背。
进一步的，还包括贴合于所述抗弯脊背的抗弯贴板，所述抗弯贴板沿所述抗弯脊背的长度方向设置。
进一步的，所述抗弯贴板的第一侧为凸面，所述抗弯贴板的第二侧为平面，所述抗弯贴板的凸面向外侧延伸形成有角部，所述角部的角度与所述抗弯脊背的内侧的角度相适配，所述角部贴合于所述抗弯脊背的内侧。
进一步的，还包括加劲结构，所述加劲结构连接于所述上翼缘折板、所述下翼缘折板和所述腹折板之间。
进一步的，所述加劲结构包括位于两块所述腹折板之间的第一加劲板，所述第一加劲板连接于所述上翼缘折板和所述下翼缘折板之间，所述第一加劲板分别与两块所述腹折板之间连接有第二加劲板，所述第一加劲板经过所述上翼缘折板、所述下翼缘折板抗弯脊背且与所述上翼缘折板、所述下翼缘折板的抗弯脊背呈角度设置，所述第二加劲板经过所述腹折板的抗弯脊背且与所述腹折板的抗弯脊背呈角度设置。
进一步的，所述加劲结构包括第三加劲板，所述第三加劲板连接于所述上翼缘折板、所述下翼缘折板和所述腹折板之间，所述第三加劲板经过所述上翼缘折板、所述下翼缘折板和所述腹折板的抗弯脊背且与所述上翼缘折板、所述下翼缘折板和所述腹折板的抗弯脊背呈角度设置。
本发明提供一种折板弯扭牛腿的制作方法，包括以下步骤：
建立折板弯扭牛腿的模型，分别确定所述折板弯扭牛腿的角部的三维坐标；
根据所述折板弯扭牛腿的设计尺寸放样号料获得四边形的上翼缘、下翼缘和腹板；
根据所述折板弯扭牛腿的角部的三维坐标，确定所述上翼缘、所述下翼缘和所述腹板的折弯量和折弯角度；
根据所述折弯量和所述折弯角度，分别沿获得的所述上翼缘、所述下翼缘和所述腹板的一对角线折弯形成抗弯脊背并获得成型的上翼缘折板、下翼缘折板和腹折板；
将所述上翼缘折板、所述下翼缘折板和所述腹折板组装形成折板弯扭牛腿。
进一步的，在所述将所述上翼缘折板、所述下翼缘折板和所述腹折板组装形成所述折板弯扭牛腿的步骤之前，还包括步骤：提供抗弯贴板，将所述抗弯贴板贴合于所述抗弯脊背，使得所述抗弯贴板沿所述抗弯脊背的长度方向设置。
进一步的，在所述将所述上翼缘折板、所述下翼缘折板和所述腹折板组装形成所述折板弯扭牛腿的步骤之后，还包括步骤：提供加劲结构，将所述加劲结构连接于所述上翼缘折板、所述下翼缘折板和所述腹折板之间。
进一步的，所述腹折板的数量为两块，所述加劲结构包括第一加劲板和第二加劲板，所述将所述加劲结构安装于组装形成折板弯扭牛腿的步骤包括：
将所述第一加劲板连接于所述上翼缘折板和所述下翼缘折板之间且位于两块所述腹折板之间，使得所述第一加劲板经过所述上翼缘折板和所述下翼缘折板的抗弯脊背，且与所述上翼缘折板和所述下翼缘折板的抗弯脊背呈角度设置；
分别于所述第一加劲板与两块所述腹折板之间连接所述第二加劲板，使得所述第二加劲板经过所述腹折板的抗弯脊背，且与所述腹折板的抗弯脊背呈角度设置。
本发明的有益效果在于，本发明折板弯扭牛腿的折板加工法与传统的曲板法的受力性能很接近，但折板仅需折弯一次，且不需要焊缝，大大简化加工工程、提高加工速度。同时，折板对残余变形不敏感，有利于保持牛腿形状不发生变化，可提高结构安全性。
附图说明
图1为本发明折板弯扭牛腿的示意图。
图2为本发明折板弯扭牛腿的抗弯贴板的安装示意图。
图3为本发明折板弯扭牛腿的抗弯贴板的剖面图。
图4为本发明折板弯扭牛腿的模型示意图。
图5为本发明折板弯扭牛腿的腹板折弯示意图。
图6为本发明折板弯扭牛腿的第一加劲板和第二加劲板的结构示意图。
图7为本发明折板弯扭牛腿的第三加劲板的结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
图1为本发明折板弯扭牛腿的示意图、图2为本发明折板弯扭牛腿的抗弯贴板的安装示意图、图3为本发明折板弯扭牛腿的抗弯贴板的剖面图、图4为本发明折板弯扭牛腿的模型示意图、图5为本发明折板弯扭牛腿的腹板折弯示意图、图6为本发明折板弯扭牛腿的第一加劲板和第二加劲板的结构示意图、图7为本发明折板弯扭牛腿的第三加劲板的结构示意图。
第一实施例
参照图1至图6所示，本发明提供了一种折板弯扭牛腿，安装于钢柱6，折板弯扭牛腿为变截面牛腿。折板弯扭牛腿包括：上翼缘折板1、下翼缘折板2和连接于上翼缘折板1和下翼缘折板2的两侧之间的腹折板3。上翼缘折板1、下翼缘折板2和腹折板3均为四边形。上翼缘折板1、下翼缘折板2和腹折板3分别沿自身的一对角线折弯形成抗弯脊背71。
本发明的折板弯扭牛腿采用折板法加工而成，本发明的折板弯扭牛腿的上翼缘折板、下翼缘折板和腹折板在折板加工中仅需折弯一次且不需要焊缝，大大简化加工工程、提高加工速度。此外，上翼缘折板、下翼缘折板和腹折板对残余变形不敏感，有利于保持本发明的折板弯扭牛腿的外观形状不发生变化，可提高结构安全性。
在本实施例中，选取折板弯扭牛腿的上翼缘折板1、下翼缘折板2和腹折板3的板件交界处的四条直线作为研究对象，分析折板弯扭牛腿在0.4fya轴压力作用下该路径的mises应力分布，结果显示本发明的折板弯扭牛腿与传统的双曲板加工法的牛腿应力差别较小，除了个别点之外，本发明的折板弯扭牛腿的应力差值和双曲板加工法的牛腿差别在5％以内。从牛腿位移分析结果显示：最大位移全部发生在应力路径的结束端，折板弯扭牛腿的位移比双曲板加工法的牛腿的增大了4.3％，差别较小。
折板弯扭牛腿的上翼缘折板1、下翼缘折板2和腹折板3采用基于mise屈服准则的理想弹塑性材料。在本实施例中，上翼缘折板1、下翼缘折板2和腹折板3采用厚度为100mm的q420gjc钢材，材料屈服强度的标准值取为420mpa。
在本实施例中，上翼缘折板1、下翼缘折板2和腹折板3的抗弯脊背71分别贴合有抗弯贴板4。抗弯贴板沿抗弯脊背的长度方向设置。抗弯贴板4的第一侧为凸面，抗弯贴板4的第二侧为平面。抗弯贴板4的凸面向外侧延伸形成有角部。角部贴合于抗弯脊背的内侧。角部的角度与抗弯脊背71的内侧的角度相适配。
作为一种较佳的实施方式，抗弯贴板4采用q345b钢材，材料屈服强度的标准值为345mpa。抗弯贴板4的厚度为20mm～40mm，宽度为300mm。抗弯贴板4的焊接形式(角焊缝k＝20mm)。
作为一种较佳的实施方式，抗弯贴板4的厚度为20mm。通过有限元分析软件建立折板弯扭牛的模型，根据节点在压力作用下的有限元分析牛腿位移的结果显示：贴合有20mm厚度的抗弯贴的折板弯扭牛腿位移比双曲板加工法的牛腿的减小了6.6％，结果表明贴合有20mm厚度的抗弯贴板的折板弯扭牛腿的刚度得到了较大的提高。
作为一种较佳的实施方式，本发明的折板弯扭牛腿还包括加劲结构。加劲结构连接于上翼缘折板1、下翼缘折板2和腹折板3之间。加劲结构经过抗弯脊背且与抗弯脊背呈角度设置。
在本实施例中，腹折板3的数量为两块。腹折板连接于上翼缘折板1和下翼缘折板2的两侧之间。加劲结构包括第一加劲板51和第二加劲板52。第一加劲板51位于两块腹折板3之间。第一加劲板51连接于上翼缘折板1和下翼缘折板2的内侧之间。第一加劲板51的第一侧和第二侧分别与两块腹折板3之间连接有第二加劲板52。第一加劲板经过上翼缘折板、下翼缘折板的抗弯脊背且与上翼缘折板、下翼缘折板的抗弯脊背呈角度设置，第二加劲板经过腹折板的抗弯脊背且与腹折板的抗弯脊背呈角度设置。
第一加劲板51和两块第二加劲板52呈十字形。进一步的，第一加劲板51和两块第二加劲板52是一体成型。
本发明提供了一种折板弯扭牛腿的制作方法，包括以下步骤：
s1：建立折板弯扭牛腿的模型，分别确定折板弯扭牛腿的角部的顶点(a、b、c、d、e、f、g、h)的三维坐标。
如图4所示，利用有限元分析软件建立折板弯扭牛腿的模型并分别确定折板弯扭牛腿的角部的顶点(a、b、c、d、e、f、g、h)的三维坐标。
s2：根据折板弯扭牛腿的设计尺寸放样号料获得四边形的上翼缘、下翼缘和腹板3’。
根据折板弯扭牛腿的设计尺寸放样号料获得上翼缘、下翼缘和腹板3’。获得的上翼缘、下翼缘和腹板3’均为板面平整的四边形钢板。
s3：根据折板弯扭牛腿的角部的三维坐标，确定上翼缘、下翼缘和腹板3’的折弯量和折弯角度。
根据折板弯扭牛腿的角部的顶点(a、b、c、d、e、f、g、h)的三维坐标，确定上翼缘、下翼缘和腹板3’的折弯量和折弯角度。
结合图4和图5所示，以腹板3’的折弯加工为例进行说明。
根据建立的折板弯扭牛腿的模型，获取折板弯扭牛腿的角部的顶点(c、d、g、h)的三维坐标。
腹板3’的四个角部的顶点(d、c’、g、h)。腹板3’将沿对角线dg折弯形成腹折板3，腹板3’的角部的顶点c’的三维坐标通过腹板3’的角部的顶点(d、g、h)可以计算得到。对于一块板面平整的腹板3’，当腹板3’的四个角部的顶点(d、c’、g、h)的三维坐标、腹板3’折弯的位置以及折弯后的腹板3’的角部的顶点c的三维坐标确定情况下，即可确定腹板3’的折弯量和折弯角度，以确保腹板3’沿对角线dg折弯形成腹折板3。
上翼缘、下翼缘与腹板3’的折弯也是同理，故在此不再赘述。
s4：根据折弯量和折弯角度，分别沿获得的上翼缘、下翼缘和腹板3’的一对角线折弯形成有抗弯脊背71并获得成型的上翼缘折板1、下翼缘折板2和腹折板3。
s41根据步骤s3中获得的上翼缘、下翼缘、腹板3’的折弯量和折弯角度，分别沿步骤s2中获得的上翼缘、下翼缘和腹板3’的一对角线折弯形成有抗弯脊背71并获得成型的上翼缘折板1、下翼缘折板2和腹折板3。
在对上翼缘、下翼缘和腹板3’进行沿对角线折弯的操作中，可采用在上翼缘、下翼缘和腹板3’的角部两侧焊接连接辅助板以便于上翼缘、下翼缘和腹板3’折弯。当完成折弯后，可以割除辅助板。
s42提供抗弯贴板4，将抗弯贴板4贴合于上翼缘折板1、下翼缘折板2和腹折板3的抗弯脊背71，使得抗弯贴板4沿抗弯脊背71的长度方向设置。
抗弯贴板4的加工流程：
s421抗弯贴板4的下料。
依据折板弯扭牛腿的模型中的零件尺寸对抗弯贴板贴板进行下料。下料后，制备抗弯贴板贴面，制备方法可选用火焰切割或端铣的方式进行，同时，制作一个相应的检验靠模，来检验制备的抗弯贴板的贴面是否合格，贴面拐角处，留有一定的圆弧过渡，防止抗弯贴板的尖角阻碍贴板与抗弯脊背的内侧的贴紧。
s422将抗弯贴板4铆装在相贴的抗弯脊背的内侧，铆装完成后，检查抗弯贴板是否与抗弯脊背的内侧贴紧。
s423将抗弯贴板焊接在抗弯脊背的内侧，注意，焊接时需要进行焊前预热，抗弯贴板采用圆周角焊缝，焊角k＝20mm。
注意事项：由于q420gjc材料的特殊性，焊接过程严格按照焊接工艺进行预热、保温，并控制层间温度，若焊接过程中中断，继续焊接时按要求进行预热。
s5：将上翼缘折板1、下翼缘折板2和腹折板3组装形成折板弯扭牛腿。
s51将贴合有抗弯贴板的上翼缘折板1、下翼缘折板2和腹折板3经过胎架组装，以满足折板弯扭牛腿的外轮廓。
一些实施例中，在步骤s51之后，还包括：s52提供加劲结构，将加劲结构安装于组装形成的折板弯扭牛腿，使得加劲结构连接于上翼缘折板1、下翼缘折板2和腹折板3之间。如图6所示，腹折板3的数量为两块，加劲结构包括第一加劲板51和第二加劲板52。
具体的，步骤s52包括：
s521将第一加劲板51设置于两块腹折板3之间，再将第一加劲板51的两端焊接连接于上翼缘折板1和下翼缘折板2，使得第一加劲板经过上翼缘折板、下翼缘折板的抗弯脊背、且第一加劲板与上翼缘折板、下翼缘折板的抗弯脊背呈角度设置。
s522分别于第一加劲板51的第一侧和第二侧与两块腹折板3之间焊接连接第二加劲板52，使得第二加劲板经过腹折板的抗弯脊背、且第二加劲板与腹折板的抗弯脊背呈角度设置。
将安装有加劲结构的折板弯扭牛腿装配于钢管柱6。钢管柱6内采用c80自密实混凝土浇筑，施工方法为高抛法。
第二实施例
图7为本发明折板弯扭牛腿的第三加劲板的结构示意图。
本实施例与第一实施例的区别在于：加劲结构的具体结构，其它无区别则在此不再赘述。
具体的，本实施例中，加劲结构包括第三加劲板53。第三加劲板53连接于上翼缘折板1、下翼缘折板2和腹折板3之间。第三加劲板53斜向设置于上翼缘折板1和下翼缘折板2之间。第三加劲板经过上翼缘折板、下翼缘折板和腹折板的抗弯脊背，且第三加劲板与上翼缘折板、下翼缘折板和腹折板的抗弯脊背呈角度设置。
第三加劲板53上形成有贯孔。
在将上翼缘折板1、下翼缘折板2和腹折板3组装形成折板弯扭牛腿后，件第三加劲板连接于上翼缘折板1、下翼缘折板2和腹折板3之间。最后将安装有第三加劲板的折板弯扭牛腿装配于钢管柱6。钢管柱6内采用c80自密实混凝土浇筑，施工方法为高抛法。
需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为保护范围。