一种翻口式管壳体金属小空腔多向板及其组合结构的制作方法

本申请涉及金属空腔板结构领域，尤其涉及一种金属小空腔多向板及其组合结构。

背景技术：

1、金属空腔板是由双层金属板和在金属板之间的夹层内设置的连接件构成的一种结构，同时可在夹层内填充混凝土等填充材料形成组合结构。双钢板结构即为一种典型的金属空腔板，双钢板由外部两侧钢板和连接件组成，内部夹芯填充混凝土可形成双钢板混凝土组合结构。

2、双钢板混凝土组合结构具有如下特点：其外部钢板主要承受拉力，并对内部混凝土有一定的约束作用，且能够抗渗、抗裂；内部混凝土主要承受压力，并对钢板起到很强的约束作用，防止钢板失稳，弥补了传统钢筋混凝土结构受拉侧混凝土易开裂，导致钢筋锈蚀，耐久性降低的缺点；钢板与混凝土之间的连接件，增加钢板与混凝土之间的连接，提升结构的整体性，在钢板和混凝土之间形成可靠连接，保证两者实现共同工作。因其质量轻，构造简洁，力学性能优，且可模块化施工，有效节约设计和建造成本，此类结构作为结构板在桥梁、超高层建筑、核电站安全壳、海洋平台等得到广泛应用，甚至机翼、潜艇耐压壳等恶劣受力环境均可运用该构造。

3、现有的双钢板的破坏形式主要取决于连接件与外侧面板的厚度之比，即两者的刚度差异。连接件太粗，则面板容易破坏，反之则容易发生焊接破坏。同时，在组合结构中，如果连接件和外侧面板的刚度均大，则容易发生混凝土破坏。综上，在双钢板或金属空腔板的研究中，如何构造连接件的形式，既能达到连接件与面板的刚度匹配，又能保证连接件与面板焊接或连接位置的连接强度，保证其抗疲劳性能，是提高双钢板性能的关键。

技术实现思路

1、本申请的实用新型目的是为了解决了现有空腔板连接件可设计性差，难以调节自身刚度而造成空腔板破坏等问题，提供一种翻口式管壳体金属小空腔多向板，采用端部带有翻口的管壳体连接件，该连接件可调参数多，能够实现自身刚度调节，同时翻口的设置大幅增加连接件与面板底板的焊接强度。

2、为了实现上述实用新型目的，本申请采用了以下技术方案：

3、本申请第一方面提供了一种翻口式管壳体金属小空腔多向板，包括面板和底板，所述面板和底板之间具有中空夹层，还包括若干个管壳体，所述管壳体位于面板与底板之间的中空夹层内，所述管壳体为管状，管壳体的中轴线与面板或底板垂直，所述管壳体的两端设置翻口，所述两端的翻口分别与面板及底板焊接连接。

4、作为优选，所述多个管壳体平面布局为等腰三角形或矩形布局，相邻管壳体之间的空间内能容纳的最大圆直径为d，管壳体外径为d，d＜2d。在本申请的金属小空腔多向板中，管壳体与面板和底板形成刚性连接构造，管壳体外径d/面板或底板厚度t为管内距厚比，最大外切圆直径d/面底板厚度t为管间距厚比，管内距厚与管间距厚比的差异表征了小空腔多向板的刚度均衡性特征，本申请通过合理控制管壳体之间的最大外切圆直径d与管壳体外径d的关系，规避了管间距过大造成小空腔板强度低，或过小而造成材料浪费，从而形成均衡有规律的管间布局。采用管壳体的合理布局方式的同时，进一步优化相邻管壳体之间的合理间距，能够形成均衡、有规律、材料性能充分发挥的空腔板构造。

5、作为优选，所述管壳体的壁厚为t，翻口末端到管壳体侧壁中心线的距离为l，l＞1.3t。合适的翻口宽度能够提高焊接强度，减少焊接初始缺陷。

6、作为优选，所述管壳体的中段为圆形管或正多边形空心管。虽然管壳体具有较薄壁厚下的较高承载能力，但管壳体对缺陷较为敏感，形成分叉屈曲下，缺陷引发的突然屈曲，将管壳体中段设置为正多边形管，两端仍为圆形管，一方面形成了面和角的管壁形状，对初始缺陷不敏感，另外通过轧制每一个转角形成了抵抗屈曲的棱角，进一步提高了承载能力，同时通过轧制使得金属冷作抗力提高。

7、作为优选，所述翻口为双侧翻口，即翻口从管壳体的端部朝垂直于侧壁方向沿径向向内和向外双向延伸。双侧翻口不仅能增加端部与面板或底板的连接强度，同时能提高管壳体整体的稳定性。

8、作为优选，所述翻口为内翻口，即翻口朝向管壳体中心方向延伸。

9、作为优选，所述翻口与面板或底板通过熔焊焊接。采用普通熔焊时，焊接需要沿外壁进行，将管壳体端部内弯，内弯翻口与面板的夹角区域形成剖口，同时使焊缝向内侧偏移，使得最终的焊缝相对于侧壁的中心线更加对称，即通过单面的焊接，达到了内外双面焊的效果。而且焊缝仍为外焊缝，在焊接时便于检查、修复。

10、作为优选，所述翻口为外翻口，即翻口由管壳体中心沿径向向外延伸。

11、作为优选，所述管壳体两端的翻口分别与面板、底板通过摩擦焊同步焊接连接。向外的外翻口更适合采用摩擦焊焊接，通过摩擦焊可以实现两端同时同步焊接，还提高焊接效率，提高了产品的质量和稳定性。其次，摩擦焊相对于传统熔焊，属于固态焊接，焊接时杂质气孔被打碎挤出，焊缝的初始缺陷是疲劳开裂的主要因素之一，采用摩擦焊，其焊接强度高，抗疲劳性能更佳。

12、本申请另一方面提供了一种翻口式管壳体金属小空腔多向板组合结构，包括上述的一种翻口式管壳体金属小空腔多向板，所述面板与底板之间的空腔内灌注有填充体。组合结构中外侧面板和底板抗拉，填充体承压、管壳体抗剪性能好，该结构充分发挥了各构件、各种材料的性能。

13、作为优选，所述的管壳体的侧壁开有多个锚固孔，所述锚固孔边缘形成环形翻边，所述锚固孔的直径大于混凝土最大骨料直径的3倍。在填充混凝土后，在管壳体侧壁形成混凝土榫，形成锚固作用，提高混凝土与管壳体之间的连接牢固度。

14、与现有技术相比，上述技术方案具有如下有益效果：

15、1、本申请实施例提供了一种小空腔多向板，采用中空的薄壁管壳体作为双连接件，薄壁管壳体通过调整管壁厚、管径等参数，能够实现面板及底板与管壳体之间的刚度匹配。同时，相对于横隔梁、支座等应力较大或集中的变化区域，可以轻易的通过调整管壳体壁厚、间距等方式进行强化或机动配置，增加了可设计性空间。

16、2、传统薄壁管与板焊接的焊接通过管的端面与面板焊接，形成管壁厚度方向与板的“t”形焊接，由于管壁厚度尺寸有限，焊缝截面面积有局限，焊缝过大会焊穿侧壁，造成焊接缺陷，假如增大管壁，不仅材料的利用率下降，也容易造成管壳体整体刚度过大，在使用时造成面板或底板破坏。本申请实施例通过在管壳体的端部设置翻口，翻口无论是向内侧或外侧延伸，通过翻口与面板或底板贴合并焊接，将传统的薄壁管端与板的t形焊接转变为面面贴合的焊接方式，增加了焊缝的面积，能显著提高焊缝强度，从而提高其抗疲劳能力，同时可采用的焊接方式更多。

17、3、与传统实心连杆作为连接件不同，相同材料的空心管壳体其直径达到更大，抗剪性能更佳，相对于栓钉作为连接件，点阵大，所需的连接件数量少，材料利用率更高。

技术特征：

1.一种翻口式管壳体金属小空腔多向板，包括面板(1)和底板(2)，所述面板(1)和底板(2)之间具有中空夹层，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种翻口式管壳体金属小空腔多向板，其特征在于：所述多个管壳体(3)平面布局为等腰三角形或矩形布局，相邻管壳体(3)之间的空间内能容纳的最大圆直径为d，管壳体(3)外径为d，d＜2d。

3.根据权利要求1所述的一种翻口式管壳体金属小空腔多向板，其特征在于：所述管壳体(3)的壁厚为t，翻口(31)末端到管壳体(3)侧壁中心线的距离为l，l＞1.3t。

4.根据权利要求1所述的一种翻口式管壳体金属小空腔多向板，其特征在于：所述管壳体(3)的中段为圆形管或正多边形空心管。

5.根据权利要求1所述的一种翻口式管壳体金属小空腔多向板，其特征在于：所述翻口(31)为双侧翻口，即翻口(31)从管壳体(3)的端部朝垂直于侧壁方向沿径向向内和向外双向延伸。

6.根据权利要求1所述的一种翻口式管壳体金属小空腔多向板，其特征在于：所述翻口(31)为内翻口，即翻口(31)朝向管壳体(3)中心方向延伸。

7.根据权利要求6所述的一种翻口式管壳体金属小空腔多向板，其特征在于：所述翻口(31)与面板(1)或底板(2)通过熔焊焊接。

8.根据权利要求1所述的一种翻口式管壳体金属小空腔多向板，其特征在于：所述翻口(31)为外翻口，即翻口(31)由管壳体(3)中心沿径向向外延伸。

9.根据权利要求8所述的一种翻口式管壳体金属小空腔多向板，其特征在于：所述管壳体(3)两端的翻口(31)分别与面板(1)、底板(2)通过摩擦焊同步焊接连接。

10.一种翻口式管壳体金属小空腔多向板组合结构，包括权利要求1-9任一项所述的一种翻口式管壳体金属小空腔多向板，其特征在于：所述面板(1)与底板(2)之间的空腔内灌注有填充体(4)。

11.根据权利要求10所述的一种翻口式管壳体金属小空腔多向板组合结构，其特征在于：所述的管壳体(3)的侧壁开有多个锚固孔(32)，所述锚固孔(32)边缘形成环形翻边(33)，所述锚固孔(32)的直径大于混凝土最大骨料直径的3倍。

技术总结
本申请公开了一种翻口式管壳体金属小空腔多向板及其组合结构，解决了现有空腔板连接件可设计性差，难以调节自身刚度而造成空腔板破坏等问题，提供一种翻口式管壳体金属小空腔多向板，其技术要点为包括面板和底板，所述面板和底板之间具有中空夹层，还包括若干个管壳体，所述管壳体位于面板与底板之间的中空夹层内，所述管壳体为管状，管壳体的中轴线与面板或底板垂直，所述管壳体的两端设置翻口，所述两端的翻口分别与面板及底板焊接连接。通过采用端部带有翻口的管壳体连接件，该连接件可调参数多，能够实现自身刚度调节，同时翻口的设置大幅增加连接件与面板底板的焊接强度。

技术研发人员：孙天明,金祥
受保护的技术使用者：浙江中隧桥波形钢腹板有限公司
技术研发日：20230427
技术公布日：2024/1/14