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波紋腹板結構在實際工程中的應用

作者:唐鵬 陳明    
時間:2011-12-22 11:17:09 [收藏]

    關鍵詞:波紋腹板 工程應用

     要:波紋腹板H型鋼作為新型的鋼結構構件,構件的設計和施工技術還處于開發(fā)階段。為了更全面掌握波紋腹板的受力性能,上海歐本鋼結構有限公司與同濟大學進行了波紋腹板構件的抗彎承載力試驗、軸心受壓試驗、抗剪試驗、疲勞試驗等。試驗研究表明, 折線形鋼腹板的相鄰板件互為支承, 彎折處很好地起到了加勁肋的作用, 從而使折線形鋼腹板的抗剪屈曲能力較一般的平直腹板有很大的提高。用波紋腹板鋼梁來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的平腹板鋼梁可以使鋼梁腹板的厚度減小, 可以不設或少設間橫向勁肋, 有明顯的經濟效益, 值得進行大規(guī)模推廣。
     
    關鍵詞:波紋腹板 工程應用

    配合了數十組的實驗研究,上海歐本鋼結構有限公司參與了同濟大學主編的《波紋腹板H型鋼結構技術規(guī)程》的編制;按照規(guī)程要求,在自己所承擔工程中進行了項目設計與施工。本文通過實例,介紹波紋腹板鋼結構在工程結構中的應用及應注意的問題。
    波紋腹板構件可廣泛用于一般工業(yè)與民用建筑所采用的鋼構件及其所構成的結構。
    結合實際工程,分別對吊車梁、屋面梁、樓層組合梁進行簡要的分析,并與采用常規(guī)平腹板H型鋼設計進行對比。
    從《波紋腹板鋼結構技術規(guī)程》可以看到,波紋腹板H型鋼構件傳力途徑簡潔明確,在軸力和彎矩作用下,僅翼緣有效,腹板不承受任何軸向作用力;在剪力作用下,僅腹板有效,且剪應力均勻分布。腹板和翼緣分工明確。在彎矩和剪力綜合作用時,可分別驗算抗彎強度和抗剪強度,而不用考慮兩者的相互作用。
    本文所提及的波紋,均為上海歐本鋼結構有限公司與同濟大學聯(lián)合試驗所采用的波紋。為了簡化稱謂,這種腹板H型鋼又被稱為“Z型鋼”。波紋腹板主要參數如下:
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    1.雙向受彎構件(吊車梁)
    設計實例:
    蘇州普杰無紡布二期廠房項目吊車梁,15t吊車梁(吊車跨度21.5m),10m柱距。
    吊車參數:每側四輪,最大輪壓:55.4kN,輪距C1=1200mm,C2=1418mm,吊車最大寬度w=4308mm,小車重1.05t,大車重11t;計算結果對比如下表所示:
    吊車梁斷面為ZH1250 X 350(200) X 3 X 14(8),支座剪力設計值為:V=274.1kN;彎矩設計值:
    Mx=629.48kN-m, My=21.14kN-m;
    a.     截面參數:
    根據規(guī)程,在計算截面慣性矩、抵抗矩等參數的時候均不考慮腹板貢獻,其截面主要參數如下:

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    典型框架如下圖所示.

    設計參數:檐口高度:8.35m,4 X 24m,單屋脊雙坡,柱距11.7m,屋面懸掛荷載:0.15 kN/mm2,恒載:0.20 kN/mm2,活載:0.30 kN/mm2,基本風壓0.50 kN/mm2,地面粗糙度A類,7度設防;
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    所有屋面梁(包括局部夾層梁)均采用波紋腹板H型鋼梁(之型鋼),鋼柱、夾層平臺主梁采用的是傳統(tǒng)的平腹板H型鋼,為計算方便,波紋腹板H型鋼全為等截面。由于現(xiàn)有結構計算程序均未嵌入波紋腹板規(guī)程,設計(采用PKPM-STS程序)時采用的等效彎曲剛度的方法,屋面鋼梁輸入的是平腹板鋼梁,參與結構整體運算與分析,再用波紋腹板構件來等代。如邊跨跨中截面鋼梁,程序輸入時的截面H835x200x5x8(繞 x軸的截面慣性矩Ix =77605.7cm4, 截面抗扭慣性矩 It =10.2384cm4),求得梁受彎平面內最大彎矩Mx=365kN.M,對應軸力為35kN,最大剪力V=75 kN,實際施工的波紋腹板H型鋼梁為H950x220x2.3x8(x軸的截面慣性矩Ix =78088.1cm4, 截面抗扭慣性矩 It =9.8602cm4),規(guī)范驗算跟上述吊車梁類似,不同的是屋面梁為斜梁,根據規(guī)程還應用壓彎構件對其進行穩(wěn)定驗算。
    門式剛架柱與屋面波紋腹板鋼梁的連接節(jié)點,由于連接處的節(jié)點必須傳遞兩個方向的剪力與彎矩,因此在梁柱連接節(jié)點處的腹板(節(jié)點域)沒有采用波紋腹板,而用平腹板來代替,如下圖所示。

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    梁梁、梁柱連接:因規(guī)程中并未對類似門剛梁柱、梁梁端板連接節(jié)點給出相應計算方法,設計時參考門式剛架規(guī)范(第7.2.9條)有關端板的計算。由于腹板不能承受任何軸向作用力,類似端板類的連接螺栓受力,只考慮靠近上下翼緣附近的螺栓參與受力,中間的螺栓只作構造要求來處理,考慮到端板高度較大,應適當增加端板厚度來提高節(jié)點區(qū)的剛度。在建與待建的項目當中,我們會加強現(xiàn)場實測數據,整理出比較客觀、真實的數據,為以后的節(jié)點區(qū)的研究、試驗及后續(xù)項目提供有益參考。
    1.樓面平臺梁(受彎構件)
    設計實例:
    特易購物流浙江有限公司物流倉儲項目廠房室內平臺 梁(梁上混凝土板),跨度8m,間距2.40m,平臺恒載:3.5kN/mm2,活載:5.0 kN/mm2,鋼材Q345B。
    在保證強度與撓度力相近的情況下,我們作了一個對比,如下表所示:

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    6.運輸及安裝
    由于腹板采用波紋,構件的抗扭剛度大幅提高,吊裝和運輸比平腹板容易很多;對于超過24米的鋼梁,平腹板鋼梁采用兩點吊會出現(xiàn)旁彎的現(xiàn)象,現(xiàn)場的感覺非常危險;而采用波紋腹板時,吊裝時鋼梁的平面外剛度明顯高很多。運輸以及鋼梁放置在地面時,其良好的抗扭剛度也有明顯感覺——很容易立著放置,不容易傾覆。
     
    7. 施工現(xiàn)場照片

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    8.結語:
        盡管腹板不參與承擔軸向作用力,需要適當增大翼緣面積來補償,但同時能使腹板厚
    度大幅度減小,可顯著節(jié)省用鋼量。波紋腹板H形構件通過將腹板波折,有效的改變了腹板的受力機制和受力性能。腹板的剪切屈曲應力得到很大的提高,能夠有效的解決高截面及薄
    腹板時的局部屈曲問題。由于波浪腹板對翼緣提供的約束與平腹板有較大差異,翼緣的局部穩(wěn)定性能也有較大差別,采用合理的腹板形式能有效改善翼緣的局部穩(wěn)定性能。

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