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波紋腹板結構在實(shí)際工程中的應用

作者:唐鵬 陳明    
時(shí)間:2011-12-22 11:17:09 [收藏]

    關(guān)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(shù)還處于開(kāi)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(xué)進(jìn)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(xiàn)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(xiàn)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(lái)代替傳統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(jīng)濟效益, 值得進(jìn)行大規模推廣。
     
    關(guān)鍵詞:波紋腹板 工程應用

    配合了數十組的實(shí)驗研究,上海歐本鋼結構有限公司參與了同濟大學(xué)主編的《波紋腹板H型鋼結構技術(shù)規程》的編制;按照規程要求,在自己所承擔工程中進(jìn)行了項目設計與施工。本文通過(guò)實(shí)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(wèn)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(shí)際工程,分別對吊車(chē)梁、屋面梁、樓層組合梁進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析,并與采用常規平腹板H型鋼設計進(jìn)行對比。
    從《波紋腹板鋼結構技術(shù)規程》可以看到,波紋腹板H型鋼構件傳力途徑簡(jiǎn)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(shí),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(xué)聯(lián)合試驗所采用的波紋。為了簡(jiǎn)化稱(chēng)謂,這種腹板H型鋼又被稱(chēng)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(chē)梁)
    設計實(shí)例:
    蘇州普杰無(wú)紡布二期廠(chǎng)房項目吊車(chē)梁,15t吊車(chē)梁(吊車(chē)跨度21.5m),10m柱距。
    吊車(chē)參數:每側四輪,最大輪壓:55.4kN,輪距C1=1200mm,C2=1418mm,吊車(chē)最大寬度w=4308mm,小車(chē)重1.05t,大車(chē)重11t;計算結果對比如下表所示:
    吊車(chē)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:
    根據規程,在計算截面慣性矩、抵抗矩等參數的時(shí)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(fēng)壓0.50 kN/mm2,地面粗糙度A類(lèi),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。由于現有結構計算程序均未嵌入波紋腹板規程,設計(采用PKPM-STS程序)時(shí)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(lái)等代。如邊跨跨中截面鋼梁,程序輸入時(shí)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(shí)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),規范驗算跟上述吊車(chē)梁類(lèi)似,不同的是屋面梁為斜梁,根據規程還應用壓彎構件對其進(jìn)行穩定驗算。
    門(mén)式剛架柱與屋面波紋腹板鋼梁的連接節點(diǎn),由于連接處的節點(diǎn)必須傳遞兩個(gè)方向的剪力與彎矩,因此在梁柱連接節點(diǎn)處的腹板(節點(diǎn)域)沒(méi)有采用波紋腹板,而用平腹板來(lái)代替,如下圖所示。

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    梁梁、梁柱連接:因規程中并未對類(lèi)似門(mén)剛梁柱、梁梁端板連接節點(diǎn)給出相應計算方法,設計時(shí)參考門(mén)式剛架規范(第7.2.9條)有關(guān)端板的計算。由于腹板不能承受任何軸向作用力,類(lèi)似端板類(lèi)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(lái)處理,考慮到端板高度較大,應適當增加端板厚度來(lái)提高節點(diǎn)區的剛度。在建與待建的項目當中,我們會(huì )加強現場(chǎng)實(shí)測數據,整理出比較客觀(guān)、真實(shí)的數據,為以后的節點(diǎn)區的研究、試驗及后續項目提供有益參考。
    1.樓面平臺梁(受彎構件)
    設計實(shí)例:
    特易購物流浙江有限公司物流倉儲項目廠(chǎng)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(gè)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(guò)24米的鋼梁,平腹板鋼梁采用兩點(diǎn)吊會(huì )出現旁彎的現象,現場(chǎng)的感覺(jué)非常危險;而采用波紋腹板時(shí),吊裝時(shí)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(shí),其良好的抗扭剛度也有明顯感覺(jué)——很容易立著(zhù)放置,不容易傾覆。
     
    7. 施工現場(chǎng)照片

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    8.結語(yǔ):
        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(lái)補償,但同時(shí)能使腹板厚
    度大幅度減小,可顯著(zhù)節省用鋼量。波紋腹板H形構件通過(guò)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(shí)的局部屈曲問(wèn)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定性能。

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