自适应变截面矩形钢管弯扭构件

摘要

本发明是用于建筑结构中的自适应变截面矩形钢管弯扭构件，是一种新型构件。本构件为由下薄壁板(1)、两块侧薄壁板(4)和上薄壁板(5)围成的截面为矩形的管状构件。所述的管状构件内部固定有横向加劲肋(2)和纵向加劲肋(3)，横向加劲板(2)沿管状构件的径向布置，在横向加劲肋(2)上设置有空洞。在所述管状构件内部还固定有纵向加劲板(3)，纵向加劲板(3)沿管状构件的轴向布置。纵向加劲肋(3)的截面为T形或L形。本发明中的自适应变截面矩形钢管弯扭构件不仅在受力及造型方面满足要求，而且可以有效的减轻结构本身自重，使结构有效的抵御温度变化、风荷载及地震的作用。

说明书

技术领域

本发明是用于建筑结构中的自适应变截面矩形钢管弯扭构件，是一种新型构件。

背景技术

随着我国建筑工程的高速发展，尤其在一些超大跨度结构中，出现了很多的新型建筑造型，他们的建筑造型非常复杂，为了使结构造型适应建筑造型的要求，这就要求结构中的一些构件随结构的曲率的变化而变化，这些变化包括构件弯曲和扭转等，如图(1)所示，弯扭构件具有斜、弯、异形等特点，目前只有在道路和桥梁工程中曲线梁桥满足以上特点，但把曲线梁桥应用于建筑结构中存在比较大的缺陷：(1)曲线梁桥不能满足扭转要求；(2)曲线梁桥大多为普通混凝土或预应力混凝土结构，他们本身的自重比较大；(3)混凝土的收缩、徐变会对结构或构件的后期承载力产生比较大的影响。另外当结构中采用这些弯扭构件后，由于这些构件的几何特殊性，构件的轴向力将导致产生很大的弯曲效应，使构件的受力非常复杂，构件的各个位置的受力差异比较大，因此如何满足构件各个位置的承载力成为弯扭构件设计方面急需解决的问题。

另外由于弯扭构件几何构型特殊，特别是为了减轻结构的自重，弯扭构件可以采用薄壁钢构件，很多的国内外学者已经对焊接薄壁构件做了比较好的研究，并且已经在工程应用中取得了比较好的效果，它在减轻结构的自重方面具有较大的优势，但是把他们用于结构中同样有较大的缺陷：例如大尺度薄壁矩形截面的宽厚比较大，容易发生局部失稳，根据《钢结构设计规范》的有关规定，截面的有效宽度很小，材料利用率较低。另外在焊接作用下可能会产生较大的应力集中，因此曲面板件容易出现局部曲屈，因此在进行薄壁弯扭构件设计时必须解决以上难题。

当今建筑技术的发展日新月异，建筑造型也千变万化，发明一种可以适应结构变化的空间弯扭构件是一个必要环节。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种自适应变截面矩形钢管弯扭构件，这种构件既可以适应建筑结构中的造型及受力要求，又能充分发挥薄壁构件的优势。

本发明采用的技术方案如下：本发明中的空间扭曲矩形钢管构件，为由下薄壁板、两块侧薄壁板和上薄壁板围成的截面为矩形的管状构件。所述的管状构件内部固定有横向加劲肋和纵向加劲肋，横向加劲板沿管状构件的径向布置，在横向加劲肋上设置有空洞。

在所述管状构件内部还固定有纵向加劲板，纵向加劲板沿管状构件的轴向布置。

所述纵向加劲肋的截面为T形或L形。

本发明既可以根据结构所承担的弯矩、剪力、轴力的不同及造型方面的要求制作为截面大小不同的形式，又可以加工制作为截面大小相同的形式，所以管状构件的截面既可以为等截面也可以为变截面。

本发明所述的自适应变截面矩形钢管弯扭构件不仅在造型方面满足要求，而且可以有效的减轻结构本身自重。而且截面的大小可以根据构件的实际受力情况做出调整，从而可以有效地节约了材料，而且使结构造型更加美观。横向加劲肋有效的束缚了外侧薄壁板件的面外变形，使构件截面应力分布比较均匀，并且设有空洞，可以方便构件内部的焊接及加工。纵向加劲肋截面的回转半径比较大，可以减小板件的宽厚比，增大截面的有效宽度，使材料的利用率得到提高，使结构有效的抵御温度变化、风荷载及地震的作用。

附图说明

图1是自适应变截面矩形钢管弯扭构件外观示意图；

图2是等截面矩形钢管弯扭构件的结构外观示意图；

图3是自适应变截面矩形钢管弯扭构件结构组成图；

图4是等截面矩形钢管弯扭构件的结构结构组成图；

图5是图3的A-A剖面示意图；

图中：1、下薄壁板，2横向加劲肋，3、纵向加劲肋，4、侧薄壁板，5、上薄壁板。

具体实施方式

下面结合图1～图5对本发明实施例作进一步详述：

实施例1：

自适应变截面矩形钢管弯扭构件的结构组成如图1、图3和图5所示。它是由外侧的下薄壁板件1、两块侧薄壁板4、上薄壁板5和内部的横向加劲肋2及纵向加劲肋3组成。下薄壁板1、两块侧薄壁板4和上薄壁板5围成了变截面矩形管状构件。截面为矩形的管状构件内部焊接有横向加劲肋2和纵向加劲肋3，横向加劲板2沿管状构件的径向布置，在横向加劲肋2上设置有空洞，可以方便构件内部的焊接及加工。在管状构件内部还固定有纵向加劲板3，纵向加劲板3沿管状构件的轴向布置，纵向加劲肋3的截面为L形，如图5所示。

外侧的下薄壁板1、两块侧薄壁板4和上薄壁板5是按结构弯扭形式切割、弯折而成，四块薄壁板通过焊接的方式组成截面形状为矩形的变截面管状构件。在薄壁管状构件的内部焊接按一定间距排列的带空洞的横向加劲肋2，空洞可以方便构件内部的焊接。沿构件纵向设置截面回转半径比较大的纵向加劲肋3，纵向加劲板3的截面形状可以为T形或L形。在本实施例中：一方面构件可以根据实际的受力及造型要求改变截面的大小，另一方面构件是由侧薄壁板组成的弯扭构件内部设置了横向加劲肋2和纵向加劲肋3，这样三者相互作用使构件形成了一个合理空间受力体系，内部的加劲肋可以有效地增强构件的承载力和刚度。

在加工制作本实施例中的构件时，首先对构件的几何构型进行简化，采用分段加工的方法制作，把轴线在一个平面的部分单独分别制作，使构件的每个截面都能保持矩形，最后把分段加工的构件通过焊接的方式组合起来，就组成了空间扭曲矩形截面钢管构件。

其具体制作方法如下：

1)切割、弯折出构件组装所需的下薄壁板1、侧薄壁板4、上薄壁板5和内部的横向加劲肋2、纵向加劲肋3；

2)对构件进行空间定位，支设模具，构件的组装在模具进行；

3)对构件进行组装，组装时选择构件的一块薄壁板作为下翼缘板进行组装，如图5所示：本实施例中选择下薄壁板1作为下翼缘板，如图5所不；

4)首先在模具上对下翼缘板1进行准确定位，保证下翼缘板1与模具有可靠的连接。然后对构件内部的横向加劲肋2和纵向加劲肋3在下翼缘板1上准确定位，组装构件两侧的侧薄壁板4；

5)采用合理的焊接顺序进行构件内部的焊接，即焊接横向加劲肋2和纵向加劲板3与下薄壁板1及两侧的侧薄壁板4之间的焊缝；

6)然后对构件进行封板，吊装上薄壁板5，焊接上翼缘5与内部加劲肋2之间的焊缝；

7)最后焊接完成构件外侧的薄壁板之间的四条棱角焊缝后，即构成了空间扭曲矩形钢管构件；

8)将分段加工的构件通过焊接方式组合起来就形成了空间扭曲矩形钢管构件。

实施例2：

本实施例的结构与实施例1基本相同，不同之处仅在于：本发明中的管状构件为等截面构件，如图2、图4所示，还有本实施例中纵向加劲板3的截面形状为T形。