本發(fā)明涉及建筑鋼結(jié)構(gòu)領域一種變截面蜂窩梁腹板的制備方法。

背景技術(shù)：

鋼梁是鋼結(jié)構(gòu)工程中主要的承力構(gòu)件之一。梁兩側(cè)受力大小的不同決定了腹板采用變截面的形式。同時，為了提高梁的抗彎慣性矩通常將梁的高度做得較大。這時，腹板往往不能充分發(fā)揮鋼材的作用。因此，將變截面腹板適量開孔可以在不影響承載能力的同時減小用鋼量，有較好的技術(shù)經(jīng)濟效果。同時開孔可用作各種管線通過的通道，有利于提高結(jié)構(gòu)內(nèi)部的空間使用效率。

目前國內(nèi)外生產(chǎn)和使用的開孔H型鋼梁，多數(shù)都采用等截面六邊形和圓形開孔的蜂窩梁腹板。這種梁的生產(chǎn)工藝比較簡單，由于梁柱受到的彎矩剪力不同位置各不相同，采用變截面的腹板會更加合理。因此變截面蜂窩梁腹板應用前景廣泛卻沒有制作依據(jù)，研究只停留在等截面腹板階段。由于變截面開孔理論尚未研究，生產(chǎn)單位無法生產(chǎn)變截面蜂窩梁腹板。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種變截面蜂窩梁腹板的制備方法，該方法大大提高了變截面蜂窩梁腹板的生產(chǎn)效率，開孔產(chǎn)生的廢料少，節(jié)省鋼材，降低生產(chǎn)成本。

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種變截面蜂窩梁腹板的制備方法，包括以下步驟：

(1)選擇和變截面實腹式相同尺寸和材料的預制備腹板,根據(jù)變截面實腹式腹板兩側(cè)高度h1和h2以及翼緣長度L求得欲制備圓孔腹板的第一個圓孔半徑R1；

(2)設置預制備腹板圓孔與腹板上下邊緣的距離m和s以及預制備腹板相鄰圓孔最外邊緣間距a，其中：腹板傾角2θ通過公式求得：

m和s滿足關系

(3)通過以上條件求得預制備變截面腹板圓孔的半徑R_n，在實腹式腹板的基礎上開孔即為預制備腹板；通過保證半圓曲線板條錯位焊接后產(chǎn)生的變截面圓孔最上邊緣所連成的直線平行上翼緣可求得半徑，其中：

R1通過公式求得：

Rn通過公式求得：

(4)由預制腹板兩端變截面高度h1、h2分別換算得到欲開腹板兩端變截面的高度h1’和h2’；并確定欲開腹板的兩邊界線間距n及其最短間距b；其中：n和b應滿足b＝ncosθ；

(5)在距上翼緣高度為m處作一條平行于上翼緣的直線與腹板較小高度一側(cè)所連成的交點作為n1的起點，并通過此點做與欲制備腹板傾角的一半即θ作出邊界線n1，同時在較小一側(cè)腹板h1'處作距離n1為n＝R1-sin(a+R1)且平行n1的邊界線n2；

(6)分別在上下兩條邊界線n1，n2上按照a、R1、a、R2.....標記出相鄰兩圓外邊緣之間的距離為a和變截面圓孔圓心并畫半圓。并描出對應的半圓曲線；其中一條半圓曲線的起點在另一個半徑為R1的圓周上，形成上下兩條半圓曲線；

(7)沿著兩條半圓曲線切割腹板得到含有半圓形凹陷的凹孔部分，在另外一條邊界線上的半圓曲線和與此邊界線平行且同側(cè)的線段組組成的修剪線得到含有半圓形凹陷的凹孔部分；

(8)將步驟(7)得到的上下板條凹孔部分按照半圓形凹陷相對、線段組相對的方式焊接；得所述的欲制作變截面圓孔蜂窩梁腹板。

所述的變截面蜂窩梁腹板圓孔圓心所連成直線在同一直線上且相鄰兩圓最外邊緣間距相同。

所述的變截面蜂窩梁腹板的傾角2θ小于90°，θ＜45°,且圓心在同一直線上與上翼緣夾角為θ。

所述的變截面蜂窩梁腹板所有圓孔上邊緣所在切線在同一直線上且平行于上翼緣，下邊緣所在切線在同一直線上且平行于下翼緣，且所有圓上下切線連成的直線關于圓心所在直線對稱。

本發(fā)明所具有的優(yōu)點與效果是：

本發(fā)明的方法突破了傳統(tǒng)變截面實腹式無法開孔的瓶頸，通過H型鋼變截面實腹式腹板計算預制備蜂窩梁腹板的圓孔尺寸及開孔位置。對欲開腹板標記出確定擴高比的平行線以及變截面圓孔的圓心位置和半徑畫半圓，作出半圓曲線。再將板條按曲線切割成兩塊半圓波浪形鋼板，將上下兩塊鋼板錯位圓孔對接，焊接成符合設計尺寸的欲制備腹板。與現(xiàn)有技術(shù)相比，原材料全部采用鋼板進行制作，減少直接在變截面腹板上開孔帶來的材料損耗。也打破了采用成品H型鋼進行制作蜂窩變截面梁腹板規(guī)格的限制，從而避免了傳統(tǒng)工藝在采購軋制H型鋼時對規(guī)格要求的限制，能夠大大提高原材料的利用率，制作范圍廣闊，工藝簡單易操作。大大提高了變截面蜂窩梁腹板的生產(chǎn)效率，特別是開孔產(chǎn)生的廢料少，節(jié)省了鋼材，降低了生產(chǎn)成本，可以將多個H梁切割和修剪得到的凹孔部分連續(xù)施焊，提高加工速度。

附圖說明

圖1為變截面實腹式腹板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為欲開孔腹板確定擴高比的平行線n1、n2的示意圖；

圖3為欲開孔腹板按曲線切割后得到的凸緣部分凹孔部分及修剪線示意圖；

圖4為錯位相焊接后得到的預制備梁腹板的示意圖。

具體實施方式

一種變截面蜂窩梁腹板的制備方法，包括以下步驟：本實施例以變截面圓孔蜂窩梁為例，變截面腹板由上下兩半圓曲線板條組成。

⑴如圖1所示，選擇和變截面實腹式相同尺寸和材料的預制備腹板，根據(jù)變截面實腹式腹板兩側(cè)高度h1和h2以及翼緣長度L求得合理的欲制備圓孔腹板的第一個圓孔半徑R1。

⑵如圖2所示，人為設置合理的預制備腹板圓孔與腹板上下邊緣的距離m和s以及預制備腹板相鄰圓孔最外邊緣間距a。其中：

腹板傾角2θ可通過公式求得：

m和s應滿足關系

⑶通過以上條件可求得預制備變截面腹板圓孔的半徑R_n，在實腹式腹板的基礎上開孔即為預制備腹板。通過保證半圓曲線板條錯位焊接后產(chǎn)生的變截面圓孔最上邊緣所連成的直線平行上翼緣可求得半徑，其中：

R1可通過公式求得：

Rn可通過公式求得：

⑷如圖3所示，由預制腹板兩端變截面高度h1、h2可分別換算得到欲開腹板兩端變截面的高度h1’和h2’。并確定欲開腹板的兩邊界線間距n及其最短間距b。其中：n和b應滿足b＝ncosθ。

對欲制作的蜂窩變截面梁腹板有如下要求：

①為保證錯位開孔后的兩塊半圓曲線板條能準確對接，欲制作腹板圓孔圓心所連成直線必須在同一直線上且相鄰兩圓最外邊緣間距相同設為a。

②欲制作變截面圓孔蜂窩梁腹板的傾角2θ應小于90°即θ＜45°,且圓心在同一直線上與上翼緣夾角為θ。

③所有圓孔上邊緣所在切線在同一直線上且平行于上翼緣，下邊緣所在切線在同一直線上且平行于下翼緣，且所有圓上下切線連成的直線關于圓心所在直線對稱。

選擇和預制備蜂窩梁腹板相同形狀和斜率的腹板，并且變截面腹板較小一側(cè)的高度h1'和欲制作孔的變截面腹板較小一側(cè)的高度h2’滿足h1'＝h1-b/cosθ，h2'＝h2-b/cosθ，其中，h1，h2分別表示欲制備腹板變截面兩側(cè)高度。

⑸在距上翼緣高度為m處作一條平行于上翼緣的直線與腹板較小高度一側(cè)所連成的交點作為n1的起點，并通過此點做與欲制備腹板傾角的一半即θ作出邊界線n1，同時在較小一側(cè)腹板h1'處作距離n1為n＝R1-sin(a+R1)且平行n1的邊界線n2。

(6)分別在上下兩條邊界線n1、n2上按照a、R1、a、R2.....標記出相鄰兩圓外邊緣之間的距離為a和變截面圓孔圓心并畫半圓。并描出對應的半圓曲線。其中一條半圓曲線的起點在另一個半徑為R1的圓周上，形成上下兩條半圓曲線。

(7)沿著兩條半圓曲線切割腹板得到含有半圓形凹陷的凹孔部分，在另外一條邊界線上的半圓曲線和與此邊界線平行且同側(cè)的線段組組成的修剪線修得到含有半圓形凹陷的凹孔部分。

(8)如圖4所示，將步驟(7)得到的上下板條凹孔部分按照半圓形凹陷相對、線段組相對的方式焊接。得所述的欲制作變截面圓孔蜂窩梁腹板。

其中，在選擇欲開孔變截面H梁腹板時，應考慮以下因素:

①從欲開孔腹板幾何關系可以看出，n1和n2的間距b應符合條件b＜R_n，邊緣最小間距a應滿足a＜2R1，且b＝ncosθ。

②為滿足所有圓的上邊緣不超過翼緣，應滿足關系式m+n＞R1-(a+R1)sinθ。

以上，僅為本發(fā)明專利的較佳實施例，但本發(fā)明專利的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領域的技術(shù)人員在本發(fā)明專利揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明專利的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應該以權(quán)利要求所界定的保護范圍為準。