[实用新型]一种双曲余弦三维波纹钢板

说明书

技术领域

本发明属于薄壁钢结构构件，特别是涉及一种三维波纹钢板。

背景技术

现有压型钢板是根据《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018-2002)的规定生产的，钢板厚度通常在0.4-1.6mm之间，断面形式为梯形、矩形等折线型，采用锁边连接方法，刚度和强度较低，与被覆钢筋混凝土连接困难，不宜作为大跨度防护结构的内衬。

2001年，空军工程设计研究局等单位研制了一种三维波纹钢单元板(刘启川等，中国实用新型专利，专利号CN2430490)，该单元板截面为圆弧形，两侧各有小圆弧形挂耳用于连接。该单元板可作为大跨度防护结构内衬，较好解决了与上部混凝土连接问题，提高了复合结构抗震塌能力。但是试验和理论分析表明，圆弧形单元板存在两个方面的不足：一是从强度和刚度等静载力学性能来看，在相同材料用量的前提下，圆弧形截面并非较优的截面形式，存在刚度和强度更优的截面形式；二是从抗爆炸局部荷载作用来看，圆弧形三维波纹钢板与上部钢筋混凝土复合截面的最小抵抗线位于中波处，而大波处较厚的钢筋混凝土则难以有效发挥性能，从而造成大量钢筋混凝土材料的浪费。同时，由于圆弧形波纹钢板两侧小圆弧挂耳的曲率半径过小，在承受爆炸应力波荷载时存在较大的应力集中，在试验中表现为此处易产生大量连接螺栓被剪断，内衬钢板被拉裂等破坏现象。

发明内容

本实用新型提供一种抗弯刚度、屈曲稳定性及抗爆性能综合较优的三维波纹钢板。

本实用新型的钢板横截面呈余弦波形或正弦波形，波长在600-1000mm之间，波高在200-500mm之间。

上述钢板可以在纵向长度方向具有曲率半径在3000-30000mm之间的波纹。钢板四周布置可以有螺栓孔，相邻钢板通过在螺栓孔内安装螺栓可以在纵向或横向相互搭接。

本实用新型克服了圆弧形三维波纹钢板存在的不足，抗弯刚度、屈曲稳定性及抗爆性能三者综合较优。

附图说明

图1双曲余弦三维波纹钢板俯视图

图2双曲余弦三维波纹钢板主视图

图3双曲余弦三维波纹钢板右视图

具体实施方式

根据薄壁拱形结构屈曲机理及爆炸应力波传播原理，采用理论计算和动力有限元分析方法，提供的一种双曲余弦三维波纹钢板。

图1、图2、图3分别为双曲余弦三维波纹钢板的俯视图、主视图和右视图。板横截面呈余弦波形或正弦波形，波长在600-1000mm之间，波高在200-500mm之间；板纵向长度方向有小波纹，调整小波纹之波深、波距可使板纵向形成不同曲率的弧形，其曲率半径在3000-30000mm之间；板四周有螺栓孔。

由理论计算得到，在单位面积用钢量相同的条件下，双曲余弦三维波纹钢板的抗弯刚度是圆弧形波纹钢板的1.43倍；与钢筋混凝土形成复合截面时，在混凝土用量相等的条件下，双曲余弦三维波纹钢板复合截面抗弯刚度是圆弧形波纹钢板复合截面的1.33倍；在单位面积平均抗弯刚度相等的条件下，双曲余弦波纹钢板复合截面的混凝土用量和钢板用量分别是圆形波纹钢板复合截面的0.9倍和0.8倍。

由静力试验表明，双曲余弦三维波纹钢板结构完全能承受相应规范规定的风、雪荷载及施工荷载的最不利作用，具备较高的强度、刚度和屈曲稳定性，可满足作为自承载结构或复合结构内衬的要求。由大口径实弹攻击试验表明，双曲余弦三维波纹钢板作内衬的钢筋混凝土复合结构，动应力集中现象明显改善，波纹钢板与钢筋混凝土结合紧密，复合结构整体受力作用十分显著，抗局部震塌破坏能力明显提高。由动力有限元对同厚度复合结构分析得到，在相同爆炸应力波荷载作用下，双曲余弦三维波纹钢板上最大应力仅是圆弧形波纹钢板上最大应力的0.36倍。

在某种大跨度防护结构上使用的双曲余弦三维波纹钢板复合结构与圆弧形三维波纹钢板复合结构相比，在同抗力条件下，可节省钢材20％，节省钢筋混凝土10％。

下面为一个具体实施例：首先根据设计要求确定平钢板尺寸和厚度，厚度通常为1.5-5.0mm之间，然后将平钢板送入轧制生产线。第一道工序冲螺栓孔；第二道工序轧边；第三道工序卷弧；第四道工序轧波型，使板横断面为余弦波形(或正弦波形)，波长在600-1000mm之间，波高在200-500mm之间；第五道工序轧小波纹，调整小波纹波距和波深，使板纵向形成不同曲率弧形，曲率半径在5000-30000mm之间。板纵向相互重叠搭接，用螺栓连接，横向相互重叠搭接，用螺栓连接，可构成不同跨度、不同矢高、不同曲线形式的拱形结构。